TUBI E CUFFIE A RAGGI-X PER APPLICAZIONI DI TOMOGRAFIA INDUSTRIALE

Sappiamo che le caratteristiche che qualificano una sorgente di raggi-X sono la dimensione della macchia focale, lo spettro dei raggi-X generato e la intensità della radiazione. La dimensione della macchia focale e la geometria di ripresa (distanza tra sorgente, oggetto e rivelatore) influenzano la risoluzione spazia­le di un sistema CT.

Lo spettro di energia determina la capacità di penetrazione del fascio, così come l’attenuazione imposta dalla densità dei differenti materiali attraversati. I fotoni ad alta energia penetrano in modo più efficace rispetto a quelli a bassa energia, ma sono meno sensibili alle variazioni di densità del materiale attraversato.

L’intensità della radiazione influenza il rapporto segnale-rumore e quindi la nitidezza dell’immagine. Energie più elevate hanno penetrazione maggiore, ma una maggiore potenza va a discapito della dimensione delle macchie focali e quindi della risoluzione.

Sono disponibili anche tubi a raggi-X con un doppio filamento per poter selezionare due macchie focali, selezionabili a piacere; la dimensione della macchia focale determina la quantità e qualità della radiazione imposta dallo spessore e densità dell’oggetto.

I tubi ad altissima risoluzione possono arrivare a macchie focali al di sotto del micron, ma le potenze in gioco non superano i 400W. In alcuni tubi è possibile regolare dall’esterno la focalizzazione del fascio elettronico incidente e quindi la dimensione della macchia focale; all'aumentare del carico si aumenta la dimensione per evitare danni termici irreversibili alla placca anodica.

Nella tabella che segue è indicato il criterio generale di scelta.

I sistemi TC moderni sfruttano essenzialmente due tipi di fonti radiogene.

I tubi radiogeni a mini-fuoco sono più potenti dei tubi radiogeni a micro-fuoco, con energia che spazia da ~20 keV (Kiloelettronvolt) fino a ~600 keV, con potenza massima da 100 W fino a ~1500W.

Le dimensioni delle macchie focali (o spot) per il mini-fuoco variano da ~ 0,25 mm a ~ 2 mm.

Risultano ideali per l’esame di componenti strutturati in applicazioni del settore automobilistico, aereo e aerospaziale.

I tubi radiogeni a micro-fuoco sono disponibili con energie da ~ 20 keV fino a ~ 750 keV. La potenza in uscita rientra tra valori inferiori a 1W e fino a ~ 300 W. Le dimensioni delle macchie focali del micro-fuoco rientrano tra ~ 1 um e ~ 300 um.

Per valutare la fonte radiogena di un sistema TC destinata a una particolare applicazione, si dovrebbe tener conto dei seguenti importanti parametri operativi:

 

Dimensioni e stabilità della macchia focale:

 

Questa caratteristica influenza la potenza in uscita del raggio e la nitidezza con cui si acquisiscono le immagini TC, fattore questo che incide nel livello di dettaglio del provino.

I tubi radiogeni a micro-fuoco sfruttano macchie focali piccole, che permettono di ottenere raffigurazioni molto ingrandite e risoluzioni a livello di micrometro (~ 1 um).

I tubi radiogeni a mini-fuoco invece hanno macchie focali più grandi e quindi radiazioni a energia decisamente maggiore. Di solito sono utilizzati per campioni grandi e massivi, come pressofusi in alluminio, elementi in ghisa grigia o in acciaio colato.

Elevate variazioni di temperatura possono causare un‘espansione dell‘alloggiamento del tubo radiogeno e successiva instabilità del campo elettrico, con deriva (drift) della macchia focale.

La conseguenza è un‘immagine ricostruita poco nitida. Raffreddando l‘alloggiamento si limitano le fluttuazioni di temperatura e il drift delle macchie focali, migliorando notevolmente la qualità delle immagini.

keV (Kiloelettronvolt):

E’ la differenza di potenziale necessaria ad accelerare gli elettroni di un circuito percorso da corrente, al fine di creare fotoni di raggi-X.

Tanto maggiore è il potenziale energetico della fonte, tanto maggiore è il potere penetrante della radiazione.

All‘aumentare delle dimensioni del particolare da scansionare, aumenta anche il fabbisogno energetico.

 

 

Milliampere (mA):

Indica la corrente che passa nel catodo.

L’energia potenziale accelera gli elettroni dal catodo verso l’anodo. L’anodo è detto anche “target” ed è la sorgente della radiazione X.

Maggiore è il flusso di corrente, maggiore sarà il numero di elettroni che colpiranno il target e, quindi, maggiore sarà la quantità di raggi X emessi dalla sorgente.

Per ottenere complessivamente la migliore qualità d‘immagine possibile per la relativa applicazione, si deve ottenere un equilibrio tra i fattori sopra indicati delle fonti radiogene. Non esiste una soluzione universale per tutte le applicazioni.