УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАММА-ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК G01T1/164 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному прибору для получения гамма-изображения.

Уровень техники

Приборы для получения гамма-изображений разрабатываются с 1990 годов и служат для дистанционного определения местонахождения источников радиоактивного гамма-излучения, иными словами, источников, которые испускают гамма-лучи. Эти приборы для получения гамма-изображений содержат гамма-камеру.

Принцип работы этой камеры хорошо известен: на сцинтиллятор попадают гамма-фотоны от источника гамма-излучения и производят световой сигнал, который усиливается и детектируется с помощью детектора с зарядовой связью (ДЗС), подключенного к устройству обработки данных. Детектор с зарядовой связью фиксирует гамма-излучение, испускаемое источником, и работает совместно со сцинтиллятором. Такие гамма-камеры являются относительно чувствительными и имеют высокую производительность.

В этих устройствах суммируются два изображения: во-первых, изображение источника гамма-излучения, соответствующее гамма-излучению, полученному камерой, и, во-вторых, видеоизображение объекта, полученное либо самой гамма-камерой, либо цветной камерой, объединенной с гамма-камерой. Гамма-изображение, полученное сцинтиллятором, обычно показывает неправильные цвета. Видеоизображение наблюдаемого объекта, когда оно получено с помощью гамма-камеры, является черно-белым.

Такие приборы для получения гамма-изображений способны показывать расположение источников гамма-излучения в пространстве, что делает эти приборы удобными для выполнения таких работ, как техническое обслуживание, демонтаж или проверка, которые должны быть выполнены в радиационной среде.

Более того, некоторые из этих приборов для получения гамма-изображений могут быть использованы для количественного определения дозы радиации на основе анализа изображения, при условии того, что сделаны некоторые предположения об энергии падающего гамма-излучения.

Однако если требуется идентифицировать и количественно оценить радиоактивные элементы, ответственные за гамма-излучение, то необходим спектрометрический прибор, способный измерять энергию излученных фотонов и подсчитывать их число за определенный период времени. Обычно этот спектрометрический прибор и прибор для получения изображений не используют одновременно. Более того, при их последовательном или одновременном использовании никогда не получается так, чтобы они показывали одно и то же место расположения источника излучения, а это означает, что результаты обеих серий измерений не совпадают. Следовательно, при использовании спектрометрических приборов мы не знаем, получено ли излучение от тех же радиоактивных элементов, которые зафиксированы прибором для получения изображений. Заключение, вынесенное на основе этих измерений, может быть неверным.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков известных устройств.

Более точно, целью настоящего изобретения является создание такого прибора для получения гамма-изображений, который позволял бы дистанционно определять местоположение источника гамма-излучения и мог бы различать радиоактивные элементы, ответственные за гамма-излучение, испускаемое источником гамма-излучения, обеспечивая при этом повышенную точность выполненных измерений.

Для достижения этой цели в соответствии с настоящим изобретением предлагается прибор для получения гамма-изображений, содержащий гамма-камеру с полем обзора, расположенным вокруг оси. Он также содержит гамма-спектрометрический детектор, коллимированный с коллиматором и имеющий поле обзора, расположенное вокруг оси и попадающее в поле обзора гамма-камеры на заданном расстоянии от нее; лазерный указатель с линией визирования, причем лазерный указатель расположен вблизи гамма-спектрометрического коллиматора таким образом, что линия визирования параллельна линии поля обзора коллиматора и пересекает поле обзора коллиматора; средства детектирования зоны, на которую направлен лазерный указатель.

Предпочтительно, чтобы лазерный указатель был прикреплен к гамма-спектрометрическому коллиматору с тем, чтобы улучшить разрешение.

Возможно даже, чтобы лазерный указатель был размещен в гамма-спектрометрическом коллиматоре.

Лазерный указатель излучает в видимом или близком к видимому диапазоне.

Средства детектирования зоны, на которую направлен лазерный указатель, могут быть образованы гамма-камерой.

Средства детектирования зоны, на которую направлен лазерный указатель, могут быть образованы дополнительной камерой, при этом лазерный указатель испускает излучение, к которому чувствительна дополнительная камера. Данная конструкция может, например, соответствовать случаю, когда гамма-камера представляет собой камеру с кодирующей маской.

