СПОСОБ МАЛОУГЛОВОЙ ИНТРОСКОПИИ Российский патент 2005 года по МПК G01N23/201 

Изобретение относится к определению структуры и изменению ее состояния для неоднородных, слаборассеивающих, непрозрачных для видимого света объектов с помощью прошедшего и рассеянного под малыми углами рентгеновского излучения.

Уровень техники заключается в следующем.

Известен метод регистрации излучения когерентно рассеянного объектом (US 4751772, G 01 N 23/201, 1988), основанный на регистрации спектра когерентного рассеянного излучения в углы, лежащие в пределах от 1 до 12° по отношению к направлению падающего пучка. В работе указывается, что большая часть упругорассеянного излучения сосредоточена в этих углах в случае, если энергия рентгеновского излучения не очень велика. В основе данного изобретения лежит тот факт, что энергетические спектры упругорассеянного излучения и излучения первичного пучка идентичны, и упругорассеянное излучение имеет характерную угловую зависимость, определяемую как самим облучаемым веществом, так и энергией падающего излучения. Поскольку распределение интенсивности когерентно рассеянного излучения в малых углах зависит от молекулярной структуры вещества, то различные вещества, имеющие одинаковую поглощающую способность (которые не могут быть отличимы при обычном просвечивании), могут быть отличимы друг от друга по характерному для каждого вещества угловому распределению интенсивности когерентно рассеянного излучения. В указанном патенте для просвечивания объекта предполагается использовать узкий коллимированный пучок монохроматического или полихроматического излучения. Измерение интенсивности когерентно рассеянного излучения проводят с помощью детектирующей системы с разрешением как по энергии, так и по координате (углу рассеяния).

Описанный метод имеет сравнительно низкую светосилу, поскольку сечение когерентного рассеяния в этом угловом диапазоне невелико и требует высоких доз облучения объекта при его исследовании.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ малоугловой интроскопии (патент России № 2137114, G 01 N 23/201, G 01 T 1/16, 1997). Способ определения состава и структуры неоднородного объекта включает в себя облучение контролируемого объекта узким малорасходящимся пучком проникающего излучения, регистрацию прошедшего через объект излучения, идентификацию входящих в контролируемый объект веществ по малоугловому когерентному рассеянию прошедшего через объект излучения и излучению, поглощенному в объекте. При этом распределение интенсивности излучения регистрируется по сечению пучка при отсутствии и наличии объекта. Полученные распределения интенсивностей нормируются на общую интенсивность падающего на объект и прошедшего излучения соответственно. По изменению нормированного пространственного распределения интенсивностей и сравнению его с предварительно полученными при этих же условиях эталонными значениями идентифицируют входящие в объект вещества.

Следует отметить, что описанный в прототипе метод для слаборассеивающих объектов не позволяет определять их внутреннюю структуру и последующие ее изменения. Это в первую очередь относится к непрозрачным для видимого света коллоидным системам и диспергированным в них объектам, например масляным средам, содержащим различные присадки.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на решение задачи - получение изображения внутреннего строения объекта и определение его изменения в ходе протекания тех или иных процессов.

Решение задачи опосредовано новым техническим результатом регистрации малоуглового рассеяния проникающего излучения, ограниченного областью центрального пика дифракции. Технический результат предлагаемого способа достигается благодаря проведению следующих процедур. Контролируемый объект облучают узким малорасходящимся пучком проникающего излучения, регистрируют прошедшее через объект излучение с помощью позиционно-чувствительного детектора. Распределение интенсивности излучения регистрируют по сечению пучка при отсутствии и наличии объекта. Полученная информация подвергается обработке по следующей зависимости:

где I_2θ - интенсивность рассеянного рентгеновского излучения;

I_0,2θ, I_пр,2θ - соответственно интенсивности рентгеновского излучения, падающего на объект и прошедшего через него в области центрального пика дифракции;

К_{ослабл.,о} - коэффициент ослабления пучка рентгеновского излучения;

2θ - угол рассеяния, заключенный между центром пучка проникающего излучения и направляющими, исходящими из центра объекта и находящимися в пределах сечения пучка.

