Nietypowym, za to bardzo ciekawym sposobem wytwarzania promieniowania rentgenowskiego jest wykorzystanie zjawiska piroelektrycznego do emisji elektronów. Zjawisko piroelektryczne odkryte w 1756 r. przez niemieckiego fizyka Franza U. Aepinusa (1724-1802) polega na powstawaniu ładunków elektrycznych na powierzchni niektórych kryształów podczas ich ogrzewania lub ochładzania. Typowe materiały wykazujące efekt piroelektryczny (CsNO₃, LiTaO₃ czy LiNbO₃) należą do ferroelektryków, substancji o niezerowej polaryzacji spontanicznej. Wykorzystanie zjawiska piroelektrycznego do emisji promieniowania rentgenowskiego zaproponował w 1992 r. amerykański fizyk James D. Brownridge. Pozwala ono znacznie zminiaturyzować emiter promieniowania rentgenowskiego, eliminując przede wszystkim źródło emisji elektronów, jakim jest np. w typowych lampach rentgenowskich węzeł katodowy z wolframowym włóknem żarzenia wymagającym zasilania elektrycznego.
Na rys. 1 przedstawiono schemat najmniejszego na świecie źródła promieniowania rentgenowskiego tzw. COOL-X amerykańskiej firmy Amptek (wygląd źródła przedstawiono w Ciekawostkach), którego działanie oparte jest na wykorzystaniu zjawiska piroelektrycznego w krysztale tantalu litu LiTaO₃.  Kiedy kryształ jest podgrzany, jego górna powierzchnia uzyskuje polaryzację dodatnią i przyciąga elektrony z otaczającego pod niskim ciśnieniem gazu. Elektrony te uderzają o powierzchnię kryształu wytwarzając promieniowanie charakterystyczne talu, jak również promieniowanie hamowania (ciągłe). Z kolei, kiedy kryształ zostaje ochłodzony, wskutek zmienionej polaryzacji elektrony z górnej powierzchni kryształu zostają przyspieszane w kierunku tarczy wykonanej z miedzi o potencjale ziemi. W tym cyklu powstaje promieniowanie charakterystyczne miedzi jak również promieniowanie hamowania. Wyżej wspomniane widma przedstawiono na rys. 2. Cały cykl grzania i chłodzenia kryształu może być zmieniany w zakresie 2 do 5 minut.
Źródło to o wymiarach 15x10 mm dostarcza strumienia fotonów w ilości 10⁸/s (co jest równoważne aktywności źródła promieniotwórczego 2 mCi¹) o energii maksymalnej do 35 keV. Moc tego źródła wynosi poniżej 300 mW, a zasilane jest ono z baterii 9V.

¹ Curie – jednostka nielegalna, tj. spoza układu SI (stosowana np. w USA); 1 Ci = 3,7x10¹⁰ rozpadów/s = 37 GBq

Literatura:
1. www.amptek.com/coolx.html
2. www.horiba.com/uploads/media/RE12-09-052_01.pdf

 

Rys. 1. Zasada działania źódła promieniowania COOL-X firmy Amptek

 

Rys. 2. Widmo promieniowania rentgenowskiego Ta oraz Cu dla źródła COOL-X