Газоразрядный преобразователь рентгеновского изображения в видимое Советский патент 1991 года по МПК G01T1/20 H01J47/08 

Изобретение относится к устройствам полумения визуальной информации об объектах с помощью ионизирующих излучений и может быть использовано в медицинской рентгенодиагностике, а также в неразрушающем контроле качества материалов и изделий.

Цель изобретения - улучшение качества изображения за счет повышение отношения

сигнал-шум анализируемого изображения и повышения пространственной разрешающий способности.

На фиг. 1 представлен вариант конструктивного выполнения ГРП рентгеновского изображения в видимое, на фиг 2 - вариант конструктивного выполнения ГРП рентгеновского изображения в видимое для

работы с высокочастотными источниками излучения; на фиг. 3 - кривая зависимости выхода электронов от толщины сцинтилля- тора; на фиг. А - кривые зависимости изменения флюенса фотоэлектронов, норми- рованные на 1 мкр от концентрации добавок метана при различных напряженностях электрического поля.

Газоразрядный рентгеновский преобразователь ГРП изображения в видимое со- держит заполненный газом рабочий объем, ограниченный рамкой и двумя плоскопараллельными электродами, один из которых прозрачный для видимого света, последовательно нанесены слой сцинтиллятора и фо- токатод, нэ внутреннюю попер ,ность прозрачного электрода Нанесен слой низковольтного кптодолюминофорч а в качестве рабочего газа использован лгм кий инертный газ с добавкой многоатомного газа спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетовою излучения разряда. Для повышения срока службы фотокатод выполнен в виде пленки из золота, толщиной 2, нм. Сцинтиллятор выполнен в ви- де слоя КМдГ-з толщиной 20-100 мкм В качестве рабочего газа используется неон с добавкою метана в количестве 0,7-1,6%, а на снутреннюю поверхность электрода нанесен низковольтный катодолюминофор.

При таком исполнении слоев с газоразрядного преобразователя ГРП. комптонов- ские и фотоэлектроны которые образуются в результате взаимодействия рентгеновского излучения и сцинтиллятора, имеют значи тельно меньшую длину свободного пробега (плотность сцинтиллятора более чем в 100 раз превышает плотность газа в известном решении), а это не позволяет быстрым электронам уйти от оси первичного пучка Образованное комптоновским и фотоэлектронами световое изображение уже с меньшей геометрической нерезкостью, чем у известного преобразователя переносится на фотокатод, который формирует скрытое электронное изображение. Электроны, вышедшие из фотокатода, имеют тепловую энергию и не могут далеко уйти от оси пучка светового изображения. Таким образом. скрытое электронное изображение получи- ется сформированным вблизи плоскости фотокатода. Наличие оптимальной толщины кристалла позволяет уволочить эффективность поглощения рент еновского излучения. Оптимальная толщина опреде- лена как максимум выхода вторичных электронов, образовавшихся под действием рентгеновского излучения, из слоя сцинтиллятора и имеет кривую с максимальным значением в виде плата лежащего в пределах

от 20-100 мкм Наличие максимума объясняется следующим образом.

Число частиц на поверхности помоти- теля определяется заряженными частицами, приходящими только из заднего полупространства. С увеличением глубины к ним добавляются частицы, приходящие из переднего слоя поглотителя между поверхностью и рассматриваемой точкой, это приводит к возрастанию числа частиц. Одновременно в этом же слое идут процессы поглощения и рассеяния фотонов, что уменьшает число частиц. Таким образом, формирование числа частиц обусловлено двумя противоположно действующими фак- торами. До некоторой оптимальной глубины преобладает приход электронов, после этой глубины преобладает фактор ослабления пучка первичного излучения На этой равновесной глубине число частиц принимает максимальное значение

Для повышения срока службы фотокатода используется золотая пленка, которая слабо подвержена действию окислительно- восстановительной реакции

Для формирования видимого изображения на электроды ГРП подается высоковольтный импульс питания. При развитии электронно-фотонных лавин удельный выход резонансного излучения определяется напряженностью электрического поля между электродами ГРП и для неона в рабочем диапазоне напряженностей (Е 10 кВ/см, t- 20 кВ/см) составляет 120-110 фотонов на один свободный электрон в лавине.

