Come funzionano i macchinari a raggi X ad alta intensità?

I macchinari descritti nelle due sezioni precedenti vengono utilizzati per generare raggi X fino a circa 450 kV. Tuttavia, livelli di energia più elevati sono a volte necessari. Sono stati costruiti diversi tipi di macchinari per operare nell'intervallo da 1 MeV a 10 MeV. Nella radiografia industriale vengono utilizzati quasi esclusivamente Betatroni o acceleratori lineari (linac). Il funzionamento degli impianti a raggi X ad alta energia richiede delle (costose) precauzioni di sicurezza.

Il Betatrone:Il Betatrone è un acceleratore di elettroni, in grado di produrre raggi X nell'intervallo di energia 2-30 MeV. Gli elettroni vengono emessi in un tubo a vuoto di vetro a forma di ciambella a sezione rotonda, come mostrato nella figura 5-5. Dopo diversi milioni di giri gli elettroni raggiungono la massima energia e vengono deviati verso il bersaglio. Sul bersaglio, parte dell'energia degli elettroni viene convertita in un fascio di raggi X diretto tangenzialmente. Per ottenere un'intensità di radiazione ragionevolmente elevata, la maggior parte dei Betatroni sono stati progettati per funzionare nell'intervallo di energia 10-30 MeV, in quanto queste tensioni raggiungono il massimo tasso di conversione dell'energia degli elettroni in radiazione. Tuttavia, la produzione dei Betatroni è solitamente inferiore rispetto ai Linac. Sono stati costruiti Betatroni trasportabili a bassa energia (2-6 MeV), i quali generalmente hanno una bassa emissione di radiazioni, che ne limita l'applicazione. Uno dei vantaggi dei Betatroni è che possono essere costruiti con macchie focali molto piccole (micromillimetri). Lo svantaggio è che con tali livelli di energia molto elevati, il ​​fascio di raggi X è solitamente stretto per cui la copertura di pellicole più grandi è possibile solo usando distanze sorgente-pellicola maggiori. I tempi di esposizione prolungati richiesti possono rappresentare un problema pratico.

L'acceleratore lineare (linac):I livelli di energia maggiormente più utilizzati per i linac (acceleratori lineari) sono 4 MeV e 8 MeV. Gli acceleratori lineari possono essere costruiti per uno o due livelli di energia.

Nel linac a guida d'onda, l’accelerazione degli elettroni è data da un filamento riscaldato a energie molto elevate, gli elettroni “cavalcano” un’onda elettromagnetica ad alta frequenza (3-10 MHz) che viaggia in linea retta lungo un tubo di accelerazione (cavità). Gli elettroni sono raggruppati in impulsi con frequenza di poche centinaia d'impulsi al secondo. Il target che gli elettroni colpiscono per generare raggi X, si trova all'estremità opposta della guida d'onda principale del gruppo di filamenti. Si tratta di un target di tipo trasmissivo dal quale il fascio di radiazioni passa in linea retta.

L'emissione di raggi X da un acceleratore lineare è di gran lunga superiore a quella di un Betatrone di pari energia. Un linac da 8 MeV con una macchia focale di 2 mm di diametro può erogare una dose di radiazioni di 30 Sv/minuto a 1 metro di distanza dalla messa a fuoco. I linac portatili, piccoli e leggeri, con capacità di 3 MeV possono avere uscite di 1,5 Sv/minuto a 1 metro di distanza.

Le principali proprietà di un acceleratore lineare sono:

1. alti livelli di emissione di radiazioni

2. dimensioni della macchia focale molto piccole (<2 mm)

3. peso notevole (circa 1200 kg per un'installazione fissa da 8 MeV)