IL FUTURO DEI RAGGI-X: DAI TUBI RADIOGENI VS NANOTUBI - COSA CI RISERVA LA TECNOLOGIA?

Storia della scoperta dei raggi-X

Nel gennaio del 1897, Conrad Roentgen, dopo un anno di scoperte e sfide, confessò al suo amico Zehnder la sua temporanea rinuncia a occuparsi dei tubi radiografici, definendoli più imprevedibili delle donne.

Questa decisione fu preceduta da una straordinaria scoperta nell'autunno del 1895.

Wilhelm Conrad Roentgen, il professore dottore, ritratto nel 1897 nel suo laboratorio, stava sperimentando con tubi di vetro sotto vuoto e grandi induttori di Ruhmkorff.

In un'oscura serata autunnale a Würzburg, notò un bagliore su un foglio di cartone rivestito con tetracianoplatinato di bario.

Questo schermo era originariamente destinato a visualizzare raggi catodici e luce ultravioletta.

Sorprendentemente, il bagliore persisteva nonostante le misure adottate per spegnerlo, e Roentgen scoprì che oggetti posti davanti al tubo non lo oscuravano completamente.

La scoperta successiva rivelò che questi misteriosi "raggi-X" erano generati dal tubo stesso, interagendo con il vetro e bersagli metallici all'interno dell'involucro.

Roentgen sviluppò la deflessione magnetica della macchia focale, un'innovazione usata nella tomografia computerizzata moderna.

Le ombre di oggetti diventavano visibili su uno schermo quando il gas nel tubo era attivo, con la giusta pressione e tensione. La loro intensità diminuiva con la distanza dalla parete di vetro.

In breve, Roentgen fece una scoperta rivoluzionaria, aprendo la strada alla radiografia medica e alla comprensione dei raggi X.

Il brevetto per il tubo radiogeno è attribuito a William David Coolidge, un fisico e ingegnere elettrico statunitense. Coolidge sviluppò il tubo radiogeno nel primo decennio del 20° secolo e ottenne il brevetto per esso nel 1913.

Questo tipo di tubo a vuoto è utilizzato per la produzione di raggi X ed è stato una parte fondamentale nello sviluppo della radiografia medica e di altre applicazioni che coinvolgono i raggi X.

"Brevetto del 1916 di Coolidge per GE, un emettitore di tungsteno termoionico"

 

 

Cenni sull'esperimento e componenti utilizzati

Conrad Roentgen condusse esperimenti pionieristici sulla generazione dei raggi X utilizzando un tubo a forma di tubo.

Per evacuare il tubo fino a una pressione residua di circa 10 Pa, utilizzò una pompa automatica al mercurio di Raps, alimentata dall'acqua di rubinetto.

Un induttore di Ruhmkorff generò una tensione di alcune dozzine di kilovolt di picco, alternata a 10-15 Hz, regolata mediante uno spinterometro largo circa 3 cm.

All'interno del tubo, gli elettroni furono rilasciati in una scarica di gas e successivamente bombardarono il catodo di alluminio, caricato a un alto potenziale negativo, generando i raggi X nella parete di vetro a destra.

 

        

"Tubo radiogeno utilizzato da Conrad Roentgen"

 

Un anticatodo posizionato in alto a destra serviva a respingere gli elettroni sparsi, mentre era cruciale che la parete di vetro mostrasse fluorescenza verdastra quando colpita dagli elettroni.

La regolazione precisa della pressione del gas richiedeva esperienza, poiché una pressione troppo alta o troppo bassa avrebbe compromesso il funzionamento del tubo.

Quando l'ionizzazione diminuiva, l'alta tensione aumentava, portando spesso a scariche esterne che danneggiavano il vetro.

Roentgen utilizzò numerosi tubi durante le prime fasi delle sue ricerche, ma solo uno sopravvisse.

Questi tubi furono strumenti cruciali per la sua rivoluzionaria scoperta dei raggi X, ottenuta attraverso esperimenti rigorosamente pianificati e condotti con grande abilità.

In sintesi, Roentgen utilizzò un tubo a vuoto con un induttore per generare raggi X, prestando attenzione alla regolazione della pressione del gas, nonostante il frequente consumo di tali dispositivi durante le sue ricerche.

