Устройство для малоугловой топографии (варианты)

 

Изобретение относится к устройствам для рентгеновской типографии объекта и может быть использовано для определения структуры сложного неоднородного объекта контроля и идентификации веществ, его составляющих. Устройство содержит источник проникающего излучения и коллиматор, формирующий поток падающего на объект излучения в виде узких, малорасходящихся пучков. Расположенный за объектом контроля пространственный фильтр выделяет из потока, прошедшего через объект, излучение, рассеянное объектом на малые углы, которые регистрируются детектором. На основе информации о малоугловом рассеянии строится изображение объекта. При формировании потока излучения, падающего на объект, коллиматор освещают только отдельную его полосу, поэтому для получения полной проекции объекта устройство снабжено средством перемещения объекта относительно падающего на него излучения. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к классу приборов для получения изображения внутренней структуры непрозрачного для видимого света объекта с помощью малоуглового рассеяния рентгеновского или нейтронного излучения. К таким объектам относятся предметы, выполненные из металлов, керамики, стекла, пластиков, а также биологические объекты.

Известные устройства для получения изображения внутренней структуры объекта, как правило, основаны на принципе регистрации распределения интенсивности прошедшего через объект излучения (US, 4651002, G 01 T /161, 17.03.87; US, 4549307, G 03 B 41/16, 22.10.85). Различия в интенсивности в этом случае являются следствием неодинакового поглощения излучения различными частями объекта - это традиционная рентгенография поглощения. Для рентгенографии поглощения рассеянное излучение является паразитным явлением, создающим фон, ухудшающим контрастность изображения и снижающим соотношение сигнал-шум. Большая часть рассеянного излучения, являющаяся некогерентным (комптоновским) рассеянием, не несет информации о структуре объекта, поскольку некогерентное рассеяние распределено статистически равномерно во всем диапазоне углов 4 4π. Для борьбы с рассеянным излучением было предложено регистрировать его отдельно и вычитать интенсивность рассеянного излучения как фон из суммарного сигнала, полученного при просвечивании объекта (патент US, 4651002). Поскольку картина рассеяния в этом случае измеряется интегрально, авторы не заботятся о точной юстировке взаимного положения коллимационной решетки и решетки фильтра. В связи с этим фильтр выполнен как подвижный элемент, и рассеянное излучение регистрируется при углах, соответствующих комптоновскому рассеянию.

В другом патенте (US, 4549307) предложено использовать заслонки, формирующие на изображении объекта участки, в которых регистрируется только фон, то есть только рассеянное излучение. Уровень фона определяется апроксимацией и вычитается из суммарного сигнала поглощения для получения более контрастного изображения, свободного от фона распределения интенсивности излучения, прошедшего через объект (без рассеяния).

Как уже упоминалось, в основе описанных выше устройств заложен принцип получения изображения внутренней структуры объекта по распределению интенсивности прошедшего через объект излучения, зависящему от распределения поглощающих свойств объекта. Очевидно, если объект будет содержать вещества, малоразличающиеся по поглощающей способности, то на получаемом изображении участки объекта, содержащие такие вещества, практически не будут отличаться по интенсивности, то есть в результате не удастся получить изображение с требуемым контрастом. Для получения структуры объекта в подобных случаях по всей видимости требуется другой подход, основанный на принципах, отличающихся от рентгенографии поглощения, то есть на другом типе взаимодействия проникающего излучения с веществом.

В патенте GB, 2299251, G 01 N 23/207, 1996 предложен способ идентификации кристаллических и поликристаллических веществ, основанный на регистрации Брэгговского отражения от кристаллической структуры объекта. Распределение энергетического спектра полихроматического излучения, отраженного под определенным углом от кристаллической структуры вещества, является характерным для этого вещества и позволяет его идентифицировать при использовании имеющейся базы данных. Коллиматор предложенного устройства выполнен таким образом, что позволяет регистрировать энергетический спектр для каждой отдельной точки объекта, через которую проходит излучение. Этот метод предложен для обнаружения взрывчатых веществ при контроле багажа. Однако его применение ограничено детектированием объектов, имеющих кристаллическую и поликристаллическую структуру.