Коэффициент ослабления (К_{ослабл.,о}) в уравнении (1) определится:

где I_0,2θ=0, I_пр,2θ=0 - соответственно интенсивности рентгеновского излучения, падающего на объект и прошедшего через него для угла 2θ=0,00°.

Зависимость (1) позволяет осуществить сведение кривых рассеяния относительно угла 2θ=0,00°. Во всех случаях для каждого исследуемого вещества интенсивность рассеянного рентгеновского излучения для угла 2θ=0,00° равна нулю. Это позволяет сопоставлять кривые рассеяния друг с другом.

Общими с прототипом существенными признаками являются следующие: облучение контролируемого объекта узким малорасходящимся пучком проникающего излучения, регистрация прошедшего через объект излучения с помощью позиционно-чувствительного детектора и идентификация структуры контролируемого объекта по малоугловому когерентному рассеянию прошедшего через объект излучения и излучению, поглощенному в объекте, регистрация распределения интенсивности излучения по сечению пучка при отсутствии и наличии объекта.

Основными отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- определение коэффициента ослабления проникающего излучения для центра пучка через отношение интенсивностей падающего на объект и прошедшего через него излучения по уравнению

где I_0,2θ=0, I_пр,2θ=0 - соответственно интенсивности рентгеновского излучения, падающего на объект и прошедшего через него для угла 2θ=0,00°.

- нормирование кривой распределения интенсивности падающего на объект излучения по сечению пучка (углу рассеяния) на коэффициент ослабления и ее вычитание из кривой распределения интенсивности прошедшего через объект излучения по уравнению

где I_2θ - интенсивность рассеянного рентгеновского излучения;

I_0,2θ, I_пр,2θ - соответственно интенсивности рентгеновского излучения, падающего на объект и прошедшего через него в области центрального пика дифракции;

К_{ослабл.,о} - коэффициент ослабления пучка рентгеновского излучения;

2θ - угол рассеяния, заключенный между центром пучка проникающего излучения и направляющими, исходящими из центра объекта и находящимися в пределах сечения пучка.

После проведения указанных процедур получают кривую распределения рассеянного объектом рентгеновского излучения, которая характеризует его структуру.

Сведения, указывающие на возможность осуществления предлагаемого изобретения, могут быть подтверждены следующими примерами.

Пример 1.

С помощью двух узких щелей (например, шириной по 0,1 мм) устанавливают малорасходящийся пучок рентгеновского - излучения. В держатель образца, расположенный перпендикулярно падающему излучению, помещают пустую жидкостную кювету и с помощью позиционно-чувствительного детектора определяют интенсивность прошедшего излучения в области центрального пика дифракции для данного набора щелей (2θ=0-0,25°). Проводят 3-5 параллельных измерений для получения статистических сведений. После этого в кювету заливают образец масла-компаунда и проводят съемку в аналогичных условиях (3-5 параллельных измерений). Полученные экспериментальные данные обрабатывают по зависимостям (1) и (2). Результаты обработки представлены на чертеже (зависимость 1).

Пример 2.

В держатель образца помещают пустую жидкостную кювету и в условиях согласно примеру 1 определяют интенсивность прошедшего излучения. Затем в кювету заливают образец непрозрачной для видимого света товарной присадки КНД. Условия съемки образца присадки и последующей обработки экспериментальных сведений осуществляют в соответствии с примером 1. Результаты расчета представлены на чертеже (зависимость 2).

Пример 3.

