Tecnologia a raggi-X: dal Nano al Mini Fuoco.

Quando si sceglie un tubo a raggi-X, uno dei criteri più importanti è la larghezza di banda energetica.

Attualmente all'interno del settore, la tendenza è quella di scegliere un tubo con un alta energia, questo è per ottenere una migliore penetrazione di materiali ad alto assorbimento e pareti con spessori maggiori.

Con l'aumento della tensione, l'accelerazione e la quantità di fotoni a raggi-X aumenta, più del semplice aumento della corrente del tubo.

Un esempio, con il raddoppio della corrente del tubo,  il numero di fotoni aumenta di un fattore due, ma al raddoppio della tensione si può avere un aumento di fotoni di un fattore quattro.

Questo può essere allettante, perchè un numero maggior di fotoni, comporta un tempo di analisi più veloce, ma bisogna tenere presente che si rischia di perdere in qualità dell'immagine utilizzando questo metodo.

In questa radiografia di un componente CFRP (materiali rinforzati con fibra a matrice polimerica),

l'immagine in alto ha una risoluzione migliore ma con più artefatti,

ovvero una qualità dell'immagine inferiore, perché è stata effettuata con una energia più bassa.

L'immagine in basso, scattata con una maggiore energia,

ha una migliore qualità dell'immagine con meno artefatti ma meno risoluzione.

Ecco il perché.

Ci sono alcuni fenomeni che i fotoni a raggi-X producono e stati evidenziati durante alcuni studi sui tubi ad alta energia: assorbimento dei fotoni da parte del materiale, dispersione di Compton e produzione di coppie.

A seconda delle proprietà del materiale, si osservano  diversi effetti, tutto dipende dal materiale che si stai ispezionando.

Con le basse energie (<40 keV), l'assorbimento dei fotoni è l'effetto dominante per la maggior parte dei materiali.

Con le basse energie, il tubo è in grado di produrre un buon contrasto, anche tra due materiali fisicamente molto vicini tra di loro sullo stesso campione. Questo dipende dall'assorbimento del materiale e dal numero atomico (Z), con le basse energie, l'influenza di Z è molto alta.

La cattiva notizia è che nei materiali con numeri atomici molto diversi produrranno un enorme contrasto, il che può portare a un'immagine che non può essere ispezionata.

Con le energie più elevate (> 200 keV), lo scattering Compton è l'effetto dominante. In questo caso, il numero atomico, Z, è solo un fattore lineare nell'equazione di assorbimento e ha meno influenza.

Materiali con valori Z molto diversi producono meno contrasto e possono essere visti in un colpo solo. Naturalmente, i materiali con numeri atomici molto simili possono apparire come un valore molto simile nell'immagine e di difficile distinzione.

A energie superiori a 2-3 MeV, la produzione di coppia, più o meno, l'unico effetto che si genera.

L'ispezione a queste energie è meno ottimale per la maggior parte dei controlli non distruttivi, testare i componenti con questo assorbimento è molto ridotto e quindi il contrasto molto ridotto.

Se il tuo obiettivo di prova richiede un grande contrasto di materiali che presentano differenze minime nei numeri atomici (come polimero rinforzato con fibra di carbonio o CFRP, dove quasi tutto è carbonio), assicurati che la quantità di energia a raggi-X utilizzata rimanga in un intervallo in cui i fotoni abbiano un buon assorbimento e crei l'effetto dominante.

D'altra parte, se hai una combinazione di materiali con differenze molto elevati nel numero atomico Z, come CFRP e acciaio, assicurati che l'effetto Compton sia dominante usando energie più elevate. Se ispezionato a energie più elevate, questi materiali saranno visibili.  Vedi figura soprariportata.

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