"Laboratorio con Induttore di Ruhmkorff collegato al tubo di Crookes"

La produzione industriale inizio

Nel febbraio 1896, Hermann Kuemmell, un capo chirurgo presso l'Ospedale Universitario di Amburgo-Eppendorf, Germania, ispirato da articoli di giornale sulla scoperta dei raggi X, insistette per l'acquisto di un apparecchio a raggi X.

Questa decisione è stata discussa con entusiasmo dalla sua squadra, sebbene fosse ancora circondata da incredulità.

Kuemmell mandò due dei suoi assistenti alla bottega del soffiatore di vetro CHF Mueller ad Amburgo, dove si stavano producendo una vasta gamma di apparecchiature, compresi tubi termoionici, per scopi scientifici e di illuminazione.

Mueller iniziò a sperimentare con i raggi X, con l'obiettivo di migliorare la qualità dei tubi a raggi X.

"Laboratorio di un soffiatore di vetro, CHF Mueller, anni '20 "

 

 

Dopo alcuni ritardi, il 20 marzo 1896, i raggi X furono utilizzati clinicamente per la prima volta presso l'ospedale universitario di Amburgo.

Meno di una settimana dopo, il 26 marzo 1896, Siemens e Halske depositarono il primo brevetto per un tubo a raggi X.

Mueller ha giocato un ruolo chiave nello sviluppo dei tubi a raggi X, apportando miglioramenti come la conversione del catodo in uno specchio cavo e il rivestimento di platino nell'anticatodo.

L'azienda Mueller si è evoluta nel corso degli anni diventando un leader nella tecnologia dei sistemi di imaging medico e ha celebrato il 100.000esimo tubo nel 1911. Nel 1927, è stata acquisita da Philips.

"Immagine del listino prezzi di CHF Mueller del 1880"

 

 

Tubo raggi-X convenzionale

I tubi a radiogeni generano raggi-X accelerando gli elettroni attraverso un campo elettrico ad alta tensione e quindi arrestando rapidamente gli elettroni ad alta velocità con un metallo denso. Quando gli elettroni ad alta velocità perdono energia, una parte di quell'energia diventa raggi-X.

I tubi a raggi-X convenzionali creano termicamente gli elettroni nel tubo facendoli bollire da un sottile filamento di tungsteno.

Una corrente di elettroni viene fatta passare attraverso il sottile filamento, simile a una lampadina a incandescenza, e il filamento si riscalda fino a 1400°C.  man mano che il filamento diventa più caldo, più elettroni verranno generati.

Questi elettroni vengono generati dagli atomi del filamento e nel tempo, il filamento esaurirà il materiale e si brucerà.

Questo e detta emissione termoionica.

Qui sotto vediamo alcuni tra i tubi più comuni e utilizzati in settori differenti, sia come sono esternamente che la sezione interna disegnata.

                        

                     " Tubo rotativo"                                                          "Tubo stazionario"                                                              "Tubo incapsulato"

                            

 "Tubi a raggi-X attualmente utilizzati nei vari settori "

"Principali produttori con i miglioramenti più significativi "

I raggi-X vengono utilizzati in una varietà di settori per scopi diagnostici, ispezione e ricerca. Alcuni dei settori in cui vengono impiegati i raggi-X includono:

