IL BETATRONE ORIGINI E APPLICAZIONI

Il termine betatrone è dovuto dal nome con cui venivano identificati originariamente gli elettroni, ovvero raggi beta.

Il nome betratone dall'inglese "betatron" composta dalla lettera greca "beta" e dal suff. -tron di electron "elettrone", nasce dapprima con il nome di reotrone "réotron", dove "reo" è una parola greca che significa flusso.

Nelle prime fasi dello sviluppo del betatrone, è stato indicato come un acceleratore a induzione magnetica. Le applicazioni del betatrone sono numerose e di diversa portata. In generale, possiamo classificare le sue applicazioni in tre gruppi: fisici, industriali e medicali.

Il principio del betatrone è stato annunciato nella sua forma più completa nel 1936 dal tedesco Steinbeck che ha chiesto 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, poteva sprigionare un'energia di raggi-X prodotta di circa 2,3 MeV  (2,3 milioni di volt elettronici).

Kerst ha utilizzato le condizioni del campo magnetico come indicato da Wideröe per un'orbita elettronica stabile effettuata in una camera di accelerazione.

Il suo funzionamento sfrutta l'induzione elettromagnetica senza la necessità di dover impiegare campi elettrici acceleranti: le particelle vengono immesse in un anello a induzione circolare, immerso in un campo che viene gradualmente intensificato.

La variazione del flusso del campo magnetico nell'anello fornisce agli elettroni la forza elettromotrice che li accelera, con questo schema, l'energia massima raggiungibile è dovuta solamente alla massima intensità del campo magnetico raggiungibile.

Il principio di funzionamento si può assimilare a quello di un trasformatore con spire primarie materializzate e con una spira secondaria costituita dagli elettroni che ruotano intorno al nucleo magnetico all'interno di un toroide sotto vuoto.

 

Gli elettroni vengono iniettati nell’interno del tubo a vuoto in modo discontinuo con una preaccelerazione data da un cannone elettrico.

Gli elettroni, compiendo un grandissimo numero di giri, acquistano una velocità molto vicina a quella della luce, nella loro orbita dall'azione concomitante di 2 campi magnetici, uno a flusso variabile per l'accelerazione ed uno a flusso costante per la guida.

Raggiunta la massima energia gli elettroni vengono prelevati dalla loro orbita mediante un impulso magnetico, che devia la loro traiettoria portandoli a colpire una placchetta di tungsteno del target, generando per effetto Bremmstrahlung che diviene sorgente di raggi X molto penetranti o di raggi γ.

L'ingresso nell'industria delle prime macchine per uso radiografico può essere datato intorno 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 e ad elevata sensibilità e risoluzione, fungendo da ideale sostituto per gli isotopi (come il cobalto 60), atomi 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.

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

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

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

Attualmente sono stati sviluppati impianti betatrone portatili a impulsi di piccole dimensioni, per effettuare prove non distruttive sui materiali e prodotti, ma anche per fornire una soluzione a problemi concreti e scientifici.

Tale dispositivo offre straordinarie caratteristiche tecniche ad un costo relativamente basso rispetto ad altri acceleratori. Uno dei vantaggi principali offerti è costituito da un fascio ristretto del raggio direzionale, fattore che riduce il rischio di radiazione durante l'utilizzo in condizioni non stazionarie.

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

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