ЭКРАН-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 2014 года по МПК G01T1/20 G01N23/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиографическими методами и может быть использовано в устройствах для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, на железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, а также в научных исследованиях.

Известен экран-преобразователь, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, выполненный в виде, по крайней мере, одной микроканальной пластины, содержащей матричные каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, причем оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины. Патент Российской Федерации №2391649, МПК: G01/N 23/222, 2010. Аналог.

Недостатком аналога является зависимость пространственного разрешения и контрастности экрана-преобразователя от энергии излучения и их ухудшение при увеличении длины экрана.

Известен экран-преобразователь, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса, или пирамиды, или цилиндра, или призмы, в котором каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, составленных из отрезков волокон, соединенных последовательно или параллельно, и сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, каналы скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды. Патент Российской Федерации №2290667, МПК: G01T 1/20, G01N 23/02,2006. Прототип.

Недостатком прототипа является зависимость пространственного разрешения и контрастности экрана-преобразователя от энергии излучения и их ухудшение при увеличении длины экрана.

Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения экрана-преобразователя до сотен микрометров, уменьшение вклада в сцинтилляционный сигнал рассеянного излучения и увеличение контраста радиографического изображения, а также получение изображений одновременно в различных участках спектра излучения, падающего на экран-преобразователь.

Технический результат достигается тем, что в экране-преобразователе, в котором каналы транспортировки излучения скомпонованы в пакет, выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, соединенных последовательно или параллельно и сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, указанные каналы транспортировки сгруппированы в однокоординатные сцинтилляционные детекторы, последовательно расположенные в направлении распространения просвечивающего излучения, перекрывая частично или полностью сечение просвечивающего пучка

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-5.

На фиг.1 схематически представлено устройство круглого экрана-преобразователя, где 1 - направление падающего на экран излучения, 2 - сцинтилляционный однокоординатный детектор, 3 - сцинтилляторы, входящие в состав сцинтилляционного однокоординатного детектора, составленные из отрезков сцинтиллирующих волокон и покрытые светоотражающим материалом, 4 - оптические волокна, служащие для транспортировки сцинтилляционного сигнала к фотоприемному устройству.

На фиг.2 представлен вид со стороны источника излучения экрана-преобразователя, состоящего из кольцевых однокоординатных детекторов с волокнами, сечение которых имеет форму кольцевых секторов, где 2 -сцинтилляционный однокоординатный детектор, 3 - волокна, входящие в состав сцинтилляционного однокоординатного детектора.

На фиг.3 представлен вид со стороны источника излучения экрана-преобразователя, состоящего из кольцевых однокоординатных детекторов с волокнами, сечение которых имеет форму окружности, где 2 - сцинтилляционный однокоординатный детектор, 3 - волокна, входящие в состав сцинтилляционного однокоординатного детектора.

На фиг.4 представлен экран-преобразователь, состоящий из однокоординатных детекторов с волокнами, сечение которых имеет форму прямоугольника (в частном случае квадрата), слева - вид со стороны источника излучения, справа - вид сбоку, где 2 - сцинтилляционный однокоординатный детектор, 3 - волокна, входящие в состав сцинтилляционного однокоординатного детектора, 5 - позиционно-чувствительные фотоприемные устройства на боковой поверхности однокоординатных детекторов.

На фиг.5 в качестве примера реализации представлена блок-схема одного из вариантов устройства для регистрации радиографического изображения, где 6 - экран-преобразователь в виде набора пространственно разнесенных и последовательно расположенных однокоординатных сцинтилляционных детекторов в направлении распространения просвечивающего излучения, однокоординатные сцинтилляционные детекторы составлены из отрезков волокон, соединенных последовательно, причем пространственное разрешение каждого волокна определено его сечением, 7 - волоконно-оптический кабель, 8 - анализатор оптического спектра, например оптическая призма, 9 - один или несколько оптических объективов, переносящих изображения, полученные в различных участках оптического спектра, на одно или несколько фотоприемных устройств, 10 - фотоприемные устройства (ПЗС-матрицы или фотоприемник на основе пластин аморфного кремния), 11 - электрический кабель, 12 - устройство управления работой регистратора и обработки радиографического изображения (персональный компьютер), 13 - устройство визуализации изображения (монитор).

