Generazione tecnica dei raggi X e tomografia computerizzata

Generazione tecnica dei raggi X

Technical generation of X-Rays - Cathode Vacuum Anode + 1 Filament High Voltage (e.g. 160 kV)

1. Start with a tube made of glass or metal containing a very good vacuum (<10-6 mbar - typically 10-8 mbar ).
2. Have on opposite sides inside the tube a cathode (-) and an anode (+).
3. The cathode contains a filament exactly like a light bulb.
4. Apply high-voltage between cathode and anode - don't overdue it unless you want to hear some nasty sparks and want to buy a new X-Ray tube.Technical generation of X-Rays

Focal Spot

- Cathode Focal Spot Vacuum + Anode Filament High Voltage (e.g. 160 kV)

1. Shape the electrical field by tuning the geometry of tube, cathode and anode in such a way that electrons are focused onto one spot on the anode ....
2. This is the tubes focal spot!Technical generation of X-Rays

Emissione di elettroni

- Cathode Focal Spot Vacuum Anode + e e e- e e - e Filament High Voltage (e.g. 160 kV) -

1. Heat up the filament (it's made of Tungsten) to above 2000º C.
2. This will lead to thermionic emission of electrons.
3. The electrical field will accelerate the electrons to the anode.
4. The impacting electron will create Brems- and/or Characteristic radiation
5. Overall efficiency is lousy -2% X-Ray Energy - 98-99% Thermal EnergyTechnical generation of X-Rays

Produzione di raggi X

- Cathode Focal Spot Vacuum HAnode e- e e- 6 e- - e - Filament High Voltage (e.g. 160 kV) Window

1. The more electrons hitting the anode / the focal spot, the more X-Ray radiation is created! Dose and Intensity increases.Technical generation of X-Rays

Raffreddamento dell'anodo

- Cathode Coolant Focal Spot Vacuum + Anode e e e e- - e- - e Filament High Voltage (e.g. 160 kV) Window

1. If you don't want to destroy the anode/tube apply cooling (water, oil, air)!Technical generation of X-Rays - a bit more realistic

Componenti del tubo radiogeno

Connector Vacuum Chamber Anode Cathode Ceramic Target Filament Cooling Head Radiation Protection Housing Exit WindowTechnical generation of X-Rays - a bit more realistic

Regolazione dello spot focale

Small Filament for small Focal Spot Big Filament for big Focal SpotEffective focal spot Actual Effective focal spot focal spot Electron beam Electron beam Actual focal spot Object Object Detector Detector Penumbra effect Penumbra Penumbra effect effect Penumbra effect the size of the focal spot can be adjusted by changing the angle a, which is the angle between the electron beam and the target surface. However, having this angle too large can cause backscattering of electrons and thus reduction of X-ray generation efficiency.Requirements on the target / focal spot ...

Risoluzione migliorata

Example: Enhanced resolution due to smaller focal spots: MXR-451 Spot = 2.5 (900W) MXR-451HP/11 Spot = 0.4 (700W)MICRO - TOMOGRAPHY

Microtomografia

SKYSCAN 11um 220um Shapes obtained by X-ray microtomography Packing of pasta (528 pieces)IN - LINE COMPUTED TOMOGRAPHY

Tomografia computerizzata mobile

!Mobile Computed Tomography Robot Aided Computed Tomography Very large objects (e.g. aircraft wingsor fins) can be inspected on site by mobile CT One robot carriesthe X-ray source, a second one the detector -> precise positioning and robot communication necessary -- SICK X-ray source detectorLa Tomografia Computerizzata mediante pannello piano

Tomografia Computerizzata

Principio del pannello piano

• La sorgente rX emette un fascio conico di radiazione.
• La distribuzione dell'intensità trasmessa attraverso il campione è misurata da un detector (pannello piano).
• Formazione di una proiezione bidimensionale del campione. Industrial X-Ray Tube X-Ray Flat Panel Area Detector - Rotational Stage Test PieceCONFIGURATION OF CT SYSTEM

