Wie werden Hochenergie-Röntgenanlagen verwendet?

Die in den zwei vorhergehenden Abschnitten beschriebene Ausrüstung wird verwendet, um Röntgenstrahlung mit bis zu 450 kV zu erzeugen. Manchmal werden jedoch höhere Energien benötigt. Es sind mehrere Geräte entwickelt worden, die im Bereich 1 MeV bis 10 MeV arbeiten. In der industriellen Radiographie kommen fast ausschließlich Bètatrons oder Linearbeschleuniger (Linacs) zum Einsatz. Der Betrieb hochenergetischer Röntgenanlagen erfordert (kostspielige) Sicherheitsmaßnahmen.

Der Bètatron: Der Bètatron ist ein Elektronenbeschleuniger, der Röntgenstrahlung im Energiebereich von 2 bis 30 MeV erzeugen kann. Die Elektronen werden in eine donut-förmige, runde Glas-Vakuumröhre abgegeben, wie in Abbildung 5-5 dargestellt. Nach mehreren Millionen Umläufen in der Röhre erreichen die Elektronen ihre Maximalenergie und werden in Richtung Ziel abgelenkt. Am Ziel wird ein Teil der Elektronenenergie in einen tangential gerichteten Röntgenstrahl umgewandelt. Um eine angemessene Strahlungsintensität zu erreichen, arbeiten die meisten Bètatrons im Energiebereich von 10-30 MeV, da bei diesen Spannungen die höchste Umwandlungsrate von Elektronenenergie in Strahlung erreicht wird. Dennoch ist die Leistung von Bètatrons im Vergleich zu Linacs meist gering. Transportierbare niederenergetische Bètatrons (2-6 MeV) wurden entwickelt. Diese weisen jedoch meist eine niedrige Strahlungsleistung auf, die ihre möglichen Anwendungsfälle einschränkt. Ein Vorteil von Bètatrons besteht darin, dass sie mit sehr kleinen Brennpunkten (im Mikromillimeter-Bereich) konstruiert werden können. Ein Nachteil besteht darin, dass der Röntgenstrahl bei diesen sehr hohen Energien üblicherweise schmal ist und größere Filme sich nur mit einer höheren Distanz zwischen Quelle und Film abdecken lassen. Die so erforderlichen längeren Belichtungszeiten können in der Praxis ein Problem darstellen.

Der Linearbeschleuniger (Linac): Linacs (Linearbeschleuniger) werden üblicherweise mit 4 oder 8 MeV betrieben. Linearbeschleuniger können für einen oder zwei Energiewerte konstruiert werden.

Bei einem Wanderwellen-Linac "reiten" Elektronen, die durch ein erhitztes Filament erzeugt werden, auf einer elektromagnetischen Hochfrequenzwelle (3-10 MHz), die in gerader Linie eine Beschleunigungsröhre (hohler Wellenleiter) hinab läuft und werden so auf sehr hohe Energien beschleunigt. Diese Elektronen werden mit einer Frequenz von einigen hundert Impulsen pro Sekunden gebündelt. Das Ziel, auf das die Elektronen treffen, um Röntgenstrahlung zu erzeugen, befindet sich am gegenüberliegenden Ende des Haupt-Wellenleiters der Filamentbaugruppe. Dies ist das Transmissionsziel, aus dem der erzeugte Strahl in gerader Linie abgegeben wird.

Die Röntgenleistung eines Linearbeschleunigers liegt um ein Vielfaches höher als die Leistung eines Bètatrons mit selber Energie. Ein 8-MeV-Linac mit einem Brennpunkt mit 2 mm Durchmesser kann in einem Meter Abstand eine Strahlungsdosis von 30 Sv/Minute zuführen. Kleine, tragbare Linacs mit 3 MeV Kapazität leisten in einem Meter Abstand bis zu 1,5 Sv/Minute.

Die Haupteigenschaften eines Linearbeschleunigers:

1. Sehr hohe Strahlungsleistung

2. Sehr kleiner Brennpunkt (< 2 mm)

3. Erhebliches Gewicht (etwa 1200 kg bei einer stationären 8-MeV-Anlage)