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FP7

AXIS — Resultado resumido

Project ID: 222260
Financiado con arreglo a: FP7-SME

Fuentes de rayos X de brillo alto para mejorar la resolución y reducir la exposición

La tecnología de rayos X ha permitido alcanzar hitos en la caracterización de todo tipo de materiales como tejidos orgánicos, productos industriales y medicamentos. Científicos financiados con fondos europeos han desarrollado fuentes de rayos X con propiedades sin par que podrían dar lugar a aplicaciones incluso portátiles.
Fuentes de rayos X de brillo alto para mejorar la resolución y reducir la exposición
Los sistemas de rayos X convencionales funcionan con un filamento semiconductor caliente ejerciendo de cátodo que emite electrones cuando se eleva su temperatura (efecto temiónico). El alto voltaje obtenido acelera los electrones y genera la emisión de rayos X. Los cátodos termiónicos emiten un flujo constante de electrones con el que no es posible lograr un funcionamiento en modo pulsado. Además, la fuente aleatoria de electrones posee limitaciones en cuanto a su brillo. Un equipo de científicos puso en marcha el proyecto financiado con fondos europeos «Advanced X-ray source based on field-emitting carbon nanotube cold cathode» (AXIS) con el fin de mejorar notablemente la tecnología de rayos X y la competitividad de las pequeñas y medianas empresas (PYME) del continente.

La emisión por campo o «fría» implica la radiación de electrones sometidos a un campo eléctrico de gran magnitud provocado por un efecto túnel cuya naturaleza pertenece al ámbito de la mecánica cuántica. A pesar de su potencial para superar los obstáculos que ofrece la emisión termiónica, su aplicación se ha encontrado con las trabas que supone carecer de emisiones por campo de electrones de alto rendimiento. Una solución posible estaría en los nanotubos de carbono (NTC). El brillo de estos supera en un orden de magnitud a cualquier otra fuente de electrones y estos son capaces de funcionar en modo continuo y pulsado. Este brillo superior permite mejorar la resolución y reducir el tiempo de exposición. Su funcionamiento en modo pulsado logra además sincronizar la obtención de imágenes con distintos eventos biológicos como el latido del corazón o la respiración. Cabe añadir que estos sistemas son más pequeños y consumen menos energía, por lo que en un futuro se podría hablar de una fuente de rayos X portátil.

Los NTC ya se han utilizado con éxito, aunque si bien solo en configuraciones aleatorias sin que fuese posible controlar el tamaño de los CNT ni su orientación. Los científicos de AXIS lograron un control sin precedentes en las propiedades de emisión gracias a la fabricación de fuentes de electrones que descansan en arrays de NTC bien alineados. Acto seguido crearon un cañón de electrones basado en NTC en el que se combinó el cátodo de NTC con un sistema óptico que enfoca el haz radiado. Esta tecnología dio paso a la fabricación de dos sistemas de rayos X distintos, uno tomográfico con aplicaciones biomédicas y otro útil en la metrología de materiales.

Así pues, el proyecto AXIS fabricó fuentes de rayos X avanzadas basadas en arrays organizados de NTC de emisión por campo tal y como se planteó en sus propósitos. Las labores de ingeniería conducentes a su optimización podrían aportar un brillo sin par en los modos de operación tanto continuo como pulsado. Su comercialización aportaría una tecnología de rayos X portátil con una gran disponibilidad para realizar análisis industriales, médicos, medioambientales e incluso del patrimonio cultural.

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