срлюенс электронов, выходящих из фотокатода в газовый промежуток под действием вакцинного ультрафиолета ВУФ излучения разряда, может быть рассчитан. Добавки метана в количестве 0,7-1,6% (при Е - 10 кВ/см и Е - 20 кВ/см) практически полностью подавляют ВУФ излучение разряда и защищает фотокатод от образования фотоэлектронов под их действием, что за- шумляло бы анализируемое изображение.

При работе с высокочастотными источниками излучения для повышения предельной частоты работы преобразователя слой катодолюминофора электрически соединен с проводящим покрытием прозрачного электрода, конец которого подключен к фотокатоду, а сопротивление резистора выбрано из соотношения

Ro6.i

R Г

f -С

где RoG p -о объемное сопротивление

катодолюминофора: . () - проводимость I - толщина слоя,

S - площадь кагодолюминофора;

f -- частот а следовании импульсов излучения;

С - емкость катодолюминофора и прозрачного электрода.

Конструктивно ГРП рентгеновского изображения о видимое состоит из входного электрода 1 с нанесенным на него после- довательно слоя сцинтиллятора 2 и фотокатода 3, прозрачного электрода 4с нанесенным на него проводящим покрытием 5 и катодолюминофором 6 с рамкой 7 и газовым наполнением 8.

ГРП рентгеновского изображения в видимое для работы с высокочастотными ис- точмиками излучения отличается сопротивлением резистора 9. который подключается между окисной пленкой и фотокатодом.

На фиг. А позициями обозначены кри- вая 10 - напряженность электрического поля 10 кВ/см, кривая 11 - при напряженности электрического поля 20 кВ/см, кривая 12 -соответствует 1% выхода флюенса фотоэлектронов из фотокатода под действием сцинтиллятора без добавок многоатомного газа, при Е - 10 кВ/см.

Газоразрядный преобразователь рент- iCHODCKoro изображения в видимое,содержащий заполненный газом рабочий объем. ограниченный рамкой и двумя плоскопараллельными электродами, один из которых прозрачный для видимого света, последовательно нанесены слой сцинтиллятора и фотокатод, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен слой низковольтного катодолюминофора, а в качестве рабочего газа использован легкий инертный газ с добавкой многоатомного газа, спектр фотопоглощения которого перекрывает об- ласть ультрафиолетового излучения разряда, работает следующим образом.

Импульс рентгеновского излучения, прошедший чере объект контроля взаимодействует с кристаллом сцинтиллятора. в результате чего появляются комптоновские п фотоэлектроны, которые имеют малую длину свободного пробега, что не позволяет им уйти от оси первичного пучка на большое расстояние. Из крупных центров иониза- ц и и , образованных вдоль траектории движения электронов первичной ионизации; формируется световое изображение обьек- га контроля, которое переносится на фотокатод. Световое излучение, взаимодействуя с атомами фотокатода, Формирует скрытое электронное изображение. Энергия электронов, выходящих из фотокатода, порядка тепловой, поэтому они не могут далеко уйти от светового пучка. Наибольшая эффективность взаимодействия рентгеновского излучения со сцинтиллятором достигается благодаря оптимизации сцинтиллятора, полученной расчетным путем методом Монте-Карло, кривой объясняется двумя противоположно действующими факторами, приходом электронов из начальных и последующих слоев, а также факторов ослабления первичного пучка.

С точки зрения получения наибольшего тока фотоэлектронов толщину пленки фотокатода следует выбирать 2,5 нм.

Пленку толщиной 2.5 нм получить с достаточной однородностью и электрической непрерывностью довольно сложно, поэтому на практике толщину пленки выбирают не менее 5 нм. При использовании более толстой пленки уменьшается выход фотоэлектронов, что потребует увеличения падающего светового потока и, следовательно, тот же ток эмиссии будет получаться при большем выделении тепла в пленке.

Для преобразования скрытого электронного изображения, вышедшего из фотокатода, в видимое на электроды ГРП подается высоковольтный импульс напряжения питания, под действием которого развиваются электронно-фотонные лавины. Наличие катодолюминофора позволяет их регистрировать. Средняя энергия электронов о лавине для неона лежит выше пороговойграницырегистрациикзтодолюминофоря я добавки метана в количестве 0,7-1.6%. полученные расчетным путем, практически полностью исключают влияние ультрафиолетового излучения, образованного атомами, возбужденными резонансно Флюенс электронов, выходящих из фотокатода под действием ВУФ излучения разряда о зависимости от концентрации метана, расчитывался по известной формуле.