Дополнительная камера имеет поле обзора, аналогичное полю обзора гамма-камеры.

В предпочтительном варианте поле обзора коллиматора для улучшения селективности ограничено и перекрывает примерно от одной десятой до четверти поля обзора гамма-камеры.

Гамма-камера может быть камерой с точечной диафрагмой или камерой с кодирующей маской.

Для облегчения сборки прибора поле обзора гамма-камеры может располагаться вокруг оси, которая, по существу, параллельна оси поля обзора гамма-спектрометрического коллиматора и линии визирования лазерного указателя.

При наличии дополнительной камеры поле обзора располагается вокруг оси, которая, по существу, параллельна оси поля обзора гамма-спектрометрического коллиматора и линии визирования лазерного указателя.

В предпочтительном варианте коллиматор выполнен из материала с плотностью, большей плотности стали.

Предпочтительно ограничить размеры прибора в том случае, когда гамма-спектрометрический детектор является насколько возможно компактным.

В предпочтительном варианте заданное расстояние составляет порядка одного метра.

Объектом настоящего изобретения является также способ использования описанного прибора для получения гамма-изображений.

Этот способ содержит этапы, на которых определяют местонахождение источника гамма-излучения с помощью гамма-камеры, при этом этот источник испускает гамма-излучение в некотором энергетическом спектре; ориентируют прибор для получения изображения таким образом, что лазерный указатель направлен на зону, соответствующую расположению источника гамма-излучения или части источника гамма-излучения; проверяют правильность ориентации с помощью средств детектирования, формируя фотоизображение зоны, на которую направлен лазерный указатель; получают указанный энергетический спектр гамма-излучения, испущенного указанным источником гамма-излучения, с применением гамма-спектрометрического детектора.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из описания вариантов его осуществления, приведенных лишь для информации и не ограничивающих существа изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в продольном разрезе варианта прибора для получения гамма-изображения, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - другой вариант прибора для получения гамма-изображений, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, в перспективе.

Подобные или одинаковые части на различных фигурах, описанные ниже, обозначены одинаковыми позициями с тем, чтобы облегчить сопоставление фигур между собой.

Нет необходимости изображать в одном масштабе различные показанные на фигурах части с тем, чтобы сделать эти фигуры более легкочитаемыми.

Осуществление изобретения

Обратимся к фиг.1, на которой приведен продольный разрез варианта прибора для получения гамма-изображения, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, и к фиг.2, на которой приведен в перспективе другой вариант прибора для получения гамма-изображения, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Прибор для получения гамма-изображения содержит гамма-камеру 1. Она разработана так, чтобы определять положение источника гамма-излучения. Один из этих источников отмечен на фиг.1 позицией 2.

Гамма-камера 1 может быть любого типа, например она может иметь коллиматор 3 типа «пинхол», подобный показанному схематично на фиг.2 и служащий для сбора гамма-фотонов от источника 2 гамма-излучения. В другом варианте она может собирать гамма-фотоны с помощью отверстия 4 с кодирующей маской, как схематически показано на фиг.1.

Гамма-камера 1 имеет поле обзора 5, расположенное вокруг оси х1. В варианте без кодирующей маски эта гамма-камера 1 может формировать видеоизображение объектов, расположенных в ее поле обзора 5, и, следовательно, источника гамма-излучения 2. Такое изображение является монохромным (черно-белым).

Прибор для получения изображений может содержать также гамма-спектрометрический коллиматор 6, в котором установлен гамма-спектрометрический детектор 7. Гамма-спектрометрический коллиматор 6 выполнен из материала с большой плотностью, его плотность больше плотности стали. Например, этот материал может быть на основе свинца, и/или вольфрама, и/или меди. Коллиматор 6 прикреплен к гамма-камере 1.

Отверстие 6.1 гамма-спектрометрического коллиматора 6 обеспечивает поле обзора 8, которое входит в поле обзора 5 гамма-камеры 1 на определенном расстоянии d от гамма-камеры 1. Расстояние d составляет величину порядка одного метра.

Гамма-спектрометрический детектор 7 обращен к отверстию 6.1 гамма-спектрометрического коллиматора 6.