Configurazione del sistema CT

Projection Data X-ray Detector Acquisition Data SD X-Ray source - Detector axis Reconstruction V SO X-Ray source - Rotation center SO AXIS CT Image X-ray Source 0La Tomografia Computerizzata

Definizione e basi

La tomografia (tomos = tagliente e ypapo = scrivo) computerizzata si basa: ·realizzazione di immagini 2D mediante acquisizione del segnale proveniente dalla scansione di un fascio rX che attraversa il campione; ·ricostruzione software 3D delle immagini radiografiche convenzionali in 2DSistema per Tomografia Computerizzata

Applicazioni della TC

Applicazioni ·Analisi del danno meccanico a seguito di sovrasollecitazioni meccaniche, fenomeni di corrosione e/o cattiva progettazione del componente ·Determinazione difetti (ad esempio su saldature) ·Determinazione delle modalità di collasso dei componenti sottoposti a prove di resistenza meccanica ·Controllo non distruttivo su componenti ·Controlli in linea in campo industriale (qualità dei prodotti) ·Controllo sulla geometria esterna ed interna ·Possibilità di Reverse EngineeringTUBI RADIOGENI

Tubi radiogeni

La sorgente emissiva dei tomografi è costituita dai tubi radiogeni ·I tubi hanno anodi rotanti per evitare l'eccessivo riscaldamento ·Il target non è perpendicolare al fascio ma inclinato di un angolo di ~20°, in modo che i fotoni rX escano da un'area più piccola detta "spot focale" ·Le dimensioni dello dell'apparecchiatura spot focale" influenzano le prestazioni rivestimento del catodo filamento schermatura di W sistema di raffreddamento Cu A 20° Area focale anodo A Fascio di elettroni bulbo di vetro vetro sottile fascio di raggi X finestra di Be - Dimensione effettiva dello spotLa Tomografia Computerizzata mediante pannello piano

Scansione e proiezioni

Una scansione comprende una serie di proiezioni eseguite durante una completa rotazione del campione.La Tomografia Computerizzata mediante pannello piano

Variazione della posizione del campione

Possibilità di variare la posizione del campione all'interno del cono focale in relazione alle sue dimensioni. DF FOV DL SO SD Espressione della risoluzione geometrica Rg: R = DF g (SD - SO ) = DF * (M -1) SOTomografia Computerizzata

Intensità trasmessa

Andamento dell'intensità trasmessa: | = lo * e-ut dove: · I: intensità in uscita dal campione; · Io: intensità in ingresso; ·u: coefficiente di assorbimento (dipendente dallo spessore del materiale e dall'energia dei raggi X); · t: spessore del materiale. Andamento dell'intensità trasmessa: L'assorbimento u cambia al variare dell'energia (frequenza) degli elettroniLa Tomografia Computerizzata mediante pannello piano

Rilevamento della luce visibile

Alcuni cristalli emettono luce visibile interagendo con i rX. L'intensità della luce (fotoni) rappresenta una misura dei rX. · I sensori rilevano la luce visibile. · La carica di elettroni così prodotta e immagazzinata in un tempo, detto di integrazione, è quindi letta ed amplificata. · Il segnale analogico viene convertito in digitale. X-rays Scintillator Pixel matrix Switch Photo diode Amplifier, multiplexer, ADC Contacts Line driver Fig. 11.24 Scheme of a flat panel detector: The scintillator converts X or y rays into light, which is detected by the photodiodes. They are read out by thin film transistors (TFT) on the basis of amorphous silicon, which is resistant to radiationTomografia Computerizzata

Sinogramma

La proiezione di ciascun punto del campione nel piano, a seguito della rotazione completa, costituisce il cosiddetto sinogramma.Tomografia Computerizzata

Costruzione del tomogramma

COSTRUZIONE DEL TOMOGRAMMA · La ricostruzione dell'immagine 3D viene effettuata, attraverso elementi di volume (voxels), a partire dal sinogramma. • Il risultato è un modello tridimensionale in scala di grigi (tomogramma). · Il volume complessivo consiste di più voxels. Scene 1 ZVolume-CT back projection real line profile projection inversion filter backprojection The backprojection reconstructs the density distribution.Tomografia Computerizzata

