УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИОГРАФИИ И ТОМОГРАФИИ Российский патент 2006 года по МПК G01N23/222 

Изобретение относится к исследованию внутренней структуры объектов, а именно к анализу объектов радиационными методами, например с помощью нейтронного, рентгеновского или гамма-излучения.

Известны устройства для радиографии и томографии внутренней структуры объектов, в которых просвечивают исследуемый объект расходящимся пучком рентгеновского излучения и получают теневое изображение внутренней структуры исследуемого объекта на соответствующей системе отображения.

Клюев В.В. и др. Промышленная радиационная интроскопия. М. Энергоатомиздат, 1985, с.5-8.

Недостатком указанных устройств с использованием расходящегося пучка является низкая чувствительность к маломерным деталям внутренней структуры объекта (дефекты, включения).

Известным техническим решением является устройство для исследования внутренней структуры объектов, для получения теневых проекций сечений исследуемого объекта путем его сканирования коллимированным пучком рентгеновского излучения, регистрации прошедшего через объект излучения детектором.

Патент Великобритании №1283915, МПК: G 01 N 23/08, 1975 г.

В этом устройстве получаемое пространственное разрешение в теневых проекциях определяется размерами коллимированного пучка и/или детектора в направлении сканирования, т.е. при наличии в исследуемом объекте мелких деталей структуры, последние могут не выявляться в получаемой теневой проекции.

Недостатком известных технических решений является перемещение для получения теневых изображений именно коллимированных пучков относительно объекта.

Это приводит к усложнению общей конструкции, к повышению требований к радиационной защите, к возможности пробелов при контроле объекта из-за резких перемещений излучателя, а также низкая эффективность использования излучения источника, увеличение времени исследования и сама необходимость коллимирования пучка.

Известно устройство малоугловой томографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде малорасходящихся пучков, средство перемещения объекта относительно падающего на него излучения, пространственный фильтр и детектор.

Патент Российской Федерации №2119659, МПК: G 01 N 23/02, 1998 г. Устройство имеет сложную кинематическую структуру для идентификации расходящегося пучка после исследуемого объекта.

Известно устройство для радиографии и томографии, содержащее источник проникающего излучения, средство перемещения исследуемого объекта, оптическую систему регистрации излучения, содержащую сцинтилляционный экран, плоское зеркало, объектив, фотоприемник (ТВ-камера) и корректирующую линзу.

Патент Российской Федерации №2189031, МПК: G 01 N 23/04, 2002 г. Устройство имеет сложную оптическую систему формирования изображения, сравнительно низкие четкость изображения и чувствительность.

Известно устройство для обнаружения контрабанды, содержащее полиэнергетический источник γ-излучения, спектрометрический детектор γ-излучения, усилитель сигналов детектора, амплитудно-цифровой преобразователь, контроллер и компаратор интенсивности импульсов в избранных энергетических областях (селектор импульсов отраженного γ-излучения) и дисплей.

Патент Российской Федерации №2161299, МПК: G 01 N 23/08, 2000 г.

Устройство, реагируя на наличие за экраном присоединенной массы (контрабанды), не позволяет судить о характере скрытого материала.

Интенсивность регистрируемого при этом отраженного γ-излучения зависит не только от плотности материала закладки, но и от геометрических размеров скрытой закладки.

Известно рентгеновское устройство, содержащее источник излучения, средство для размещения образца, экран-преобразователь, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися капиллярными каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды, на одном торце которого расположено средство, чувствительное к излучению, и фотоприемник.

Патент Российской Федерации №2239822, МПК: G 01 N 23/04, Бюл. №31, от 10.12.2004. Прототип.

Прототип сложен в изготовлении, предназначен для работы с протяженным источником излучения, преобразователь по существу является лишь коллиматором излучения и только средство, чувствительное к излучению, позволяет его считать экраном-преобразователем.

Прототип позволяет выявлять и преобразовывать только один вид излучений, не позволяет проводить комплексный экспресс-анализ исследуемого объекта.

Настоящее изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Изобретение направлено на повышение эффективности использования быстрых нейтронов, уменьшение времени экспозиции, уменьшение влияния фонового сигнала, улучшение качества принимаемых изображений, повышение производительности процесса, одновременное получение изображений не только в нейтронном потоке, но и в рентгеновском и гамма-излучениях, проведение комплексного экспресс-анализа исследуемого объекта.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и пространственного разрешения не только в параллельном, но и в коническом пучке, расширение функциональных возможностей устройства, возможность проведения экспресс-анализа исследуемых образцов, одновременная регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, тепловых нейтронов, рентгеновских и гамма-лучей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для радиографии и томографии, содержащем источник проникающего излучения, средство для размещения исследуемого образца, экран-преобразователь проникающего излучения, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды, на одном торце экрана-преобразователя расположено средство, чувствительное к излучению, и средство для регистрации излучения, каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов и скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, средство для размещения исследуемого образца выполнено с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, а средство для регистрации излучения содержит отклоняющее зеркало и не менее двух оптических каналов, выполненных в виде последовательно расположенных вдоль оси оптического канала входного проекционного объектива со светофильтром, усилителя изображения, масштабирующего объектива и ПЗС-матрицы.