Поле обзора 8 коллиматора 6 гамма-спектрометра расположено вокруг оси х2. Желательно (для простоты), чтобы в предпочтительном варианте ось х2 поля обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6, по существу, была параллельна оси х1 поля обзора 5 гамма-камеры 1. Для обеспечения селективности предпочтительно, чтобы поле обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6 было меньше, чем поле обзора 5 гамма-камеры 1. Поле обзора 8 коллиматора 6 гамма-спектрометра может, например, составлять величину от одной десятой части до четверти поля обзора 5 гамма-камеры 1.

В предпочтительном варианте детектор 7 гамма-спектрометра является насколько это возможно компактным, так что прибор для получения изображений в соответствии с настоящим изобретением остается насколько это возможно компактным.

Детекторы гамма-спектрометра являются хорошо известными приборами, и они имеют активную часть, с которой взаимодействуют гамма-фотоны в ходе процесса детектирования. Эта активная часть может быть выполнена из сцинтиллирующих кристаллов, например таких, как иодид натрия, легированный титаном, или на основе полупроводников, например таких, как CdZnTe. Обычно весьма удовлетворительные результаты дает использование компактных гамма-спектрометрических детекторов на основе CdZnTe. Гамма-спектрометрический детектор подключен к средству обработки (не показан) сигналов, вырабатываемых гамма-спектрометрическим детектором.

Прибор для получения гамма-изображений в соответствии с настоящим изобретением содержит также лазерный указатель 9. Этот лазерный указатель 9 расположен вблизи гамма-спектрометрического детектора 7. Он соединен с гамма-спектрометрическим коллиматором 6. Он может быть расположен внутри гамма-спектрометрического коллиматора 6 или снаружи.

Лазерный указатель 9 может быть прикреплен непосредственно к гамма-камере 1. В одном варианте он может быть прикреплен к гамма-спектрометрическому коллиматору 6.

Когда в гамма-спектрометрический коллиматор 6 помещен лазерный указатель 9, то коллиматор содержит второе отверстие 6.2, обращенное к лазерному указателю 9. Лазерный указатель 9 имеет линию визирования х3, которая должна быть параллельна оси х2 поля обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6. Для оптимальной работы прибора для получения гамма-изображений в соответствии с настоящим изобретением требуется близость характеристик гамма-спектрометрического детектора 7 и лазерного указателя 9, а также параллельность линии визирования х3 и оси х2 поля обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6.

Следовательно, на заданном расстоянии d' от лазерного указателя 9 линия визирования х3 лазерного указателя 9 пересекает поле обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6. Это расстояние d' может отличаться от расстояния d. Расстояние d' обычно больше одного метра. В этом случае линия визирования х3 лазерного указателя 9 также пересекает поле обзора 5 гамма-камеры 1.

В приборе для получения изображений в соответствии с настоящим изобретением возможно также, чтобы средства 1,10 детектирования были способны охватывать зону 12, отмеченную лазерным указателем 9. Длина волны лазерного указателя 9 совместима с указанными средствами 1, 10 детектирования. Эти средства 1, 10 детектирования могут быть выполнены в виде самой гамма-камеры 1. Выше показано, что некоторые гамма-камеры работают так, что создают видимые или почти видимые изображения. Изображения, полученные этими камерами, являются черно-белыми, но это не создает каких-либо проблем.

В другом варианте средства 1, 10 детектирования могут быть выполнены в виде дополнительной камеры 10 видимого или почти видимого спектра (например, инфракрасной камеры). Эта дополнительная камера 10 имеет поле обзора 11, расположенное вокруг оси х4. Дополнительная камера 10 прикреплена к гамма-камере 1 таким образом, что их поля обзора 5, 11 находятся вблизи одно от другого. Дополнительная камера 10 показана на фиг.2 вблизи гамма-спектрометрического коллиматора 6. Желательно, чтобы длина волны лазерного указателя 9 находилась бы в видимой или почти видимой области спектра. Снова обратим внимание на то, что гамма-камеры с кодирующей маской не могут создавать видеоизображение, и в этом случае дополнительная камера 10 становится камерой, создающей такое изображение.

