УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИОГРАФИИ И ТОМОГРАФИИ Российский патент 2007 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.

Недостатки известных технических решений заключаются в том, что для получения теневых изображений перемещают именно коллимированные пучки 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 низкой эффективности использования излучения источника, увеличению времени исследования, необходимости 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 сцинтилляциойный экран, плоское зеркало, объектив, фотоприемник (ТВ-камера) и корректирующую линзу.

Патент Российской Федерации №2189031, МПК: G 01 N 23/04, 2002 г. Прототип.

Прототип имеет сложную оптическую систему формирования изображения, сравнительно низкие четкость изображения и чувствительность.

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, получение изображений не только в нейтронном потоке, но и в рентгеновском и гамма-излучениях.

Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей, регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для радиографии и томографии, содержащем источник проникающего излучения, средство перемещения исследуемого объекта, оптическую систему регистрации излучения с люминесцентным экраном, зеркалом, объективом, фотоприемником и линзой, люминесцентный экран выполнен в форме пластины, на поверхности которой расположена линза в виде конденсора, оптическая система регистрации излучения содержит последовательно расположенные входной проекционный объектив, усилитель изображения, масштабирующий объектив, фотоприемник, выполненный в виде ПЗС-матрицы, источник конического проникающего излучения расположен в точке, лежащей на нормали к центру люминесцентного экрана-преобразователя, а средство перемещения исследуемого объекта выполнено с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения.

Люминесцентный оптически прозрачный экран-преобразователь выполнен в виде пластины из люминесцирующего полистирола или из материала, чувствительного к рентгеновскому и гама-излучениям, или из люминесцирующего полистирола с добавкой бора. Конденсор выполнен трехлинзовым.

Источник конического проникающего излучения выполнен в виде нейтронного генератора.

Сущность изобретения поясняется на чертеже.

Схематично представлено устройство для радиографии и томографии с коническим пучком проникающего излучения, где 1 - источник быстрых нейтронов (нейтронный генератор), 2 - экран-преобразователь, 3 - конденсор, 4 - отклоняющее зеркало, 5 - входной объектив, 6 - усилитель изображения, 7 - масштабирующий объектив, 8 - ПЗС-матрица, 9 - диафрагма, 10 - средство перемещения исследуемого объекта, выполненное с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения.

В случае конического пучка трехлинзовый конденсор 3 и диафрагма 9 обеспечивают прохождение через оптическую систему только тех световых лучей, которые в экране-преобразователе 2 распространяются в направлении лучей, испускаемых источником конического пучка 1.

Конденсор 3 рассчитан в приближении точечного источника ионизирующего излучения для заданного расстояния между источником быстрых нейтронов 1 и экраном-преобразователем 2, а также между экраном-преобразователем 2 и входным объективом 5 с учетом коэффициента преломления материала экрана-преобразователя 2 и спектра его излучения, а также коэффициента преломления материала конденсора 3.

Конденсор 3 предназначен для сохранения пространственного разрешения в случае конического пучка нейтронного излучения.

При облучении экрана-преобразователя 2 пучком быстрых нейтронов происходит преобразование нейтронного излучения в световое излучение. При этом геометрические продолжения всех световых треков сходятся в точку, совпадающую с положением источника нейтронов 1.

Источник быстрых нейтронов 1 расположен в точке, лежащей на нормали к центру люминесцентного экрана-преобразователя 2.

Исследуемый образец устанавливают на средстве перемещения 10, между источником 1 и экраном-преобразователем 2. В экране-преобразователе проникающие через образец виды излучения преобразуются в оптическое излучение.

Для получения набора проекционных данных для томографии использован радиографический стенд. Средство перемещения 10 для образца обеспечивает получение набора проекционных радиографических изображений при различных его угловых положениях по отношению к оси пучка (в общем случае, в диапазоне от 0-360°). Изменение углового положения образца осуществляют с помощью шагового двигателя.

Измерение углового положения и его контроль осуществляют с помощью синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ). При регистрации быстрых нейтронов экран-преобразователь 2 выполнен из люминесцирующего полистирола.

При регистрации тепловых нейтронов экран-преобразователь 2 выполнен из люминесцирующего полистирола с добавками бора.

При регистрации рентгеновского и гамма-излучений он выполняется из прозрачных сцинтилляторов, предназначенных для регистрации этих видов излучения: вольфрамат германия, иттриевый гранат и др.