1. Medicina: I raggi-X sono ampiamente utilizzati in radiologia per diagnosticare una vasta gamma di condizioni mediche. Possono essere utilizzati per identificare fratture ossee, rilevare malattie polmonari come la polmonite, esaminare organi interni e rilevare patologie come il cancro.
2. Odontoiatria: I raggi-X dentali, noti come radiografie dentali, sono essenziali per la diagnosi e il monitoraggio delle condizioni dentali, come carie, infezioni e problemi ortodontici.
3. Sicurezza e controllo: I raggi-X vengono utilizzati nei controlli di sicurezza dell'aeroporto per ispezionare i bagagli e identificare oggetti pericolosi o illeciti. Vengono anche utilizzati per ispezionare i container nei porti e nelle dogane per il traffico di merci.
4. Industria: Nei settori industriali, i raggi-X sono utilizzati per l'ispezione non distruttiva di materiali come metalli, plastica e ceramica. Questo aiuta a rilevare difetti o anomalie nei prodotti, garantendo la qualità e la sicurezza.
5. Ricerca scientifica: I raggi-X sono ampiamente utilizzati nella ricerca scientifica per studiare la struttura di materiali, cristalli e biomolecole. La cristallografia a raggi-X, ad esempio, è fondamentale per determinare la struttura tridimensionale delle proteine e delle molecole biologiche.
6. Archeologia: I raggi-X sono utilizzati per esaminare oggetti antichi senza danneggiarli. Questa tecnica è preziosa per scoprire dettagli nascosti o strati interni di oggetti archeologici.
7. Settore aerospaziale: L'industria aerospaziale utilizza i raggi-X per l'ispezione dei componenti critici, come le saldature e le strutture interne dei motori, al fine di garantire la sicurezza e l'affidabilità dei veicoli spaziali e degli aerei.
8. Settore petrolifero e del gas: I raggi-X sono impiegati nell'ispezione di tubazioni e giunture per rilevare eventuali difetti o corrosione, contribuendo così a prevenire perdite e incidenti.
9. Geologia: I raggi-X sono utilizzati in geologia per studiare la composizione e la struttura delle rocce e dei minerali, aiutando nella ricerca di risorse naturali e nello studio della terra.
10. Settore alimentare: I raggi-X vengono utilizzati per l'ispezione dei prodotti alimentari, ad esempio per rilevare contaminazioni metalliche o corpi estranei nei prodotti confezionati.

Questi sono solo alcuni dei settori in cui i raggi-X sono impiegati per scopi diversi. La tecnologia dei raggi-X continua a evolversi e trovare nuove applicazioni in vari campi scientifici e industriali.

Dopo 120 anni di generazione di raggi-X attraverso emissione termoionica con filamento, il futuro prossimo presenta un cambiamento che sta facendo i suoi primi passi in questi anni :

 

IL TUBO A RAGGI-X CON NANOTUBI CNT

I tubi a raggi-X con nanotubi di carbonio (CNT),funzionano in modo diverso: creano elettroni utilizzando l'emissione di campo invece dell'emissione termoionica.

L'emissione di campo è quando viene creata una corrente di elettroni a causa di un molto intenso campo elettrico sulla superficie di un metallo; un semplice esempio è una candela in cui una grande tensione elettrica crea una scintilla breve e intensa della corrente di elettroni.

"campo elettrico "

In qualsiasi emissione di campo, il campo elettrico viene intensificato riducendone l'aspetto rapporto della superficie del metallo; se il metallo è a punta affilata, il campo elettrico è più intenso e più la punta è affilata, più intenso diventa il campo.

I nanotubi di carbonio (CNT) sono l’ideale emettitori di campo noti alla fisica perché hanno una punta estremamente affilata, i CNT sono generalmente larghi 10 nm ma lunghi 20-50 μm e hanno le stesse proprietà elettriche del metallo.

"Array CNT per la generazione di elettroni "

Grazie alle loro eccellenti proprietà di emissione di campo, i nanotubi di carbonio (CNT) possono generare correnti di elettroni estremamente elevate.

I raggi-X generati con nanotubi di carbonio (CNT) sfruttano l'emissione di campo per produrre elettroni, i quali vengono successivamente accelerati verso un materiale bersaglio denso, tipicamente il tungsteno, al fine di generare raggi-X, seguendo lo stesso principio dei tubi a raggi-X convenzionali.

"a. Schema semplificato di un generatore di raggi-X CNT "

Nelle due immagini sottostanti, viene confrontato lo schema di un tubo a raggi-X convenzionale e di un tubo a raggi-X CNT.

La struttura di base dei due tubi a raggi X è simile ed entrambi hanno la maggior parte degli stessi componenti chiave.

I tubi a raggi-X con nanotubi di carbonio (CNT) presentano una struttura distintiva attorno al catodo che contribuisce a un controllo stabile ed efficiente dell'emissione di elettroni. Questa caratteristica è cruciale per il funzionamento di tali tubi a raggi-X.

   

                

"Tubo a raggi-X convenzionale"                                                                         "Tubo a raggi-X a Nanotubi CNT"       

"Tubo convenzionale a filamento "            "Tubo con emettitori di campo CNT"

La tecnologia di emissione di campo per i raggi-X (Field Emission X-Ray) CNT

L'emissione di campo è stata considerata un'alternativa interessante all'emissione termoionica per la produzione di elettroni in vari dispositivi, tra cui display, microscopi elettronici e tubi a raggi-X.