Лазерный указатель 9 будет показывать зону 12 источника 2 излучения. Эта зона 12 будет выявляться с помощью средств 1, 10 детектирования, другими словами, гамма-камерой 1 и/или дополнительной камерой 10, благодаря расположению в их соответствующих полях обзора 5, 11. Если гамма-камера 1 выявляет зону 12, на которую направлен лазерный указатель 9, то совершенно ясно, что линия визирования х3 лазерного указателя 9 пересекает поле обзора 5 гамма-камеры 1. В этом случае изображение зоны 12, полученное гамма-камерой, является не цветным изображением, а скорее черно-белым. Это обстоятельство не создает каких-либо проблем, поскольку яркость, даваемая лазерным указателем 9, дает возможность однозначно выявить зону 12. Когда дополнительная камера 10 выявляет зону 12, на которую направлен лазерный указатель 9, тогда линия визирования х3 должна пересекать поле обзора 11 дополнительной камеры 10.

В одном варианте конструкции, наиболее легко реализуемом, оси х1, х2, х4 полей обзора 5, 8, 11 гамма-камеры 1, гамма-спектрометрического коллиматора 6 и дополнительной камеры 10 (если она имеется) параллельны друг другу и параллельны линии визирования х3 лазерного указателя 9. Эта конструкция показана на фиг.1 и 2.

Теперь будет описан способ использования прибора для получения гамма-изображения в соответствии с настоящим изобретением.

Положение источника гамма-излучения 2 определяют с помощью гамма-камеры 1. Прибор для получения изображения ориентируют так, чтобы лазерный указатель 9 был направлен на зону 12, в которой расположен источник гамма-излучения 2 или часть источника гамма-излучения в случае протяженного источника.

Проверяют правильность ориентации лазерного указателя 9 путем наблюдения зоны 12, на которую направлен лазерный указатель, используя средства 1, 10 детектирования.

Если имеет место близость характеристик лазерного указателя 9 и гамма-спектрометрического коллиматора 6 и параллельность их осей х2, х3, тогда источник гамма-излучения 2 или часть этого источника располагается в поле обзора 8 гамма-спектрометрического коллиматора 6.

На следующем этапе используют гамма-спектрометрический детектор 7 для получения энергетического спектра гамма-излучения, испускаемого источником гамма-излучения 2, который определен, как указано выше. Гамма-спектрометрический детектор 7 формирует на выходе импульсный ток, амплитуда которого пропорциональна поглощенной энергии, другими словами, энергии гамма-фотонов, которые приходят от источника излучения. В средствах обработки типа многоканального анализатора эти импульсы обрабатываются в виде зависимости от их амплитуды. Результатом является энергетический спектр с фотоэлектрическими пиками в виде ряда импульсов, представляющих функцию от энергии гамма-излучения.

В соответствии с общими принципами спектрометрии анализ полученных фотоэлектрических пиков в спектре дает возможность идентифицировать основные радиоактивные элементы, которые испускают гамма-фотоны и ответственны за излучение.

Лазерный указатель 9 создает связь между пространственной информацией, другими словами, расположением зоны источника гамма-излучения, который должен быть определен по местоположению и идентифицирован, и спектральной информацией, или энергетическим спектром гамма-излучения, испускаемого источником. Этот лазерный указатель может задавать направление смещения прибора для получения гамма-изображений, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, и гарантирует, что гамма-спектрометрический коллиматор правильно «видит» источник гамма-излучения 2, выявленный гамма-камерой.

Гамма-изображение также обеспечивает информацию о протяженности источника гамма-излучения, эта информация может быть использована в ходе анализа энергетического спектра, особенно когда требуется вычислить активность источника.

Объединение в одном приборе получения гамма-изображения и гамма-спектрометрии имеет два преимущества. Во-первых, с помощью гамма-изображений выявляют наиболее сильные источники излучения в окружающей среде, которые желательно охарактеризовать с помощью гамма-спектрометрии. Во-вторых, из гамма-изображений получают информацию о протяженности зоны излучения, которая может учитываться при интерпретации измерений, полученных путем гамма-спектрометрии, особенно когда необходимо оценить активность источника излучения на основе измеренного энергетического спектра. При выполнении таких оценок делают предположение о пространственном распределении источника излучения на основании информации, полученной из гамма-изображения.

Хотя выше подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, понятно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения.