Risoluzione spaziale

RISOLUZIONE SPAZIALE DEI SISTEMI TOMOGRAFICI · La risoluzione spaziale è influenzata dalle dimensioni dello spot focale · Anche le dimensioni del campione analizzabile dipendono dallo spot focale 10000 Linac 1000 macro focus 100 Resolution (und microfocus 10 nanofocus / Synchroton 0.1 01 100 1000 10000 Object size (mm)Porosity Analysis

Analisi della porosità

VOLUME GRAPHICS Defect 3 Deled 2 52.07 31.42 1.14 98 79 96 49 -22 70 -37.12 Posx 1) 31 17 FuLY Jul 4.40 17.73 47:20 58 17 12 32 POROSITY/INCLUSION ANALYSISSistema per Tomografia Computerizzata

Sistema Y.CT Vario

Sistema Y.CT Vario: - Tecnologia a spot focale variabile da 250 a 800 um - Cone beam CT - Tecnologia 3D - Massima tensione di lavoro 225 kV - Robot cartesiano automatizzato (controllabile in direzione X, Y, Z e rotazione) - Dimensioni provino fino a 250 mm in altezza e 180 mm di diametro - Risoluzione Flat Panel 1920 x 1536 Pixel Y.CT Vario X 1 X-RAY SOURCE FLAT PANEL FILTERS SAMPLE TURNTABLESistema per Tomografia Computerizzata

Difetti su saldature

Applicazioni: difetti su saldature SONY 1Sistema per Tomografia Computerizzata

Analisi dei difetti di saldatura

Applicazioni: difetti su saldature Volume 1 grid coordinate system Top 1 0 Volume 1 grid coordinate system Right 1 45.67 mm 45.40 mm y Z 649% Q y 40% 515 4 512 A Volume 1 grid coordinate system Front 1 14.48 mm N Z 40% ℮ .X 163 ‹ Preview: 26 4x 2x 1x *Sistema per Tomografia Computerizzata

Determinazione difetto in giunto saldato

Determinazione difetto in corrispondenza della saldatura in un giunto saldato di alluminio Top 1 Scene coordinate system Right 1 Scene coordinate system 4.18 mm 1.24 mm Distance 1: 0.79 mm Distance 1: 0.79 mm z 23% Q 60% 4.18 mm 4 1.24 mm 4 Scene coordinate system Front 1 Distance 1: 0.79 mm 20.06 mm Distance 1: 0.79 mm - 0 21% Q Scene Altri difetti nel cordone di saldaturaCOMPUTED TOMOGRAPHY

Analisi di provini danneggiati

Applicazioni: analisi di provini danneggiati da prove meccaniche Provino in laminato GFRP/AFS sottoposto a prova di impattoDalle analisi tomografiche ingrandite in una sezione del giunto è possibile riscontrare delle macchie scure con assorbimento variabile e dalla forma irregolare che sarebbero da ricondurre alla presenza di cricche a caldo accompagnate da porosità o alla presenza di tarli (inclusioni gassose di forma allungata)Table 1 Comparison of ultrasound, radiography, and x-ray computed tomography

Confronto tra tecniche

Radiography Computed tomography durarturisti Parameter imaged Acoustic impedance differences, atter nation, velocity Atternation Attenuation Handig Immersion, squirter Flexible Scanner size limitation Surface rough ness Pour Fair Good Complex structures Pour Fair Good Limitaticas Needs acoustic coupling, not suitable for acoustically noisy materials Penetration one side Penetration over a 360" scan; limited volume imaged per scan System costs Medim Medion High Flaw detection Voids Good Good Good Inchisions Good Fair Good Parasity microshrink: and Good Fair Good Density variations Fair Fai Good Cracks Good (not aligned) Fair (separated and aligned) Fair (separated) Debonds Good Fair (separated and aligned) Fair (separated)