Средство, чувствительное к регистрации излучения, расположено на меньшем торце скомпонованного пакета в виде слоя люминофора. Волоконно-оптические сцинтилляторы пакета покрыты слоем люминофора.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 схематично представлено устройство радиографии и томографии объектов смешанным составом проникающих излучений, где: 1 - ПЗС-матрица, 2 - масштабирующий объектив, 3 - усилитель изображения, 4 - проекционный объектив со светофильтром, 5 - комбинированный люминесцентный преобразователь, 6 - отклоняющее зеркало, 7 - средство для размещения исследуемого образца, выполненное с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения.

На фиг.2 схематично представлен продольный разрез комбинированного люминесцентного преобразователя 5, где: 8 - волоконно-оптические каналы транспортировки, 9 - слой люминофора, сцинтиллирующий в дополнительном участке оптического спектра, каналы транспортировки 8 составлены из отрезков волокон 10, 11, 12, сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра. Отрезки волокон 10, 11, 12, сцинтиллирующие в различных участках оптического спектра канала 8, соединены последовательно (поэтому их позиции на фиг.1 не показаны, а показаны лишь участки сечения комбинированного люминесцентного преобразователя 5 различного оптического спектра).

На фиг.3 схематично представлен продольный разрез одного канала комбинированного люминесцентного преобразователя 5, где: 10, 11, 12 - сечение отрезков волокон, сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра при параллельном соединении отрезков волокон.

Устройство работает следующим образом.

При облучении исследуемого образца (на чертежах не показан), расположенного на средстве для размещения 7, выполненном с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, на комбинированный преобразователь 5 поступает поток быстрых нейтронов и/или рентгеновского излучения, где происходит преобразование нейтронного и/или рентгеновского излучения в световое излучение. Комбинированный люминесцентный преобразователь 5 из-за различного состава волокон 10, 11, 12 каналов транспортировки 8 позволяет преобразовывать разные падающие виды излучения в самостоятельные световые потоки различного спектрального состава.

После прохождения комбинированного люминесцентного преобразователя 5 самостоятельные световые потоки различного спектрального состава разделяют отклоняющим зеркалом 6 и направляют на проекционные объективы 4 с соответствующими светофильтрами по раздельным оптическим каналам каждого вида излучения.

Затем световой поток попадает на усилитель изображения 3 и далее с помощью масштабирующего объектива 2 на ПЗС-матрицу 1. Изображения формируются в различных областях оптического спектра.

Избирательность регистрации того или иного изображения обеспечивается соответствующими светофильтрами, установленными на проекционные объективы 4.

Волоконно-оптический преобразователь 5 является универсальным, так как его компоновка обеспечивает возможность регистрации быстрых нейтронов, а также тепловых нейтронов и рентгеновского, и гамма-излучения.

Дополнительный слой 9 по существу является дополнительным каналом транспортировки собственного вида излучения и позволяет при необходимости сократить продольные размеры преобразователя 5.

Устройство на основе комбинированного преобразователя 5 эффективно для осуществления радиографии как в коническом пучке быстрых нейтронов, так и в случае любого комбинированного излучения.

Использование: для анализа внутренней структуры объектов радиационными методами. Сущность: заключается в том, что каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, набранных из отрезков волокон, сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, и скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, средство для размещения исследуемого образца выполнено с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, а средство для регистрации излучения содержит отклоняющее зеркало и не менее двух оптических каналов, выполненных в виде последовательно расположенных вдоль оси оптического канала входного проекционного объектива со светофильтром, усилителя изображения, масштабирующего объектива и ПЗС-матрицы. Технический результат: повышение эффективности и пространственного разрешения не только в параллельном, но и в коническом пучке, расширение функциональных возможностей детектора, регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, тепловых нейтронов, рентгеновских и гамма-лучей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для радиографии и томографии, содержащее источник проникающего излучения, средство для размещения исследуемого образца, экран-преобразователь проникающего излучения, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды, на одном торце экрана-преобразователя расположено средство, чувствительное к излучению, и средство для регистрации излучения, отличающееся тем, что каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, набранных из отрезков волокон, сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, и скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, средство для размещения исследуемого образца выполнено с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения, а средство для регистрации излучения содержит отклоняющее зеркало и не менее двух оптических каналов, выполненных в виде последовательно расположенных вдоль оси оптического канала входного проекционного объектива со светофильтром, усилителя изображения, масштабирующего объектива и ПЗС-матрицы.2. Устройство для радиографии и томографии по п.1, отличающееся тем, что отрезки волокон, сцинтиллирующие в различных участках оптического спектра, в сформированном пакете соединены последовательно.3. Устройство для радиографии и томографии по п.1, отличающееся тем, что отрезки волокон, сцинтиллирующие в различных участках оптического спектра, в сформированном пакете соединены параллельно.