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NOTA - GENERATORI PER RAGGI-X

Info e Note > Note Tecniche > Componenti
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GENERATORI RAGGI-X

I GENERATORI STAZIONARI

I principali componenti di un generatore di raggi X sono il tubo, il generatore di alta tensione, la console di controllo, e il sistema di raffreddamento.
I raggi X sono generati dirigendo un flusso di elettroni ad alta velocità contro un bersaglio (target), composto ad esempio da una pastiglia di tungsteno, materiale con un alto numero atomico.
Quando gli elettroni sono rallentati o fermati dalla interazione con le particelle atomiche del bersaglio, vengono prodotti le radiazione  X. Questo effetto fisico viene realizzato in un tubo a raggi X come quello mostrato nella figura sottoriportata. Il tubo a raggi X è uno dei componenti del generatore a raggi X.
Impianto monoblocco con tubo radiogeno e generatore di alta tensione
Composizione di un monoblocco formato da un tubo radiogeno e del suo generazione ad alta tensione,
Il catodo del tubo (filamento) è riscaldata con una corrente a bassa tensione e una corrente di alcuni ampere. Con il riscaldamento del filamento gli elettroni nel filo viene creato un grande potenziale elettrico tra il catodo e l'anodo dal generatore di alta tensione.
Gli elettroni circolanti nel catodo e sono fortemente attratti dall'anodo (target).
Il flusso di elettroni innesca un effetto a cascata tra il catodo e l'anodo creando una corrente del tubo.
La corrente del tubo viene misurata in mA (milliampere) ed è controllata tramite un circuito elettronico.
Più alta sarà la temperatura del filamento, maggiore sarà il numero di elettroni che tramite l'effetto a valanga lasciano il catodo attirati dall'anodo.
L'impostazione di corrente dalla console di controllo regola la temperatura del filamento.
Stadi ad alta frequenza per generazione di radiazioni
Stadi di un sistema di generazione raggi-X
L'alta tensione creata tra il catodo e l'anodo influenza la velocità dalla quale gli elettroni viaggiano e colpiscono l'anodo. Più alto sarà la tensione applicata in kV, più sarà veloce, l'energia degli elettroni hanno quando colpiscono il target dell'anodo.
Più alta sarà l'energia dei elettroni a colpire il target più sarà elevata l'energia dei raggi X e avrà più forza di penetrazione. Il potenziale dell'alta tensione viene misurata in kV (kilovolts), un aumento del kV comporta un aumento dell'intensità della radiazione incidente.
Un cono di focalizzazione viene utilizzato per concentrare il flusso di elettroni verso una determinata area del target che viene chiamato "punto focale".
La dimensione del punto focale è un fattore importante della capacità del sistema di produrre un'immagine nitida.
Gran parte dell'energia applicata al tubo viene trasformata per 99% in calore sul target inserito nell'anodo.
L'anodo è comunemente costituito da un massello di rame dove viene posizionato una pastiglia al   tungsteno, avente un elevato punto di fusione (elemento puro 3.422 C°) inoltre bisogna indicare il suo numero atomico elevato (numero atomico W, 74).
Il massello di rame dell'anodo avente una alta conduccibilità al calore deve essere raffreddamento, per ogni tipologia di generatore vengono utilizzati diverse tipologia di raffreddamento attivi e passivi.
Alcuni tubi di bassa potenza sono raffreddati in modo semplice con l'utilizzo di materiali termicamente conduttivi ed alette di calore radiante.
Massello in rame con piastrina al tungsteno, punto focale
Massello di rame dove viene posizionato una pastiglia al tungsteno, con visione del punto focale e della temperatura che si crea.
Va inoltre indicato, che per evitare che il catodo crei dalla combustione ed evitare la formazione di archi tra l'anodo e il catodo, viene creato un vuoto con rimozzione di tutto l'ossigeno presente (tubi minifuoco).
Altri sistemi (tipo microfuoco) hanno sistemi con delle pompe per il vuoto che si attivano all'accensione del sistema. Per la maggior parte dei tubi industriali a raggi X si richiede sempre una semplice procedura di warm-up (riscaldamento) da seguire prima di creare i raggi-x.
Questa procedura di riscaldamento aumenta lentamente la tensione e corrente del tubo in modo di bruciare lentamente eventuali particelle di ossigeno presente prima che il tubo viene fatto funzionare ad alta potenza.
Un'altro componente importante di un sistema per la generazione di raggi X è la console di controllo. Le console di controllo hanno tipicamente un lucchetto per impedire l'uso non autorizzato del sistema.
I tre principali comandi  utilizzati sono: la regolabzione della tensione del tubo in kV, l'amperaggio in mA e il tempo di esposizione in minuti e secondi per i sistemi radiografici per i sistemi radioscopici il tempo non viene utilizzato essendo real-time.
Alcuni sistemi hanno anche un controllo per cambiare la dimensione del punto focale del tubo.
Disegno di un piatto rotativo con visualizzato il punto dove viene creata il focal spot
Immagine di un piatto rotativo con visualizzato il punto dove viene creata il focal spot
POTENZA DEI GENERATORI A RAGGI-X

I generatori di raggi X sono disponibili in una grande varietà di formati e configurazioni.
Ci sono unità fisse che sono destinati ad essere utilizzati in ambienti di laboratorio o di produzione e sistemi portatili che possono essere facilmente spostato sul luogo di lavoro.
I sistemi sono disponibili in un'ampia gamma di livelli energetici.
Per l'ispezione di componenti in acciaio o componenti metallici pesanti, possono essere necessari sistemi in grado di produrre potenze tra 160 - 600kV per penetrare l'intero spessore del materiale.
In alternativa, piccoli, componenti leggeri possono avere bisogno di un sistema in grado di produrre solo poche miliaia tra 0-225kV questo dipende dal tipo di applicazione e dallo spessore.
Impianto stazionario con tubi radiogeno
Sistema stazionario con tubi radiogeni per potenze elevate superiore ai 160kV.
Interno di un microfuoco direzionale ad alte prestazioni
Tubo microfuoco a Direzionale con visione sezione trasversale
FOCAL SPOT SIZE

Un'altra considerazione importante è la dimensione del punto focale del tubo poiché questo influenza notevolmente la sfocatura geometrica (unsharpness) dell'immagine prodotta.
Generalmente, minore è la dimensione del punto focale migliore è la risoluzzione dell'immagine.
Ma questo si contrappone alla potenza generata dal tubo, più è piccola l'area focalizzata del tubo minore può essere la potenza erogata pena il surriscaldamento e fusione del target.
Pertanto, la dimensione del punto focale diventa un compromesso tra la risoluzione richiesta e la sua capacità penetrativa nel materiale per la minore potenza.
I generatori possono essere classificati come, sistemi Minifuoco e sistema a Microfuoco convenzionale.
Le unità a minifuoco hanno target più grandi da circa 0,2 mm fino a qualche mm, inversamente i microfuochi hanno focali-spot che vanno da 5-10 micron fino a 300 micron (0,005-0,010 millimetri a 0,3 millimetri), esistono anche sistemi identificati nanofocus con focali-spot di dimensioni inferiori ai 5 micron ma con prezzi elevati.
Sezione di un nanofuoco trasmissione ad alte prestazioni
Tubo microfuoco a trasmissione con visione sezione trasversale
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