Il comportamento di questi emettitori è descritto dall'equazione di Fowler-Nordheim, per la quale il materiale dovrebbe avere un basso lavoro di estrazione e/o un alto fattore di potenziamento del campo per ridurre il campo di estrazione.

Questi emettitori, noti come "catodi freddi", richiedono solo l'applicazione di una tensione moderata a un elettrodo prossimo, evitando l'alta temperatura richiesta per la produzione di elettroni nei catodi termoionici.

L'eliminazione della gestione termica del catodo è uno dei principali vantaggi dei raggi-X a emissione di campo rispetto ai tubi termoionici, anche se in alcuni casi viene generata energia termica.

"Gruppo array di emettitori di campo"

L'energia termica prodotta viene dissipata principalmente riscaldando l'anodo, rimanendo una limitazione sia per la produzione di raggi-X a emissione di campo che per quella termoionica.

Un altro vantaggio dei raggi-X a emissione di campo è la capacità di passare istantaneamente dal catodo, e quindi dal fascio di  raggi-X, a velocità limitate solo dall'elettronica di controllo.

Questo permette di pulsare il fascio ad alta frequenza e sincronizzarlo con segnali fisiologici, cosa difficile da ottenere con le sorgenti termoioniche che richiedono un periodo di riscaldamento e raffreddamento finito.

Sono state condotte ricerche su emettitori di campo del tipo "punta metallica" e "Spindt" per la generazione di raggi X, ma le interazioni dei materiali, come lo sputtering e il degrado all'interno del tubo, ne hanno limitato l'utilizzo nell'imaging medico.

"Diverse tipologie di emettitori di campo"

CNT X-ray a emissione di campo (Carbon Nanotube Field Emission X-Ray)

La scoperta dei nanotubi di carbonio (CNT) da parte di Sumio Iijima nel 1991 ha suscitato l'interesse globale nella sintesi e nelle nuove applicazioni di questa struttura insolita.

I CNT, con il loro piccolo diametro e lunghezza relativamente lunga, presentano un alto rapporto aspetto e una punta atomicamente affilata.

Queste caratteristiche conferiscono loro un grande fattore di potenziamento del campo quando viene applicata una tensione, rendendoli eccellenti emettitori di campo.

Le prime ricerche sull'imaging a emissione di campo con catodi a CNT hanno mostrato promesse, anche se i risultati variavano. Alcuni studi rivelavano una bassa corrente e una breve durata del catodo a causa di problemi come scarsa adesione, ossidazione e sputtering del film di CNT.

Altri studi mostravano una corrente più elevata e una durata più lunga.

Vent'anni dopo queste prime ricerche, i catodi a CNT sono ora in grado di fornire una densità di corrente elevata e una durata comparabile a quella dei catodi termoionici convenzionali.

Molte squadre di ricerca accademica e industriale si sono dedicate allo sviluppo di questa tecnologia, ma al momento nessun altro materiale nanometrico ha raggiunto le stesse densità di corrente, durata e affidabilità dei catodi a CNT.

Dispositivi raggi X a CNT (Carbon Nanotube X-Ray Devices)

Catodo a CNT (Carbon Nanotube Cathode)

Lo sviluppo di catodi robusti a CNT con alta densità di corrente per la produzione di raggi X era l'obiettivo principale iniziale dei progettisti.

Sono stati creati prototipi di catodi e sono state esplorate diverse tecniche di deposizione, tra cui la stampa a schermo, la spin coating, il CVD diretto e la deposizione elettroforetica (EPD).

Visione del metodo di produzione dei CNT

Anche se ottenere elettroni da un catodo basato su nanotubi di carbonio (CNT) poteva essere fatto in diversi modi, le prestazioni variavano molto. Per far funzionare bene questi catodi nei dispositivi di imaging medico, è stato necessario migliorare i materiali e i metodi di produzione dei CNT.

La fabbricazione dei CNT, che riguarda come sono fatti, quanto sono lunghi, quanto sono puri e se hanno particelle strane, è stata fondamentale per ottenere catodi robusti.

Un team dell'Università della Carolina del Nord (UNC) ha perfezionato le tecniche di deposizione elettrochimica (EPD) usando CNT a poche pareti creati da un gruppo dell'Università di Duke.

