IL BETATRONE ORIGINI E APPLICAZIONI

Il termine "betatrone" deriva dal nome originale con cui venivano identificati gli elettroni, ossia i raggi beta.

Il nome "betatrone" è composto dalla lettera greca "beta" e dal suffisso "-tron" di "electron" (elettrone). Inizialmente, il dispositivo era conosciuto come "reotrone", con "reo" che deriva dalla parola greca per "flusso".

Nelle prime fasi dello sviluppo del betatrone, veniva indicato come un acceleratore a induzione magnetica.

Questo dispositivo trova numerose applicazioni in vari campi, suddivisibili in tre gruppi principali: fisica, industria e medicina.

Il principio del betatrone nella sua forma più completa è stato presentato per la prima volta nel 1936 da Steinbeck, un ricercatore tedesco che ha depositato un brevetto per un acceleratore a induzione basato sulle idee esposte da Wideröe.

Il primo acceleratore di induzione di successo è stato costruito da Donald W. Kerst presso l'Università dell'Illinois.

Questa macchina è stata testata il 15 luglio 1940 e aveva la capacità di produrre raggi-X con un'energia di circa 2,3 MeV (2,3 milioni di volt elettronici).

Il betatrone sfrutta le condizioni del campo magnetico come indicate da Wideröe per creare un'orbita elettronica stabile all'interno di una camera di accelerazione.

A differenza di altri acceleratori che utilizzano campi elettrici acceleranti, il betatrone si basa sull'induzione elettromagnetica.

Le particelle vengono immesse in un anello a induzione circolare, immerso in un campo magnetico che viene gradualmente intensificato.

La variazione del flusso del campo magnetico nell'anello fornisce agli elettroni la forza elettromotrice necessaria per accelerarli.

In questo schema, l'energia massima raggiungibile dipende solo dall'intensità massima del campo magnetico raggiungibile.

Il principio di funzionamento del betatrone può essere paragonato a quello di un trasformatore, in cui le spire primarie sono materializzate e la spira secondaria è costituita dagli elettroni che ruotano intorno al nucleo magnetico all'interno di un toroide sotto vuoto.

Gli elettroni vengono iniettati nel tubo a vuoto in modo discontinuo, con una preaccelerazione fornita da un cannone elettrico.

 

Gli elettroni, compiendo un grande numero di giri, raggiungono una velocità molto vicina a quella della luce grazie all'azione concomitante di due campi magnetici: uno a flusso variabile per l'accelerazione e uno a flusso costante per la guida.

Quando gli elettroni raggiungono la massima energia, vengono deviati dalla loro orbita mediante un impulso magnetico, che li fa collidere con una placchetta di tungsteno chiamata target.

Questa collisione genera l'effetto Bremmstrahlung, che produce raggi X molto penetranti o raggi γ.

L'ingresso delle prime macchine betatrone nell'industria per l'uso radiografico risale al 1950. Prima di costruire l'acceleratore, tuttavia, Kerst e Serber svilupparono le relazioni matematiche complete per l'accelerazione elettronica.

Il betatrone produce radiografie ad altissimo contrasto, elevata sensibilità e risoluzione, e funge da ideale sostituto degli isotopi (come il cobalto 60), che sono più costosi e offrono una qualità inferiore.

Il betatrone portatile è un acceleratore di elettroni circolare compatto che produce un fascio direzionale di raggi X ad alta energia.

Oggi, i betatroni di piccole dimensioni vengono utilizzati per il controllo radiografico della qualità dei materiali e dei prodotti in condizioni non stazionarie, ad esempio nel settore dell'edilizia civile.

Tra i campi di applicazione più comuni per questa tecnologia figurano il controllo delle saldature, delle pile di ponte, delle colate, dei metalli densi e delle strutture in cemento armato.

I betatroni possono anche essere impiegati negli impianti di trasformazione del gas per determinare le condizioni delle valvole di arresto negli oleodotti e nei gasdotti, o per rilevare la corrosione interna o l'erosione sulle valvole o sugli accessori.

Attualmente, sono stati sviluppati impianti betatrone portatili di piccole dimensioni per eseguire prove non distruttive su materiali e prodotti e per fornire soluzioni a problemi concreti e scientifici.

Questo dispositivo offre straordinarie caratteristiche tecniche a un costo relativamente basso rispetto ad altri acceleratori.

Uno dei principali vantaggi offerti dal betatrone è la produzione di un raggio direzionale focalizzato, il che riduce il rischio di esposizione alla radiazione durante l'utilizzo in condizioni non stazionarie.

Il betatrone offre una buona definizione dell'immagine grazie a un punto focale di piccole dimensioni ed è realizzato con circuiti elettronici affidabili e rapidi per la protezione dei circuiti elettrici.

Oltre a offrire facilità di trasporto, utilizzo e manutenzione, questo dispositivo assicura una ridottissima produzione di immagini a raggi X difettose grazie a sistemi di dosimetria incorporati ed esterni.

 

Sopra vengono riportate tabelle di un betatrone della JME da 6MeV, dove si può riscontrare la possibilità di effettuare delle radiografie su componenti con spessori elevati di acciaio o cemento.

Ideale per il campo industriale e edile.