Предложенная группа изобретений относится к приборам для регистрации и обработки гамма-излучения. Данные изобретения позволяют одновременно количественно определять дозу радиации в пространстве и количественно оценивать радиоактивные элементы с измерением их спектров, с обеспечением точного наложения результатов соответствующих измерений друг на друга. Прибор для получения гамма-изображения содержит гамма-камеру с полем обзора, гамма-спектрометрический детектор, коллимированный с коллиматором, имеющим поле обзора, расположенное вокруг оси и входящее в поле обзора гамма-камеры на заданном расстоянии от нее; лазерный указатель с линией визирования, при этом указанный лазерный указатель расположен вблизи гамма-спектрометрического коллиматора так, что линия визирования параллельна оси поля обзора коллиматора и пересекает поле обзора коллиматора; средства детектирования зоны, на которую направлен лазерный указатель, при этом гамма-камера представляет собой камеру с точечной диафрагмой или камеру с кодирующей маской. Указанное устройство реализует соответствующий способ получения гамма-изображения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Прибор для получения гамма-изображения, содержащий гамма-камеру (1) с полем обзора (5), отличающийся тем, что содержит гамма-спектрометрический детектор (7), коллимированный с коллиматором (6), имеющим поле обзора (8), расположенное вокруг оси (х2) и входящее в поле обзора (5) гамма-камеры (1) на заданном расстоянии (d) от нее; лазерный указатель (9) с линией визирования (х3), при этом указанный лазерный указатель (9) расположен вблизи гамма-спектрометрического коллиматора (6) так, что линия визирования (х3) параллельна оси (х2) поля обзора (8) коллиматора (6) и пересекает поле обзора (8) коллиматора (6); средства (1, 10) детектирования зоны (12), на которую направлен лазерный указатель (9), при этом гамма-камера (1) представляет собой камеру с точечной диафрагмой или камеру с кодирующей маской.

2. Прибор по п.1, в котором лазерный указатель (9) прикреплен к гамма-спектрометрическому коллиматору (6).

3. Прибор по п.1, в котором лазерный указатель (9) размещен в гамма-спектрометрическом коллиматоре (6).

4. Прибор по п.1, в котором лазерный указатель (9) излучает в видимом или близком к видимому диапазонах.

5. Прибор по п.1, в котором средства детектирования зоны (12), на которую направлен лазерный указатель (9), образованы гамма-камерой (1).

6. Прибор по п.1, в котором средства детектирования зоны (12), на которую направлен лазерный указатель (9), образованы дополнительной камерой (10), при этом лазерный указатель (9) испускает излучение, к которому чувствительна дополнительная камера (10).

7. Прибор по п.6, в котором дополнительная камера (10) имеет поле обзора (11), аналогичное полю обзора (5) гамма-камеры (1).

8. Прибор по п.1, в котором поле обзора (8) коллиматора перекрывает от примерно одной десятой части до четверти поля обзора (5) гамма-камеры (1).

9. Прибор по п.1, в котором поле обзора (5) гамма-камеры (1) расположено вокруг оси (х1), которая, по существу, параллельна оси (х2) поля обзора (8) гамма-спектрометрического коллиматора (6) и линии визирования (х3) лазерного указателя (9).

10. Прибор по п.7, в котором поле обзора (11) дополнительной камеры (10) расположено вокруг оси (х4), которая, по существу, параллельна оси (х2) поля обзора (8) гамма-спектрометрического коллиматора (6) и линии визирования (х3) лазерного указателя (9).

11. Прибор по п.1, в котором коллиматор (6) выполнен из материала с плотностью, большей плотности стали.

12. Прибор по п.1, в котором гамма-спектрометрический детектор (7) является насколько возможно компактным.

13. Прибор по п.1, в котором расстояние (d) составляет порядка 1 м.

14. Способ использования прибора отображения гамма-излучения по п.1, характеризующийся тем, что содержит этапы, на которых определяют местонахождение источника гамма-излучения (2) с помощью гамма-камеры (1), при этом указанный источник испускает гамма-излучение в некотором энергетическом спектре; ориентируют прибор для получения изображения таким образом, что лазерный указатель (9) направлен на зону (12), соответствующую расположению источника гамма-излучения (2) или части источника гамма-излучения; проверяют правильность ориентации с помощью средств (1, 10) детектирования путем фотографирования зоны (12), на которую направлен лазерный указатель (9); получают энергетический спектр гамма-излучения, испущенного указанным источником гамма-излучения (2), с использованием гамма-спектрометрического детектора (7).