УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАММА-СТЕРЕОСКОПИИ Российский патент 1997 года по МПК G01N23/06 

Изобретение относится к гамма-дефектоскопии и может быть использовано при неразрушающем контроле качества ответственных деталей в ракетной, авиационной и реакторной технологии, а также в медицинской гамма-диагностике.

В качестве аналога рассмотрен оптический стереоскоп [1] Это устройство не может быть использовано в гамма-стереоскопии ввиду оптической непрозрачности анализируемых материалов.

В качестве прототипа рассмотрен комптоновский гамма-дефектоскоп [2] [3] содержащий излучатель зондирующих фотонов, спектрометрический детектор комптоновски рассеянного излучения и коллиматоры зондирующего и рассеянного излучения.

Такое устройство не может обеспечить получение стереоскопической информации, поскольку коллиматор детектора блокирует регистрацию рассеянного излучения вдоль пучка зондирования.

Исключение коллиматора детектора из устройства позволяет рассматривать устройство, содержащее один спектрометрический детектор, которое регистрирует энергетический спектр фотонов, комптоновски рассеянных вдоль пучка зондирования, и может обеспечить получение стереоскопической информации [4] Однако такое устройство малоэффективно для практического использования, поскольку: мала геометрическая светосила регистрации рассеянного излучения, стереоскопическое линейное разрешение ограничено энергетическим разрешением спектрометрического детектора.

Целью изобретения является увеличение геометрической светосилы при регистрации распределения интенсивности рассеянного излучения вдоль пучка зондирования и устранение ограничения стереоскопического разрешения, связанного с ограничением энергетического разрешения спектрометрического детектора.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем объектную планку, формирователь зондирующего пучка с излучателем зондирующих фотонов и один спектрометрический детектор рассеянных фотонов, вместо спектрометрического детектора используют многодетекторную систему неспектрометрических счетчиков, ориентированную вдоль направления пучка зондирующих фотонов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема классического комптоновского дефектоскопа; на фиг. 2 возможный однодетекторный вариант комптоновского стереоскопа;на фиг. 3 многодетекторный комптоновский стереоскоп.

Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 3. Она включает объектную планку 1, коллиматорный или бесколлиматорный формирователь пучка зондирующих фотонов (ПЗФ)2, многодетекторную систему неспектрометрических счетчиков рассеянного излучения 3, ориентированную вдоль направления ПЗФ. Многодетекторная система 3 не обязательно должна быть сформирована в виде "одномерной цепочки"; так при дефектоскопическом анализе цилиндрического объекта (например, минеральный керн геологической скважины) она может быть аксиально-симметричной ПЗФ и др.

На объектной планке 1 фиксируют объект 4. Зондирующие фотоны, выходя из формирователя 2, образуют квазиодномерный l₀ > ⊘ ПЗФ с эффективной длиной зондирования l₀ ≈ 1/ μ (E₀), где m (E₀) линейный коэффициент поглощения зондирующих фотонов в бездефектном объекте. Число независимых детекторов в многодетекторной системе 3 оценивается величиной n ≃ μ₂(E*1

)/μ(E_o) где μ₂(E*1) линейный коэффициент поглощения рассеянных фотонов с энергией E*1 ≈ E₀/2 в неспектрометрическом счетчике, а
В качестве неспектрометрических счетчиков можно, например, использовать результат отбраковки при производстве спектрометрических полупроводниковых детекторов CdTe, обладающий высокой плотностью, ≈ г/см³, малыми линейными размерами ≈1•1•3 мм³ и низким энергетическим разрешением (≈ 20 30 кэВ по энергии ≈ 250 кэВ спектрометрические детекторы такого типа имеют разрешение лучше 10 кэВ).

Для измерения распределения интенсивности F (β_к) сначала выключают систему детектирования 3 и обнуляют значения отсчетов во всех счетчиках системы. Затем включают в работу одновременно все счетчики на время,достаточное для набора необходимой статистической точности ( 10⁵ импульсов в одном счетчике) и по истечение этого времени все счетчики одновременно выключают.

В бездефектном объекте число рассеивающих центров на единицу длины ПЗФ постоянно, так что уменьшение интенсивности рассеянного излучения с увеличением глубины проникновения ПЗФ в объект обусловлено только регулярными по l процессами поглощения и рассеяния зондирующих фотонов. Нормировка экспериментального спектра дефектного объекта на спектр бездефектного объекта выявляет нерегулярности, связанные с особенностями рассеяния на дефектах, причем нерегулярности в F (β) связаны с искомыми нерегулярностями в распределении электронной плотности ρ_x(l) интегральным уравнением типа уравнения Вольтерра [4] В результате измерений с предлагаемым устройством (фиг.3) получают экспериментальный спектр распределения интенсивности рассеянного излучения F(β_к) где β_к полярная угловая координата неспектрометрического счетчика (фиг. 3).

Удовлетворительное комптоновское стереоскопическое разрешение в устройстве, изображенном на фиг.2, требует применения спектрометрического детектора с высоким (≈2 кэВ по энергии ≈511 кэВ) энергетическим разрешением [4] Предлагаемое решение (фиг. 3) позволяет увеличить светосилу устройства более чем на порядок, линейное стереоскопическое разрешение в 1,5 2 раза за счет использования в качестве счетчиков продукции, которая является технологическим браком при производстве спектрометрических детекторов. В противоположность спектрометрическим детекторам с высоким энергетическим разрешением эксплуатация таких счетчиков не требует применения низкошумящей электроники, азотных температур; финансовые расходы на изготовление и эксплуатацию счетчиков могут быть ниже примерно на порядок.

Список литературы:
1. Валюс Н. А. // Стереоскопия/. М. Гостехиздат, 1962.

2. Румянцев С. В. Добромыслов В. А. Борисов О. И. // Типовые методики радиационной дефектоскопии и защиты. М. Атомиздат, 1979.

3. Радько В. Е. // Комптоновская гамма-дефектоскопия, ПТЭ, N 4, 1991, с. 174 193.

4. Радько В. Е. // Способ гамма-стереоскопии, заявка ВНИИГПЭ, одновременная с данной, см. также: Радько В. Е. // Комптоновская контрастность в третьем измерении, Комптоновский стереоскоп тезисы к докладу на Международном Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, Минск, 1994.

Сущность изобретения: устройство позволяет измерять распределение интенсивности гамма-фотонов комптоновски рассеянных вдоль направления квазиодномерного пучка зондирующих фотонов (ПЗФ). Для этого в качестве регистратора рассеянного излучения в устройстве установлена многодетекторная система неспектрометрических счетчиков, ориентированная вдоль направления ПЗФ, что обеспечивает максимальную геометрическую светосилу при регистрации рассеянного излучения. В результате использования данного устройства вместо двухмерной дефектоскопической информации получают трехмерную информацию. 3 ил.

Устройство для гамма-стереоскопии, содержащее объектную планку, излучатель зондирующих гамма-квантов с формирователем зондирующего пучка и детектор рассеянных комптоновских гамма-квантов, отличающееся тем, что детектор рассеянных комптоновских гамма-квантов выполнен в виде многодетекторной системы неспектрометрических счетчиков, а формирователь обеспечивает формирование протяженного внутри объекта зондирующего пучка гамма-квантов.