РАДИАЦИОННЫЙ ИНТРОСКОП Российский патент 2000 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к исследованию непрозрачных объектов с помощью проникающих излучений, а именно к рентгенографированию и преимущественно к регистрации быстропротекающих процессов.

Для повышения качества изображений необходимо снижать долю пришедшего на детектор рассеянного излучения, это можно сделать путем коллимирования рентгеновского изображения.

Известна цифровая рентгеновская система с высоким разрешением, содержащая источник рентгеновских лучей, исследуемый объект, коллиматор в виде двумерной матрицы с отверстиями, направляющими отдельные пучки расходящихся лучей на усилитель изображения, сканирующее устройство (пат. США N 4389729, МКИ G 01 N 23/04, опубл. 21.06.83 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость увеличения времени экспозиции. Это обусловлено тем, что процесс сканирования происходит медленнее, чем изменение состояния исследуемого объекта.

Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является радиационный интроскоп, описанный в авт. свид. СССР N 1673932 МКИ G 01 N 23/04 под названием "Способ радиационного контроля", реализующий данный способ. Радиационный интроскоп содержит источник проникающего излучения, коллиматоры, детектор с исследуемым объектом, расположенный между источником и коллиматором.

Недостатками такого устройства являются сложность изготовления двух коллиматоров со сходящимися в одну точку оптическими осями, сложность юстировки по трем координатам и двум углам для каждого коллиматора. Кроме того скорость перемещения источника излучения по двум координатам меньше скоростей изменений состояния в исследуемых объектах.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение качества изображения объекта.

Технический результат - снижение уровня рассеянного излучения и одновременное получение изображения исследуемого объекта в целом, при экспозиции значительно меньшей, чем длительность изменений состояния объекта.

Для получения такого технического результата в предлагаемом радиационном интроскопе, включающем источник проникающего излучения, коллиматор, детектор, держатель с исследуемым объектом, расположенный между источником и коллиматором, согласно изобретению, источник выполнен плоским с размерами излучающей зоны, соответствующими размерам исследуемого объекта, а коллиматор выполнен в виде матрицы протяженных капилляров, расположенных параллельно, с равными шагами поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий, причем этот шаг δ_к≤ δ_o, где δ_o - требуемое пространственное разрешение по анализирующему объекту, а длина капилляров коллиматора L_к выбирается из соотношения
eμLкк

≫ eμLoo,
где μ_к - линейный коэффициент поглощения излучения материалом коллиматора; μ_o - коэффициент поглощения излучения материалом исследуемого объекта; L_о - толщина в пределах объекта, создающая наибольшее ослабление излучения.

Кроме того, расстояние L_к1 между держателем объекта и входным сечением коллиматора определяется соотношением
L_к1 < L_к/2,
где L_к - длина коллиматора, а расстояние L_к2 между детектором и выходным сечением коллиматора определяется соотношением
L_к2 < L_к/2
Это приводит к тому, что рассеянное излучение, падающее не под прямым углом, поглощается капиллярами коллиматора, тем самым защищая от помех основную картину, создаваемую первичным излучением, причем экспонирование идет одновременно по всем рентгено-оптическим капиллярам всех частей объекта и на поверхности детектора формируется мозаичное изображение объекта набором локальных теней.

На чертеже представлена схема построения изображения.

Радиационный интроскоп содержит плоский источник проникающего излучения 1, держатель с исследуемым объектом 2, коллиматор 3. выполненный в виде матрицы параллельных протяженных капилляров, расположенных параллельно, с равными шагами δ_к поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий, детектор 4, причем исследуемый объект расположен между источником 1 и коллиматором 3. Источник излучения 1 выполнен плоским с размерами излучающей зоны, соответствующими размерами исследуемого объекта. Коллиматор 3 выполнен из материала, имеющего высокий коэффициент излучения, а шаг δ_к удовлетворяет условию
δ_к≤δ_o,
где δ_o - требуемое пространственное разрешение по анализируемому объекту.

При этом, как следует из чертежа, зона наблюдения 5,6 каждым капилляром коллиматора 3 внутри исследуемого объекта будет иметь размеры порядка требуемого пространственного разрешения.