Концентрации добавок метана определены при флюенсе электронов выходящих из фотокатода на уровне 0.01 j , где J - флюенс электронов, выходящих из фотокатода под действием сцинтиллятора, опреде- лено в соответствии с известным соотношением.

После окончания импульса питания происходит отекание остаточных зарядов с катодолюминесцентного слоя. Для уменьшения времени стекания зарядов и тем самым повышения частоты работы преобразователя катодолюминофор через резистор электрически соединен с фотокатодом.

Таким образом, последовательное нанесение слоя сцинтиллятора и фотокатода на электрод, а также использование легкого

инертного газа с добапкой многоатомного газа, спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда и нанесенным на внутреннюю поверхность прозрачного электрода слоя низковольтного катодолю- минофора, позволяет получить более высо- ое качество изображения у предлагаемого устройства и повышает достоверность результатов контролл в 3-7 раз.

Формула изобретения 1. Газоразрядный преобразователь рентгеновского изображения в видимое, содержащий заполненный газом рабочий обь- ем, ограниченный рамкой и двумя плоскопараллельными электродами, один из которых прозрачный для видимого света, отличающийся тем что с целью улучшения качества получаемого изображения за счет повышения отношения сигнал/шум анализируемого изображения и повышения пространственной разрешающей способности преобразователя, на внутреннюю поверхность входного -электрода последовательно нанесены слой сцинтилля- тора и фотокаюл, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен слой низковольтного каюдолюминофора, а в качестве рабочего таза использован легкий инертный газ с добавкой многоатомного газа, спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового изл/че- ния разряда.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения срока

службы, фотокатод выполнен в виде пленки из золота толщиной 2,5-5 им, а сцинтилля- тор выполнен в виде споя КМдГч толщиной 20-100 им.

3.Преобразователь по п. 1. о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве рабочего газа

использован неон с добавкой многоатомного газа метана в количестве 0,7-1,6%.

А. Преобразователь по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью повышения

предельной частоты работы преобразователя, слой катодолюминофора электрически соединен с проводящим покрытием прозрачного электрода, а между фотокатодом и проводящим покрытием подключен резисторс сопротивлением

р з--Ь-с 06

где Rof p -Q объемное сопротивление катодолюминофора.

р- его проводимость;

I - толщина слоя.

S - площадь кагодолюминофора,

f - частота следования импульсов излу- чения,

С емкость кятодомоминофорэ и прозрачного электрода

Изобретение относится к устройствам получения визуальной информации об объектах с помощью ионизирующих излучений, а именно к газоразрядным преобразователям рентгеновского изображения в видимое. Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум изображения для улучшения качества получаемого изображения за счет улучшения пространственной разрешающей способности преобразователя Скрытое электронное изображение формируется входным электродом на внутреннюю поверхность которого последовательно нанесены слой сцинтиллятора, спектр люминесценции которого лежит в области вакуумного ультра- фиопетового (ВУФ) излучения, и фотокатод, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен низковольтный катодо- люминофор, а в качестве рабочего газа использован легкий инертный газ с добавкой многоатомного газа спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда Сцинтилллтор выполнен из материала КМдРз толщиной 20 - 100 мкм и с длиной волны, лежащей в ВУФ-области излучения, а фотокатод выполнен из золота которое стойко к окислительно-востановительной реакции Концентрация металла в количестве 0,7-1 6% позволяет устранить влияние ВУФ-излучения разряда на фотокатод, а ре- зистивное соединение катодолюмонофора и фотокатода позволяет повысить предельную частоту работы преобразователя Достоверность результатов контроля увеличивается в 3-7 раз. 3 з п ф-лы.4 ил сл с о со ел ел ю

j |

Фиг.1

1 2 J

ЫХН 2

Ш//)(//2///

I ll

/ с г

t t t t t t t

/ X X / / /

291SE91

ю« юд

/0s ю1

if

10

ю

/03

юг

10

1

о

Ю 15 20 Фиг. Ц

/

12

11

25 30

х,мм.рт.ст