Эффективность регистрации обеспечивается протяженностью экрана-преобразователя 2 вдоль направления распространения излучения.

Каждый луч излучения, прошедший через образец, создает в экране-преобразователе 2 за время экспозиции прямолинейный трек, точки которого излучают сферически изотропный световой поток.

При этом геометрические продолжения всех световых треков сходятся в точку, совпадающую с положением источника нейтронов 1.

Для экрана-преобразователя 2 конечной толщины проекционная оптика в отсутствии конденсора 3 изображает трек в форме штриха, длина которого пропорциональна, с одной стороны, тангенсу внеосевого угла, под которым трек виден из центра объектива, а с другой стороны - толщине экрана-преобразователя 2, что приводит к потере пространственного разрешения в периферийных зонах приемника.

Для того, чтобы этого не происходило, в описываемом приемнике после экрана-преобразователя 2 и установлен линзовый конденсор 3. Его назначение - построить в центре входной апертуры (зрачка) входного проекционного объектива 5 изображение точки, в которой пересекаются экранные треки.

Входная апертура при этом играет роль диафрагмы 9, препятствуя прохождению световых лучей, распространяющихся в направлениях, не проходящих через источник быстрых нейтронов 1.

Кроме того, входная апертура определяет количество света, проходящего через входной проекционный объектив 5.

В случае идеального точечного источника быстрых нейтронов 1 каждый трек будет отображен на ПЗС-матрице 8 в виде пятна достаточно малого размера и размером, пропорциональным светосиле входного проекционного объектива 5.

В случае источника быстрых нейтронов 1 конденсор 3 рассчитан, исходя из того что расстояние от люминесцентного экрана-преобразователя 2 до нейтронного источника 1 составляет 500 мм, а люминесцентный экран-преобразователь 2 диаметром 200 мм и толщиной 100 мм изготовлен из люминесцирующего полистирола.

Полная длина детектора составляет 1170 мм. Процесс накопления данных автоматизирован.

Использование: для исследования внутренней структуры объектов радиационными методами. Сущность заключается в том, что устройство для радиографии и томографии содержит источник проникающего излучения, оптическую систему регистрации излучения, содержащую экран-преобразователь, выполненный в форме пластины, отклоняющее зеркало, объектив, фотоприемник, при этом после экрана-преобразователя на его поверхности расположен линзовый конденсор. Оптическая система регистрации излучения с отклоняющим зеркалом содержит последовательно расположенные входной проекционный объектив, усилитель изображения, масштабирующий объектив, фотоприемник, выполненный в виде ПЗС-матрицы, а источник конического проникающего излучения расположен в точке, лежащей на нормали к центру экрана-преобразователя, в которой сходятся геометрические продолжения всех световых треков, создающихся в экране-преобразователе, и, кроме того, устройство содержит средство перемещения исследуемого объекта, выполненное с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения. Технический результат: повышение пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей, регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для радиографии и томографии, содержащее источник проникающего излучения, оптическую систему регистрации излучения, содержащую экран-преобразователь, выполненный в форме пластины, отклоняющее зеркало, объектив, фотоприемник, отличающееся тем, что после экрана-преобразователя на его поверхности расположен линзовый конденсор, а оптическая система регистрации излучения с отклоняющим зеркалом содержит последовательно расположенные входной проекционный объектив, усилитель изображения, масштабирующий объектив, фотоприемник, выполненный в виде ПЗС-матрицы, при этом источник конического проникающего излучения расположен в точке, лежащей на нормали к центру экрана-преобразователя, в которой сходятся геометрические продолжения всех световых треков, создающихся в экране-преобразователе, и, кроме того, устройство содержит средство перемещения исследуемого объекта, выполненное с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения.2. Устройство для радиографии и томографии по п.1, отличающееся тем, что экран-преобразователь выполняется люминесцентным, оптически прозрачным в виде пластины из люминесцирующего полистирола, или из материала, чувствительного к рентгеновскому и гамма-излучениям, или из люминесцирующего полистирола с добавкой бора.3. Устройство для радиографии и томографии по п.1 или 2, отличающееся тем, что конденсор выполнен трехлинзовым.4. Устройство для радиографии и томографии по п.1, отличающееся тем, что источник конического проникающего излучения выполнен в виде нейтронного генератора.