Sorgenti di raggi X ad alta brillanza per una migliore risoluzione e una minore esposizione
Nei sistemi a raggi X convenzionali, un filamento di semiconduttore caldo che funge da catodo emette elettroni quando viene riscaldato ad alte temperature (effetto termoionico). L'alta tensione accelera gli elettroni generando la radiazione a raggi X. I catodi termoionici emettono un flusso continuo di elettroni senza alcuna possibilità di funzionamento in modalità pulsata. Inoltre, l'emissione casuale di elettroni ha una brillanza limitata. Gli scienziati hanno avviato il progetto AXIS ("Advanced X-ray source based on field-emitting carbon nanotube cold cathode"), finanziato dall'UE, per migliorare significativamente la tecnologia a raggi X e, contemporaneamente, la competitività delle piccole e medie imprese (PMI) dell'UE. L'emissione di campo o "fredda" è l'emissione di elettroni soggetti a un grande campo elettrico in conseguenza dell'effetto tunnel quantistico-meccanico. Nonostante il potenziale che mostra nella capacità di superare i limiti dell'emissione termoionica, la sua applicazione si è resa difficile per una mancanza di emettitori elettronici di campo ad alte prestazioni. Lo scenario sta cambiando con promettenti nanotubi di carbonio (CNT, Carbon nanotube) a emissione di campo. La brillanza CNT è un ordine di grandezza maggiore rispetto a qualsiasi altra sorgente di elettroni e i CNT possono funzionare in entrambe le modalità continua e pulsata. La maggiore brillanza consente una risoluzione superiore e un minor tempo di esposizione. Il funzionamento in modalità pulsata rende possibile la sincronizzazione con eventi biologici come la frequenza cardiaca o la respirazione. Infine, i sistemi sono più piccoli e consumano meno energia, il che rende le potenti sorgenti di raggi X per applicazioni portatili una possibile realtà. I CNT sono stati impiegati con successo sebbene solo in configurazioni casuali senza alcun controllo delle dimensioni e dell'orientamento. Gli scienziati che hanno partecipato al progetto AXIS hanno ottenuto un controllo senza precedenti sulle proprietà emittenti attraverso la realizzazione di sorgenti di elettroni basate su array di CNT ben allineati. Successivamente hanno sviluppato un elettrone a base di nanotubi di carbonio (CNT) o cannone elettronico (e-gun), un sistema che associa il catodo CNT e l'ottica per indirizzare il fascio di elettroni. La tecnologia ha portato alla realizzazione di due sistemi a raggi X diversi: uno tomografico per le applicazioni biomediche e un altro per la metrologia dei materiali. Le sorgenti di raggi X avanzate basate su array organizzati di CNT a emissione di campo sono state realizzate nell'ambito del progetto AXIS. Ci si aspetta che l'ottimizzazione tecnica porti a una brillanza senza precedenti in entrambe le modalità di funzionamento continua e pulsata. La commercializzazione metterà la tecnologia a raggi X portatile ad alta potenza a disposizione di analisi industriali, mediche, ambientali e persino di patrimonio culturale.