Сцинтилляционные однокоординатные детекторы 2 расположены вдоль направления распространения излучения 1, прошедшего через исследуемый объект. Это излучение 1 вызывает сцинтилляционные вспышки в отдельных сцинтилляторах 3. В зависимости от типа сцинтиллятора 3, в котором произошло взаимодействие, эта вспышка происходит в соответствующем участке оптического спектра. Свет от сцинтилляционной вспышки попадает на вход оптического волокна 4 и транспортируется по нему к анализатору спектра 8, в котором оптический спектр вышедшего из сцинтиллятора 3 излучения пространственно разлагается на составляющие.

Один или несколько оптических объективов 9 переносят свет в соответствующем оптическом диапазоне на элемент фотоприемного устройства 10, однозначно соответствующий сцинтиллятору 3, в котором произошла эта сцинтилляционная вспышка.

Когда нет возможности использовать сцинтилляционные детекторы из отрезков волокон, излучающих в различных участках оптического спектра, или требуется точное измерение спектра падающего излучения, измерение спектра производят по пространственному распределению оптического излучения, возникающего в волокнах, вдоль направления распространения излучения с помощью позиционно-чувствительных фотоприемников, располагаемых на боковой поверхности однокоординатных сцинтилляционных детекторов (Фиг.4).

Радиографическое изображение возникает в результате сцинтилляционных вспышек в различных сцинтилляторах 3 и накопления их сигнала в фотоприемном устройстве 10. По окончании накопления изображения или после импульса излучения изображение, накопленное в фотоприемном устройстве 10, считывают по электрическому кабелю 11 в компьютер 12, где обрабатывают и выводят на монитор 13.

Форма поверхности, перекрываемой экраном-преобразователем, определяется задачами дефектоскопии. При исследовании кольцевых структур эта форма может быть кольцевой.

Для того чтобы потери чувствительной поверхности на зазоры между волокнами были минимальны, сечения волокон имеют форму кольцевых секторов (фиг.2). Потери чувствительной поверхности на зазоры минимальны в случае, когда экран-преобразователь составлен из линейных однокоординатных детекторов, перекрывающих площадь в форме прямоугольника, с волокнами прямоугольного сечения (фиг.4).

Разбиение экрана-преобразователя на однокоординатные детекторы и разнесение их в пространстве приводит к тому, что доля заряженных частиц и частиц рассеянного излучения, которые попадают в один из элементов экрана-преобразователя, уменьшается по сравнению со сплошным экраном-преобразователем, скомпонованных в пакет в форме конуса, усеченной пирамиды или призмы. Эта доля определена телесным углом, под которым элемент виден из точки первоначального взаимодействия. В свою очередь телесный угол определен размером элемента и расстоянием до точки взаимодействия.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиографическими методами и может быть использовано в производственных и полевых условиях для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, на железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, а также в научных исследованиях. Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения экрана-преобразователя до десятков микрометров, не зависящего от длины экрана-преобразователя и энергии излучения, уменьшение вклада в сцинтилляционный сигнал рассеянного излучения и тем самым увеличение контраста радиографического изображения, и одновременно получение изображений в различных участках спектра. Технический результат достигается тем, что в экране-преобразователе однокоординатные сцинтилляционные детекторы последовательно расположены в направлении распространения просвечивающего излучения, перекрывая сечение просвечивающего пучка, выходы однокоординатных сцинтилляционных детекторов объединены на фотоприемном устройстве так, что повторяют форму перекрываемого сечения, соединены последовательно. 5 ил.

Экран-преобразователь, в котором каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, соединенных последовательно или параллельно и сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, каналы скомпонованы в пакет, отличающийся тем, что каналы сгруппированы в однокоординатные сцинтилляционные детекторы, последовательно расположенные в направлении распространения просвечивающего излучения, перекрывая частично или полностью сечение просвечивающего пучка.