Il filamento riscaldante, di cui è composto il catodo, viene riscaldato da una corrente elettrica e, per effetto termoionico, emette elettroni a causa dell'aumento della loro energia cinetica.
Gli elettroni vengono proiettati verso l'anodo, dove colpiscono un disco metallico: l'energia cinetica acquisita precedentemente si trasforma in calore (per il 99%) e in radiazione X (per l'1%).
La generazione di raggi X avviene grazie a due fenomeni: la radiazione di frenamento (causata dalla decelerazione degli elettroni) e la radiazione caratteristica (la radiazione prodotta quando un elettrone accelerato urta un elettrone dell'atomo di un anodo).
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