Excillum är ett spin-off-företag från KTH, fullt av tekniska doktorer och med en professor som styrelseordförande. Marknaden för deras produkter är minimal i Sverige och de har ännu inte gått ut med reguljär marknadsföring. Den produkt som vi intresserar oss för här, den högintensiva röntgenkällan med fokus i mikrometerstorlek, har dock redan letat sig in som komponent hos en ledande oem-tillverkare av utrustning för materialanalys, och fler är på gång. Excillums produkt är mycket speciell. Hur speciell förstår vi när vi sätter oss ned med en av grundarna och tillika vd, Oscar Hemberg, och ber honom berätta om apparatens funktion.
– Det vi gjort är en vidareutveckling av det klassiska röntgenröret. Röntgenrör har man sysslat med i över hundra år, sedan Wilhelm Röntgens dagar, och allihop fungerar ungefär likadant i dag, säger han.
Elektroner mot metall
Man accelererar elektroner, ungefär som i ett gammaldags bildrör, och skjuter dem mot ett strålmål, en metallplatta. När elektronerna stannar upp i metallen kan de slå loss en elektron ur en metallatoms innersta elektronskal och när den faller tillbaka skickas det ut en foton i form av karaktäristisk röntgenstrålning.
Som med alla ljuskällor vill man ha mycket strålning, och den lysande röntgenpunkten ska vara så liten som möjligt – det är storleken på punkten som avgör bildens upplösning. Den höga effekten behövs dessutom för att få korta exponeringstider.
Problemet är att verkningsgraden är väldigt dålig. 99,5 procent av energin i elektronstrålen blir värme. Anoden måste vara gjord i en tuff metall som tål mycket värme, till exempel volfram, koppar eller molybden. När man fokuserar många elektroner på en liten yta åstadkommer man egentligen en elektronstrålsvets – anoden smälter och så går röntgenröret sönder.
Målet måste överleva
Att bygga ett bra röntgenrör har alltid handlat om att få strålmålet att överleva så hög intensitet som möjligt. Efter Wilhelm Röntgens upptäckt har tre stora innovationer påverkat tekniken: en katod där man kunde styra elektronströmmens styrka, den roterande anoden med bättre kylegenskaper och användande av ett avlångt fokus, det som kallas linjefokus, som kan betraktas i flack vinkel. Det ger en intensitetsvinst på nästan tio gånger, vilket görs möjligt av att röntgenstrålningen inte är en så kallad lambertspridare. De här fundamentala framstegen skedde under 1920- och 1930-tal, därefter har inte mycket hänt, tills nu.
Metallen som används avger en materialspecifik våglängd. Skjuter man till exempel på volfram får man strålning med 77 keV (kiloelektronvolt) energi, silver ger 22 keV, molybden ger 17 keV, gallium 9,25 keV och koppar ger 8 keV. Beroende på vilken typ av analys man vill göra är det fördelaktigt med olika röntgenenergi. Medicinsk röntgen kräver högsta möjliga energi, varför man väljer volfram, utom för mammografi där man behöver lägre energi och väljer molybden. För bilder av plastdetaljer och halvledare används företrädesvis koppar.