Nel processo, sono state utilizzate soluzioni a base di alcol, con aggiunta di sostanze come il cloruro di magnesio (MgCl2) e piccole particelle di vetro come adesivo.

I materiali isolanti, come il vetro o il quarzo, sono stati plasmati con aree dove poteva essere depositato il materiale conduttivo utilizzando la fotolitografia.

L'EPD è stato usato per mettere il materiale a base di CNT sul supporto preparato. Dopo, è stata rimossa una sostanza chiamata fotoresistore, mostrando il modello del catodo desiderato, sebbene il materiale a base di CNT non aderisse perfettamente alla superficie. Infine, i supporti sono stati riscaldati a temperature molto alte, facendo fondere le particelle di vetro adesive e creando una struttura con i CNT parzialmente collegati alle estremità."

Sorgente a raggi X a nanotubi di carbonio (CNT) a singolo fascio

Il design di base di una sorgente a raggi X a nanotubi di carbonio (CNT) a singolo fascio di emissione di campo è simile a quello di un tubo a raggi X termoionico convenzionale.

Una sorgente CNT tipica è composta dal catodo, da un elettrodo di estrazione a griglia, chiamato gate, da una struttura di messa a fuoco e da un anodo in tungsteno all'interno di un contenitore sottovuoto.

"Tubo a raggi-X a Nanotubi CNT"

Per garantire la durata degli emettitori a nanotubi di carbonio (CNT) utilizzati nelle sorgenti a raggi X e per esplorare ulteriori possibilità, è fondamentale mantenere un alto vuoto, poiché i CNT sono più vulnerabili all'ossidazione rispetto ai tradizionali filamenti di tungsteno nei tubi a raggi X convenzionali. In genere, si utilizza una pompa, attiva o passiva, in base alla potenza del dispositivo.

Per generare i raggi X, applichiamo una tensione positiva all'anodo, in modalità unipolare. Gli elettroni vengono estratti dal catodo applicando una tensione tra il catodo e il gate, con la maggior parte degli elettroni che attraversa il gate e raggiunge l'anodo.

La lente di messa a fuoco modella il fascio di elettroni prima che colpisca l'anodo, garantendo la dimensione del punto focale desiderato.

Una caratteristica vantaggiosa di queste sorgenti CNT è la capacità di programmare e sincronizzare facilmente l'emissione di elettroni e gli impulsi di raggi X con trigger esterni, riducendo le sfocature nelle immagini dovute ai movimenti dei pazienti o degli animali durante gli esami.

Inizialmente sviluppate per l'imaging preclinico di piccoli animali per la ricerca biomedica, queste sorgenti CNT hanno dimostrato successo nell'esecuzione di scansioni ad alta risoluzione sincronizzate con il respiro e il battito cardiaco.

Tuttavia, una sfida nel progresso di questa tecnologia è stata garantire la potenza e la stabilità necessarie per applicazioni di imaging a lungo termine, affrontando problemi legati alla qualità dei CNT e all'instabilità delle tensioni iniziali.

Potenzialmente, queste sorgenti CNT potrebbero essere utilizzate anche in applicazioni di controllo non distruttivo (CND) e sicurezza.

Nel corso degli anni sono stati compiuti progressi significativi per mitigare questi problemi:

1)     ottimizzazione della struttura e morfologia dei materiali grezzi dei CNT e del design dei catodi CNT per ottenere sia l'alta densità di corrente di emissione che l'alta corrente totale di emissione,

2)     miglioramento del design e del processo di produzione delle sorgenti CNT,

3)    integrazione di elettronica per compensare e regolare il flusso di fotoni a raggi X. Anche se c'è ancora spazio per ulteriori miglioramenti, le sorgenti a raggi X CNT prodotte oggi possono erogare la stessa potenza di un tubo a raggi X termoionico convenzionale, limitata dalla gestione termica dell'anodo piuttosto che dalla corrente di emissione del catodo.

Un esempio di sorgente a raggi X CNT a anodo fisso ad alta potenza è mostrato nella figura qui sotto. La sorgente sigillata, senza una pompa ionica attiva esterna, può funzionare a 120 kVp e 50 mA di corrente del tubo con una dimensione del punto focale variabile .

