КОЛЛИМАТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G21K1/02 

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно - к устройствам формирования пучков рентгеновского излучения.

Известны коллимирующие устройства для рентгеновского излучения, содержащие поглощающее тело с одним или несколькими коллимационными отверстиями /1/.

Известные устройства позволяют формировать либо постоянную зону засветки, либо изменяемую, но постоянную при просвечивании, зону засветки, т.е. указанные устройств не обеспечивают возможности динамического, т.е. в процессе просвечивания, изменения зоны засветки.

Наиболее близким техническим решением является коллиматор рентгеновского излучения, содержащий поглощающее тело в виде пластины с щелевыми коллимационным отверстием и привод возвратно-поступательного перемещения пластины в собственной плоскости в перпендикулярном длинной стороне щели направлении, причем диапазон перемещения находится в пределах захватываемой детектором зоны /2/.

Такое решение обеспечивает повышение пространственного разрешения за пределы, задаваемые размерами чувствительной зоны детектора.

Вместе с тем, такое решение не позволяет использовать преимущества, предоставляемые модуляционным методом, а именно: возможности устранения в формируемом детекторной системой сигнале шумовой составляющей типа 1/f, где f - ширина полосы пропускания детекторной системы, которая /составляющая/ становится весьма существенной при увеличении времени набора информации, что неизбежно связано с использованием узкоколлимированных, а значит и менее интенсивных, пучков.

Задача изобретения заключается в разработке конструктивного решения коллиматора рентгеновского излучения, обеспечивающего возможность реализации модуляционного метода радиационного контроля при технологичности и компактности исполнения.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что в коллиматоре рентгеновского излучения, содержащем поглощающее тело с коллимационным отверстием и привод его перемещения, поглощающее тело содержит замкнутую систему состыкованных друг с другом по образующим цилиндрических поглощающих элементов, между которыми имеется один образующий коллимационное отверстие промежуток или несколько промежутков, образующих в совокупности коллимационное отверстие, причем указанный промежуток или совокупность промежутков в плоскости поперечного сечения имеет по меньшей мере две пересекающиеся оси симметрии при неодинаковых размерах вдоль каждой оси симметрии и в перпендикулярном к ней направлении, а привод перемещения поглощающего тела выполнен в виде привода его вращения вокруг оси, являющийся геометрическим местом точек пересечения указанных осей симметрии по длине системы цилиндрических поглощающих элементов.

При этом, поверхности цилиндрических поглощающих элементов выполнены полированными, а поперечные размеры промежутка или промежутков между ними и их длина выбраны из условия выхода из коллиматора только прямой и расходящейся в угловом диапазоне полного внешнего отражения составляющих пучка.

В предпочтительном варианте система цилиндрических поглощающих элементов заключена в цилиндрическую втулку, ось которой совпадает с осью вращения, причем промежутки между втулкой и цилиндрическими поглощающими элементами заполнены поглощающим излучение материалом.

В этом варианте цилиндрическая втулка может быть выполнена в виде ротора электродвигателя и установлена на подшипниках во внешней обойме, на которой закреплен статор электродвигателя.

Такое решение обеспечивает формирование вращающегося в фиксированной зоне пучка, форма поперечного сечения которого имеет не менее двух осей симметрии. При наличии в детекторной системе фильтра, настроенного при наличии, например, двух перпендикулярных друг другу осей симметрии на выделение составляющей сигнал с частотой 2F, где F - частота вращения коллиматора, реализуется модуляционный метод радиационного контроля, при котором устраняются указанные выше шумы типа 1/f и достигается высококонтрастное выделение границ структурных неоднородностей в исследуемом объекте.

Использование системы цилиндрических поглощающих элементов обеспечивает, во-первых, возможность получения коллимационного отверстия с требуемыми характеристиками формы поперечного сечения и, во-вторых, возможность получения такого отверстия без применения прецизионных методов обработки, требуемых для формирования отверстий со сложным сечением в сплошном теле, или методов точного литья, т. е. такое решение позволяет упростить технологию изготовления коллиматора.

Существенным для обеспечения высокой селективности является сохранение формы пучка на выходе коллиматора, для чего использован принцип дополнительного коллимирования пучка за счет эффекта полного внешнего отражения излучения на стенках коллимационного отверстия.

Выполнение коллиматора в виде коаксиальной конструкции, в которой имеет место совмещение элементов коллимирующего тела и электродвигателя обеспечивает компактность конструкции.

Сущность изобретения поясняет чертеж, на фиг. 1 и 3 которого приведены торцевые виды двух вариантов выполнения поглощающего тела с коллимационным отверстием и на фиг.3 - вид коллиматора в разрезе.

Коллиматор рентгеновского излучения содержит поглощающее тело 1, образованное внешней цилиндрической втулкой 2, четырьмя состыкованными по образующим цилиндрическими поглощающими элементами 3-6, а также поглощающим излучение компаундом 7, заполняющим промежутки между втулкой 2 и элементами 3-6. Как правило, в таком варианте два цилиндрических поглощающих элемента 3, 4 имеют больший диаметр по сравнению с другими двумя элементами 5, 6. Между элементами 3-6 имеется один промежуток 8 или два промежутка 9, 10. Промежуток 8 или оба промежутка 9, 10 образуют коллимационное отверстие, поперечное сечение которого в обоих случаях имеет две оси симметрии X-X и Y-Y, пересекающиеся под прямым углом друг к другу, причем размер коллимационного отверстия для каждой оси симметрии различен вдоль этой оси и в перпендикулярном к ней направлении. Поверхности поглощающих элементов 3-6 выполнены предпочтительно полированными.