Коллиматор 3 размещен на расстоянии L_к1 от держателя с исследуемым объектом 2 и на расстоянии L_к2 от детектора 4. Расстояния L_к1,2 выбраны из условия:
L_к1 < L_к/2 и L_к2 < L_к/2.

При выполнении указанных условий зоны наблюдаемых, без ослабления материалом коллиматора 3, областей 5, 6 в исследуемом объекте через каждый из капилляров коллиматора 3 не перекрываются. Зоны засветки 7, 8 соответствующих площадей детектора, засвечиваемые рентгеновским излучением 10, 11 через соответствующие капилляры коллиматора, также не перекрываются, а разделяются зонами полной (глубокой) тени 9.

Чем ближе объект 2 и детектор 4 располагаются к коллиматору 3, тем лучше разделение капилляров по пространству (и в объекте 2 и в детекторе 4) и тем меньше влияние реальных процессов рассеяния (квантов, электронов) и просвечивания краев капилляров на отличие рентгеновской и оптической схемы устройства.

При невыполнении условий, то есть L_к1 > L_к/2 и L_к2 > L_к/2 зоны 5, 6, наблюдаемые в объекте 2 будут перекрываться, а зоны 7, 8 засветки в детекторе 4 будут частично освещать одну и ту же часть детектора 4.

Устройство работает следующим образом.

Рентгеновское излучение (hv) с определенной части 10, 11 излучающей поверхности плоского источника 1 происходит через ограниченную зону 5, 6 исследуемого объекта 2. Прошедшее через объект 2 рентгеновское излучение попадает на коллиматор 3 и на ограниченную часть 7, 8 поверхности детектора 4, в результате чего на его чувствительном элементе формируется мозаичное изображение объекта 2.

Таким образом, упрощается конструкция интроскопа за счет использования одного коллиматора вместо двух и повышается качество изображения объекта за счет применения матрицы с параллельными протяженными капиллярами, поглощающей рассеянное излучение под большими углами, тем самым защищая от помех основную картину (теневое изображение), создаваемую первичным пучком на детекторе. Применение плоского источника излучения с размерами порядка размеров исследуемого объекта позволяет осуществить одновременную регистрацию изображения по всем рентгено-оптическим капиллярам, а следовательно, при любых малых (но достаточных для просвечивания) экспозициях, тем самым создавая возможность применения интроскопа для регистрации быстропротекающих процессов.

Изобретение относится к регистрации быстропротекающих процессов. Интроскоп содержит источник проникающего излучения, коллиматор, детектор, держатель с исследуемым объектом, который расположен между источником и коллиматором. Источник выполнен плоским с размерами излучающей зоны, которые соответствуют размерам исследуемого объекта, коллиматор выполнен в виде матрицы протяженных капилляров, которые расположены параллельно с равными шагами поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий. Кроме того, расстояние L_k1 между держателем и исследуемым объектом и входным сечением коллиматора определяется соотношением: L_k1<L_k/2, где L_k - длина коллиматора, а расстояние L_k2 между детектором и выходным сечением коллиматора определяется соотношением L_k2<L_k/2. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить качество изображения объекта путем снижения уровня рассеянного излучения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Радиационный интроскоп, содержащий источник проникающего излучения, коллиматор, детектор, держатель с исследуемым объектом, расположенный между источником и коллиматором, отличающийся тем, что источник выполнен плоским с размерами излучающей зоны, соответствующими размерам исследуемого объекта, а коллиматор выполнен в виде матрицы протяженных капилляров, расположенных параллельно с равными шагами поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий, причем этот шаг δ_к удовлетворяет условию
δ_к≤ δ_o,
где δ_o - требуемое пространственное разрешение по анализируемому объекту, а длина капилляров коллиматора L_к выбирается из соотношения

где μ_к - линейный коэффициент поглощения излучения материалом коллиматора;
μ_o - коэффициент поглощения излучения материалом исследуемого объекта;
L_o - толщина в пределах объекта, создающая наибольшее ослабление излучения. 2. Радиационный интроскоп по п.1, отличающийся тем, что расстояние L_к1 между держателем с исследуемым объектом и входным сечением коллиматора определяется
L_к1 < L_к/2,
а расстояние L_к2 между детектором и выходным сечением коллиматора определяется соотношением
L_к2 < L_к/2