              

"a. Schema semplificato di un generatore di raggi-X CNT "

Array di sorgenti a raggi X CNT distribuite spazialmente

Un tradizionale tubo a raggi X termoionico è un dispositivo singolo e analogico che utilizza un singolo punto focale sull'anodo per generare radiazioni a raggi X.

Questo design limita la sua capacità di eseguire tecniche avanzate di imaging, come la tomografia computerizzata (TC) e altre forme di imaging tridimensionale, poiché richiede spostare fisicamente la sorgente a raggi X in diverse posizioni per raccogliere proiezioni da angolazioni diverse.

Tuttavia, l'innovazione è giunta con l'introduzione di un array di sorgenti a raggi X distribuite spazialmente, ognuna con punti focali multipli distribuiti nello spazio.

Questo approccio ha portato notevoli miglioramenti in termini di risoluzione spaziale e temporale, aprendo nuove possibilità nell'ambito dell'imaging medico, del Contrasto Non Distruttivo (CND) e della sicurezza.

         

        "CNT montati circolo per sistema CT                  a. Singolo emettitore in movimento per Tomosintesi                            b. Array emettitori in linea con

attivazione sequenziale"

Le sorgenti a raggi X a emissione di campo basate su nanotubi di carbonio (CNT) hanno giocato un ruolo cruciale in questa innovazione. Grazie al loro design relativamente semplice e al basso contributo termico, i CNT hanno reso possibile la costruzione di array di sorgenti multiple distribuite spazialmente con configurazioni variabili per adattarsi alle esigenze del sistema.

Tuttavia, questo nuovo approccio ha comportato alcune sfide tecniche, come la necessità di garantire la coerenza tra i singoli catodi CNT in termini di emissione di campo, dimensioni del punto focale e uscite di raggi X.

Questo è essenziale per ottenere la qualità delle immagini ricostruite.

Rispetto alla sorgente a raggi X a singolo fascio, l'array di sorgenti a raggi X distribuito presenta alcune sfide tecnologiche aggiuntive, come la coerenza nelle caratteristiche di emissione di campo dei singoli catodi CNT, nelle dimensioni del punto focale e nelle uscite a raggi X da fascio a fascio.

Per la maggior parte delle applicazioni di imaging, la dose di raggi X e la dimensione del punto focale devono essere coerenti da vista a vista per garantire la qualità delle immagini ricostruite.

Questo è difficile quando vengono utilizzati da 10 a 102 catodi CNT per ogni array di sorgenti a raggi X.

La corrente di emissione di campo cambia in modo esponenziale con il campo elettrico di polarizzazione.

                 

“Array emettitori in linea con attivazione sequenziale”

Piccole variazioni nella composizione, geometria o morfologia dell'emettitore possono comportare una grande variazione nel comportamento di emissione tra i singoli catodi.

Anche con il continuo miglioramento della tecnologia di fabbricazione, alcune variazioni nel catodo sono inevitabili.

Per mitigare questo problema sono stati sviluppati dispositivi elettronici dedicati per compensare in tempo reale le variazioni nel comportamento di emissione dei singoli catodi e regolare il flusso di fotoni a raggi X in uscita per ottenere la coerenza e la affidabilità richieste per l'imaging.

"Elettronica di controllo per la gestione multipla dei array"

Oggi, array di sorgenti a raggi X CNT distribuite spazialmente con diverse configurazioni e specifiche prestazioni sono prodotte commercialmente basate sulle tecnologie sviluppate inizialmente presso l'Università della Carolina del Nord (UNC).

La figura sottoriportata illustra il meccanismo di funzionamento dell'array multi sorgenti.

Per illustrare le capacità di questa tecnologia, è mostrato un array di sorgenti a raggi-X CNT fabbricato secondo stringenti specifiche per un nuovo sistema TC in fase di sviluppo.

     

"Array multiraggio con 250 emettitori "                        "a. Schema semplificato di più generatori di raggi-X CNT "

Gli array a raggi-X multiraggio rappresentano una significativa evoluzione nella generazione di raggi-X.

Questi sistemi contengono 250 emettitori, o punti focali, ciascuno con una dimensione del punto focale di circa 1 mm x 1 mm, distribuiti su una lunghezza di circa 100 cm.

Sono progettati per funzionare a 180 kVp e 30 mA di corrente del catodo.

Questa configurazione consente di ottenere immagini radiografiche ad alta risoluzione e precisione, rendendoli ideali per applicazioni mediche avanzate come la tomografia computerizzata (TC) e altre tecniche di imaging tridimensionale.

