Jedyna w Polsce lampa rentgenowska ze źródłem elektronów wykonanym innowacyjną techniką nanotechnologii znajduje się w Muzeum Lamp Rentgenowskich Politechniki Opolskiej.

Sprzęt przekazała australijska firma Micro-X, która jest wiodącym producentem i dostawcą sprzętu rentgenowskiego skoncentrowanym na globalnych rynkach medycznych i bezpieczeństwa. To pierwsza w Polsce lampa rentgenowska ze źródłem elektronów wykonanym innowacyjną techniką nanotechnologii.

– Muzeum Lamp Rentgenowskich naszej politechniki posiada ponad 1400 eksponatów związanych z wytwarzaniem promieniowania rentgenowskiego. Są to głownie lampy rentgenowskie szklane oraz metalowo-ceramiczne pochodzące od różnych wytwórców na świecie i wykorzystywane do różnych zastosowań. Wszystkie te lampy (pomijając lampy impulsowe, których mamy kilkanaście) bazują na termicznej emisji elektronów. Otóż źródłem elektronów, które są niezbędne do wytworzenia promieniowania rentgenowskiego w tradycyjnej lampie jest spirala wolframowa podgrzana do wysokiej temperatury zwykle ok. 2200^oC. W ostatnich latach pracowano na świecie nad nowym rozwiązaniem emisji elektronów w lampach rentgenowskich, tj. emisji polowej, zwanej zimną emisją. Okazuje się, że jednym ze sposobów jest zastosowanie nanorurek węglowych (CNT – Carbon Nano Tube) do tego celu – tłumaczy dr inż. Grzegorz Jezierski, założyciel muzeum.

– Nanorurki węglowe są wyjątkowymi materiałami pod względem emisji polowej elektronów. Ich struktura składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla. Średnica nanorurki jest rzędu nanometrów (a więc dziesiątki tysięcy razy cieńsza od ludzkiego włosa, a ich długość może być miliony razy większa). Dzięki swej idealnej rurowej budowie nanorurki węglowe posiadają unikalne własności, w tym niejako automatycznie ostre końce i duży stosunek długości do średnicy. Tak więc zachowują się one jak malutkie działa elektronowe; charakteryzują się niską pracą wyjścia elektronów (rzędu 1,2÷2 eV), wysoką i stabilną emisją polową nawet w niskich temperaturach, doskonałą stabilnością chemiczną i termiczną – dodaje dr inż. Grzegorz Jezierski.

Firma Micro-X opatentowała unikalne rozwiązanie, które opiera się na amorficznym materiale matrycowym który wiąże nieidealne nanorurki węglowe z metalową płytką. Uzyskane tą metodą emitery CNT umożliwiają uzyskanie wysokiego prądu anodowego, co było dotąd głównym ograniczeniem stosowania CNT w lampach rentgenowskich i zapewniają stabilną praca przez cały okres eksploatacji lampy rentgenowskiej. Lampy rentgenowskie ze źródłem elektronów typu CNT mogą być łatwo sterowalne w czasie, mogą emitować promieniowanie rentgenowskie w krótkich czasach, posiadają małe ognisko optyczne oraz charakteryzują się małym zużyciem energii i małymi wymiarami zewnętrznymi oraz mniejszą masą.

– Przekazana do muzeum lampa (Carbon Nanotube Based X-ray Tube) charakteryzuje się następującymi parametrami: ognisko lampy zmienne od 0,9 do 1,9 mm, napięcie anodowe 40÷120 kV, prąd anodowy 20÷90 mA, nominalna moc 6,7 kW, filtracja wewnętrzna 2, 55 mm Al, masa lampy 2,35 kg, chłodzenie lampy – pasywne (przewodzenie ciepła do zewnętrznej obudowy a następnie konwekcja naturalna). Lampa schładza się w ciągu sekundy do temperatury otoczenia. Gwarantowany czas pracy lampy – minimum 10 lat przy typowym użytkowaniu, tj. 60 zdjęć wykonywanych dziennie. Np. standardowe prześwietlenie klatki piersiowej przy 110 kV i 3,2 mA, z ogniskiem 1,4 mm to czas trwania impulsu 78 ms. – relacjonuje dr inż. Grzegorz Jezierski. – Źródła elektronów na bazie zimniej emisji bazują nie tylko na nanorurkach węglowych (CNT) ale także na miniaturowych ostrzach metalowych z molibdenu. Tego rodzaju rozwiązanie stosuje np. izraelska firma Nanox, która przekazała do naszego muzeum takie źródło elektronów z zimną emisją – dodaje dr inż. Grzegorz Jezierski. Około 100 mln nanostożków umieszczonych na krzemowym chipie tworzy macierz emiterów tzw. FED lub FEA (Field Emision Display, Field  Emission Array). Źródło Nanoxu ma wymiar 2×2 mm.

Tak więc konwencjonalna lampa rentgenowska, która liczy sobie 109 lat (powstała w 1913 r.) ma już swoich następców, a ich rozwiązania techniczne można zobaczyć w naszym muzeum.