Dall'invenzione nel 1895, il tubo radiogeno ha subito notevoli progressi tecnologici, ma il suo principio di funzionamento è rimasto invariato.

Può essere descritto come un diodo sotto vuoto di grandi dimensioni, al quale viene applicata un'alta tensione. La cascata di elettroni generata tra il filamento in tungsteno (catodo) e il target (anodo) è alla base del processo di produzione dei raggi X.

Il catodo è generalmente composto da uno o due filamenti di tungsteno, alimentati con una bassa tensione (circa 10-20 V) e un'alta corrente (da 3 a 7 A).

Attraverso l'effetto termoionico, questi filamenti riscaldano e generano una nuvola di elettroni intorno al filamento.

Questa nuvola elettronica tende a muoversi dal catodo all'anodo, creando una differenza di potenziale e acquisendo energia cinetica.

Le tensioni applicate al tubo radiogeno variano a seconda dell'utilizzo: in medicina, tipicamente dai 40 ai 130 kV, mentre nell'industria si possono raggiungere valori da 90 kV a 450 kV e, in alcuni casi, oltre i 600 kV.

Quando gli elettroni colpiscono l'anodo, il 99% dell'energia viene dissipata sotto forma di calore, mentre solo l'1% dei raggi X viene prodotto tramite l'effetto Bremsstrahlung (frenamento).

La generazione di calore rappresenta una sfida tecnica, specialmente per i tubi radiogeni ad alte potenze. Per mantenere il tubo a temperature accettabili, vengono adottate soluzioni di raffreddamento, che possono variare da sistemi di raffreddamento convenzionali per potenze più basse a sistemi più sofisticati per prelevare e smaltire il calore generato.

Nel campo medico, per ovviare al problema del surriscaldamento e garantire una produzione continua di raggi X, gli ingegneri hanno sviluppato l'anodo rotante.

Questa soluzione permette di distribuire il calore su un'area più ampia, evitando il surriscaldamento e preservando la qualità dell'immagine radiografica.

Oggi, la maggior parte dei tubi radiogeni utilizzati in ambito medico, per radiografie convenzionali, radioscopie e tomografie computerizzate (TAC), sono dotati di anodi rotanti.

Questo componente essenziale, insieme a una serie di schermature e dispositivi di sicurezza, garantisce la protezione del paziente e dell'operatore dalle radiazioni indesiderate.

La radiazione prodotta dai tubi radiogeni è direzionata attraverso una finestra specifica del tubo al di fuori dell'apparecchiatura, mentre il resto del tubo è circondato da una cuffia schermante per prevenire la fuoriuscita di radiazioni pericolose.

Per migliorare ulteriormente la sicurezza del paziente, la radiazione diretta viene filtrata attraverso filtri di alluminio o rame.

Questi filtri rimuovono la parte "molle" della radiazione, ovvero i raggi X a bassa energia, che aumenterebbero solo la dose al paziente senza apportare alcun valore diagnostico.

I tubi radiogeni sono dispositivi delicati, in quanto piccole variazioni di corrente o tensione possono compromettere la qualità dell'immagine prodotta.

Per garantire una stabilità ottimale, vengono utilizzati generatori ad alta frequenza con ondulazione residua praticamente inesistente (inferiore all'1%).

Inoltre, circuiti di stabilizzazione dell'amperaggio e compensazione per le cadute di tensione aiutano a mantenere il sistema radiogeno in condizioni ottimali di funzionamento.

Nei moderni sistemi radiogeni, molte delle operazioni vengono gestite parzialmente o interamente dal computer, consentendo al tecnico di radiologia di interagire solo in determinate situazioni particolari.

Tuttavia, tre dei principali parametri controllati dal tecnico riguardano il funzionamento del tubo radiogeno:

• Corrente (in Ampere): Questo parametro fa riferimento all'intensità di corrente che scorre nel filamento del catodo. Aumentando la corrente, si aumenta la quantità di elettroni prodotti e, di conseguenza, la quantità di raggi X generati.

• Tempo (in Secondi): Indica la durata dell'emissione di raggi X. La durata dell'erogazione dei raggi X può essere variata a seconda delle necessità diagnostiche.

• Tensione (in Kilovolt): Modificando la differenza di potenziale tra il catodo e l'anodo, si può variare l'energia cinetica dei raggi X, influenzando così la loro capacità di penetrare i tessuti e fornire diverse informazioni diagnostiche.