Esempio di un nuovo impianto a nanotubi:

"Impianto CT stazionario a raggi-X con nanotubi certificato ECAC utilizzato per garantire la sicurezza dei nostri viaggi "

Ecco alcune informazioni chiave sui sistemi a raggi-X con nanotubi:

• Principio di funzionamento: In un impianto a raggi-X con nanotubi, una tensione viene applicata ai nanotubi di carbonio, che agiscono come catodi. Gli elettroni vengono emessi dalla superficie dei nanotubi quando vengono sottoposti a una tensione elevata. Questi elettroni accelerati colpiscono un bersaglio anodico, spesso costituito da tungsteno o altri materiali ad alta densità atomica. L'interazione degli elettroni ad alta energia con il bersaglio anodico produce i raggi-X.

• Vantaggi: Le sorgenti di raggi-X a nanotubi offrono diversi vantaggi rispetto ai tradizionali tubi a catodo caldo utilizzati nella radiologia. Questi vantaggi includono una dimensione fisica più compatta, una maggiore efficienza energetica, la possibilità di regolare l'intensità dei raggi-X in modo rapido e preciso, e una maggiore durata operativa.

• Applicazioni: Gli impianti a raggi-X con nanotubi sono utilizzati in diverse applicazioni, tra cui la radiologia medica, l'odontoiatria, l'ispezione non distruttiva nell'industria, e la ricerca scientifica avanzata. Possono essere utilizzati per la generazione di raggi-X a bassa, media o alta energia, a seconda delle esigenze dell'applicazione.

• Riduzione dell'esposizione alle radiazioni: Un altro vantaggio dei nanotubi è la possibilità di regolare con precisione la produzione di raggi-X, il che può contribuire a ridurre l'esposizione del paziente alle radiazioni durante gli esami diagnostici.

• Sviluppo tecnologico: La tecnologia dei nanotubi di carbonio è in costante sviluppo, e si sta cercando di migliorare ulteriormente le prestazioni e l'affidabilità di queste sorgenti di raggi-X.

Tuttavia, è importante notare che, nonostante i vantaggi, l'adozione su larga scala delle sorgenti di raggi-X a nanotubi può richiedere investimenti significativi e regolamentazioni specifiche per garantire la sicurezza e l'efficacia nell'uso medico e industriale.

La ricerca e lo sviluppo continuano per rendere questa tecnologia sempre più accessibile e affidabile.

CONCLUSIONI

La tecnologia dei raggi-X a emissione di campo basata su nanotubi di carbonio (CNT) offre diversi vantaggi distinti rispetto ai tradizionali tubi a raggi-X termoionici grazie al meccanismo di emissione di campo per la generazione di elettroni, compresa la programmabilità elettronica della radiazione a raggi-X e la flessibilità nella fabbricazione di matrici di sorgenti di raggi X distribuite con diverse configurazioni.

Queste capacità sono particolarmente attraenti per l'imaging fisiologicamente guidato e per la progettazione di sistemi di imaging tomografico con migliorata risoluzione, robustezza meccanica e mobilità.

Sebbene la dimostrazione della generazione di raggi-X utilizzando emitteri di CNT sia relativamente diretta, raggiungere la potenza, la stabilità e la affidabilità richieste per l'imaging clinico e industriale è stato impegnativo.

Attraverso il miglioramento della qualità dei materiali CNT e i progressi nella progettazione e nella produzione della struttura del catodo e delle sorgenti di raggi-X, le prestazioni delle sorgenti di raggi-X a CNT hanno fatto notevoli progressi rispetto ai rapporti originali di vent'anni fa.

I catodi CNT hanno dimostrato la capacità di generare la corrente e la densità di corrente necessarie persino per i tubi CT medici ad alta potenza.

Oggi, la potenza delle sorgenti di raggi X a CNT fabbricate commercialmente non è limitata dalla capacità dei catodi CNT, ma dalla gestione termica dell'anodo, come nei tradizionali tubi a raggi X termoionici.

Sfruttando la capacità della matrice di sorgenti di raggi X distribuite di emettere radiazioni da diverse angolazioni di visualizzazione senza alcun movimento meccanico, sono stati proposti e dimostrati diversi dispositivi di imaging a tomosintesi per studi di imaging su pazienti per applicazioni cliniche, tra cui la rilevazione del cancro al seno, la diagnosi di diverse malattie polmonari, l'immagine degli arti e l'esame dentale.