В держатель образца помещают пустую жидкостную кювету и в условиях согласно примеру 1 определяют интенсивность прошедшего излучения. После этого в кювету помещают образец присадки КНД, предварительно разбавленный на 50 мас.% маслом-компаундом (см. пример 1) и выдержанный до измерений некоторое время. Условия съемки образца разбавленной присадки и последующей обработки экспериментальных данных осуществляют в соответствии с примером 1. Результаты обработки представлены на чертеже (зависимость 3).

Как следует из чертежа, кривые рассеяния имеют различный характер, что обусловлено различным состоянием структуры исследуемых образцов (прежде всего с точки зрения их дисперсности).

Проведена нормировка кривых распределения интенсивности падающего на объект (пустая кювета) и прошедшего через объект излучения (исследуемый образец) для примеров 1, 2 и 3 согласно прототипу. Результаты нормировки приведены в таблице.

Угол рассеяния 2θ,°0,000,050,100,150,200,25Нормированная
величина, I_i/ΣI_iОбъект отсутствует (пустая кювета, примеры 1, 2, 3)0,330,300,240,110,020,00Пример 1 (масло-компаунд)0,330,300,240,110,020,00Пример 2 (товарная присадка КНД)0,340,300,220,110,030,01Пример 3 (Присадка КНД, разбавлена на 50 мас.% маслом-компаундом)0,330,300,240,110,030,01

Обозначения в таблице:

I_i - интенсивность падающего на объект (пустая кювета, примеры 1, 2, 3) и прошедшего через него излучения (исследуемые образцы, примеры 1, 2, 3), соответствующая данному углу рассеяния;

ΣI_i - общая интенсивность либо падающего на объект (пустая кювета, примеры 1, 2, 3), либо прошедшего через него излучения (исследуемые образцы, примеры 1, 2, 3) соответственно.

Как следует из таблицы, нормированные величины интенсивности падающего на объект излучения (объект отсутствует, пустая кювета) и различных углов рассеяния практически совпадают с аналогичными нормированными величинами интенсивности прошедшего через различные объекты излучения (примеры 1, 2, 3). Это позволяет утверждать о невозможности идентификации внутренней структуры исследуемых объектов согласно способу малоугловой интроскопии, приведенному в прототипе.

Таким образом, предлагаемый способ малоугловой интроскопии позволяет определять внутреннюю структуру слаборассеивающих объектов, таких как масляные пробы с присадками, и ее изменение в ходе протекания процессов.

Изобретение относится к области исследования материалов радиационными методами. Способ заключается в облучении контролируемого объекта узким малорасходящимся пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью позиционно-чувствительного детектора и идентификации структуры входящих в контролируемый объект веществ по малоугловому когерентному рассеянию прошедшего через объект излучения и регистрации распределения интенсивности излучения по сечению пучка при отсутствии объекта и его наличии. Отличительная особенность способа заключается в том, что определяют коэффициент ослабления для центра пучка проникающего излучения через отношение интенсивностей падающего на объект и прошедшего через объект излучения, нормируют кривую распределения интенсивности падающего на объект излучения в области центрального пика дифракции по углу рассеяния на коэффициент ослабления и вычитают из кривой распределения прошедшего через объект излучения. Техническим результатом изобретения является получение изображения внутреннего строения объекта и определение его изменения при протекании различных процессов. 1 ил., 1 табл.

Способ малоугловой интроскопии, заключающийся в облучении контролируемого объекта узким малорасходящимся пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью позиционно-чувствительного детектора и идентификации структуры входящих в контролируемый объект веществ по малоугловому когерентному рассеянию прошедшего через объект излучения и регистрации распределения интенсивности излучения по сечению пучка при отсутствии объекта и его наличии, отличающийся тем, что определяют коэффициент ослабления для центра пучка проникающего излучения через отношение интенсивностей падающего на объект и прошедшего через объект излучения, нормируют кривую распределения интенсивности падающего на объект излучения в области центрального пика дифракции по углу рассеяния на коэффициент ослабления и вычитают из кривой распределения прошедшего через объект излучения.