Втулка 2 в показанном на фиг. 3 варианте снабжена магнитопроводным 11 и на подшипниках 12, 13 установлена во внешней обойме 14, на которой закреплена статорная и вспомогательная /условно показаны вместе/ обмотки 15 однофазного короткозамкнутого электродвигателя, в котором втулка 2 с витком 11 образуют ротор. Ось вращения втулки 2 совпадает с геометрическим местом точек пересечения осей симметрии X-X и Y-Y.

Длина коллиматора таким образом согласована с размерами промежутка 8 или промежутков 9, 10, что на его выходе пучок образован только прямой составляющей первичного пучка и составляющей, испытавшей на стенках промежутка 8 или промежутков 9, 10 полное внешнее отражение. Такой тип дополнительного коллимирования излучения известен /см., например, 3/, и конкретные правила выбора геометрических размеров коллиматора не составляют предмета настоящей заявки.

Поглощающее тело 1 коллиматора изготавливают следующим образом.

С помощью фасонной заготовки, соответствующей в целом форме промежутка 8 и выполненной предпочтительно из эластичного материала, производят взаимное позиционирование поглощающих элементов 3-6, после чего их размещают во втулке 2, промежутки между которой и элементами 3-6 заполняют отверждаемым компаундом 7. Затем производят отверждение компаунда 7, в результате чего происходит фиксация элементов 3-6 и втулки 2 друг относительно друга, после чего из промежутка 8 удаляют эластичную заготовку.

При изготовлении поглощающего тела 1, приведенного на фиг. 2 необходимость в использовании упругой заготовки отпадает, поскольку структура, при которой каждый из цилиндрических элементов 3-6 контактирует с двумя соседними элементами, при условии контактирования последних является жесткой.

При эксплуатации коллиматора втулка 2, являющаяся вместе с витком 11 ротором электродвигателя приводится во вращение, в результате чего создается слаборасходящийся вращающийся пучок с указанным выше поперечным сечением. Принцип использования такого пучка в системах радиационного контроля описан в ранее поданной заявке /принято ВНИИГПЭ 13.01.92/ и не составляет предмета данной заявки.

Естественно, что объем данной заявки не ограничивается описанными выше примерами и распространяется на другие конфигурации, не выходящие за рамки притязаний, изложенных в п.1 формулы изобретения.

Сущность изобретения: коллиматор снабжен поглощающим телом, образованным втулкой 2, системой состыкованных по образующим поглощающих цилиндрических элементов 3-6 и поглощающим материалом 7, заполняющим промежутки между втулкой 2 и элементами 3-6. Коллимационное отверстие с поперечным сечением, имеющим две взаимно перпендикулярные оси симметрии X-X и Y-Y с различными размерами вдоль каждой оси и в перпендикулярном к ней направлении, образован одним 8 или более промежутками между элементами 3-6. Втулка 2 может служить ротором однофазного короткозамкнутого электродвигателя.

Поверхности элементов 3-6 выполнены полированными, а геометрия коллиматора обеспечивает уменьшение расходимости выходящего пучка за счет дополнительной коллимации вследствие эффекта полного внешнего отражения. 1 с. и 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Коллиматор рентгеновского излучения, содержащий поглощающее тело с коллимационными отверстиями и привод его перемещения, отличающийся тем, что поглощающее тело образовано состыкованными друг с другом по образующим цилиндрическими поглощающими элементами, между которыми имеется одно или несколько коллимационных отверстий, причем указанное отверстие или совокупность отверстий в плоскости поперечного сечения имеют по меньшей мере две пересекающиеся оси симметрии при неодинаковых размерах вдоль каждой оси симметрии и в перпендикулярном к ней направлении, а привод перемещения поглощающего тела выполнен в виде привода его вращения вокруг оси, являющейся геометрическим местом точек пересечения указанных осей симметрии по длине системы цилиндрических поглощающих элементов. 2. Коллиматор по п.1, отличающийся тем, что поверхности цилиндрических поглощающих элементов выполнены полированными, а поперечные размеры коллимационного отверстия или коллимационных отверстий между ними и их длина выбраны из условия выхода из коллиматора только прямой и расходящейся в угловом диапазоне полного внешнего отражения составляющих пучка. 3. Коллиматор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что система цилиндрических поглощающих элементов заключена в цилиндрическую втулку, ось которой совпадает с осью вращения, причем промежутки между втулкой и цилиндрическими поглощающими элементами заполнены поглощающим излучение материалом. 4. Коллиматор по п.3, отличающийся тем, что цилиндрическая втулка выполнена в виде ротора электродвигателя и установлена на подшипниках во внешней обойме, на которой закреплен статор электродвигателя.