Un dispositivo di radiografia digitale mobile alimentato da raggi X a CNT ha ottenuto l'approvazione della FDA negli Stati Uniti ed è ora utilizzato clinicamente.

Sono in fase di approvazione regolamentare diversi sistemi di imaging tomografico basati su matrici di sorgenti di raggi X a CNT. Con il continuo progresso nella tecnologia delle sorgenti di raggi X a CNT, è possibile attendersi nuove applicazioni per l'imaging medicale, per i controlli non distruttivi (CND), la sicurezza aeroportuale, industria alimentare  e potenzialmente la radioterapia.

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Le fonti elencate forniscono una base solida per le informazioni presentate e sono disponibili per la verifica dettagliata delle affermazioni fatte nel testo.

L'Evoluzione dell'Ispezione Industriale dall'inizio ad oggi di Comet-Yxlon

La storia di Comet-Yxlon nel campo dell'ispezione industriale a raggi X ha inizio nel 1895, quando il fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen scoprì questa rivoluzionaria tecnologia.

La sua scoperta aprì nuove possibilità nella diagnosi medica e nell'ispezione industriale. Tuttavia, fu nel 1896 che l'imprenditore tedesco Carl Heinrich Florenz Müller ebbe un ruolo chiave nello sviluppo del primo tubo a raggi X, trasformando la scoperta di Röntgen in una concreta applicazione pratica.

Nel 1927, la fabbrica di Müller fu acquisita da Philips. Un momento fondamentale nella storia di Comet-Yxlon fu la collaborazione con Philips nel 1998. In quel periodo, Philips decise di concentrarsi principalmente sul settore medicale, separandosi dal ramo industriale. Questa scelta portò alla creazione di Yxlon International GmbH, un'azienda specializzata nell'ispezione industriale tramite raggi X.

Ma il percorso di crescita non si fermò lì. Nel 2007 Yxlon fu acquisita dal Gruppo Comet, leader mondiale nella produzione di tubi a raggi X in metalceramica.

Questa unione portò alla fusione con Fein Focus, precedentemente acquisita da Comet nel 2004. Il connubio rafforzò la posizione di Yxlon nel settore dell'ispezione a raggi X e della tomografia computerizzata (CT), contribuendo in modo significativo a garantire qualità e sicurezza in molteplici ambiti industriali.

Nel 2022, dopo 95 anni di storia, Yxlon International ha cambiato nome in Comet-Yxlon, mantenendo salda la sua posizione di pioniere e leader nell'ispezione industriale tramite raggi X.

Fino ad oggi, la Comet-Yxlon ha chiaramente orientato la sua visione verso il costante miglioramento dei propri impianti di tomografia. Nel prossimo futuro, potrebbe persino aprirsi la possibilità di esplorare applicazioni che coinvolgono l'innovativa tecnologia dei nanotubi........

"Comet-Yxlon evoluzione dell'Ispezione Industriale dall'inizio ad oggi"

I NOSTRI IMPIANTI

Nel panorama industriale odierno, caratterizzato da una crescente competizione globale, emerge la necessità di adottare tecnologie innovative per rimanere competitivi.

In questo contesto, la tomografia computerizzata a raggi-X si distingue per il suo potenziale rivoluzionario, poiché fornisce informazioni dettagliate che consentono di esplorare difetti e imperfezioni altrimenti difficili da rilevare.

Questa capacità di analisi avanzata sta aprendo nuove strade per l'innovazione e il miglioramento della progettazione e produzione industriale.

La nostra gamma di sistemi Comet-Yxlon risponde a queste esigenze in continua evoluzione, fornendo soluzioni all'avanguardia per il controllo qualità e l'analisi avanzata, elementi chiave per eccellere nell'attuale contesto competitivo.

Guardiamo al futuro con fiducia, consapevoli che l'innovazione tecnologica è cruciale per affrontare le sfide odierne e cogliere nuove opportunità di crescita e sviluppo.

"Impianto di Micro-Tomografia Comet-Yxlon"

La Xrayconsult è Sempre disponibili a dare informazioni su questa tecnologia, per vedere i nostri impianti premete questo

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