В работах (SU, 1402871, G 01 N 23/06, 1987; RU, 2012872, G 01 N 23/02, 1994) описаны устройства для визуализации внутренней структуры объекта, в которых используется эффект преломления рентгеновских лучей на границах областей объекта с различной электронной плотностью, что приводит к отклонению лучей на границах таких областей на углы до трех секунд. В этих работах использовались монокристаллы для коллимации падающего на объект излучения и для фильтрации отклоненного в результате преломления излучения.

Недостаток этого метода и устройств на его основе заключается в малой светосиле. Это обусловлено тем, что монокристалл отражает падающее на него излучение по заказу Брэгга. Излучение каждой длины волны отражается под определенным углом в интервале расходимости, равном угловому интервалу отражения Брэгга, которое составляет порядка 10 угловых секунд. Это означает, что из всего излучения, производимого источником, для просвечивания объекта используется менее чем 10^-5 его энергии. Отмеченные недостатки удается избежать при использовании устройства (WO 96/17240, G 01 N 23/04, 1996), в котором вместо монокристаллов используются апертурные решетки. Первая решетка, расположенная перед объектом, выполняет роль коллиматора, формирующего падающий на объект поток в виде узких, малорасходящихся пучков. Вторая решетка расположена между объектом и детектором и играет роль фильтра рассеянного излучения. Для обеспечения высокой чувствительности устройства к локальным изменениям преломляющих свойств исследуемого объекта непрозрачные участки решетки коллиматора необходимо делать не более 0,05-0,1 мм шириной. Указанные решетки следует взаимно располагать так, чтобы поток проникающего излучения в отсутствии исследуемого объекта не попадал на детектор. Поскольку объект располагается неподвижно относительно устройства, то расположение и размеры просвечиваемых областей объекта будут определяться частотой расположения детектирующих лучей. Кроме того, размеры коллимационной решетки должны быть таковы, чтобы перекрывать весь объект целиком. Отмеченные выше особенности использования решеток увеличивают стоимость указанного устройства и усложняют его юстировку.

В связи с этим задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для получения внутренней структуры (топографической проекции) объекта более дешевого в изготовлении, простого в эксплуатации и обеспечивающего улучшенное качество изображения.

Для лучшего понимания существа предлагаемого изобретения необходимо иметь в виду, что оно направлено на получение топограммы, представляющей собой картину распределения интенсивности малоуглового когерентного рассеяния излучения. Это распределение ставит в соответствие каждой точке изображения объекта на детекторе дифракционные свойства материала той части объекта, через которую прошел пучок излучения. Изображение в рентгенографии малоуглового рассеяния несет информацию о молекулярной структуре материалов, составляющих объект.

Каждое индивидуальное вещество имеет свою уникальную кривую рассеяния, то есть для каждого вещества можно измерить интенсивность малоуглового рассеяния в нескольких точках по углу I_i= I(Θ_i) и построить апроксимированную кривую рассеяния. Чем больше детекторов, то есть чем под большим числом углов измеряется интенсивность рассеянного излучения, тем выше точность апроксимации кривой. Кривые рассеяния для интересующих веществ можно ввести в базу данных. Сравнивая полученную апроксимированную кривую рассеяния с кривыми, имеющимися в базе данных, можно идентифицировать вещество. В реальной ситуации измеренные данные всегда представляют собой суперпозицию нескольких кривых рассеяния от различных областей объекта, через которые проходит пучок излучения, что затрудняет анализ.

Описанные принципы могут быть осуществлены при создании различных вариантов устройств. Первым вариантом устройства, в котором решается поставленная в изобретении задача, является устройство для малоугловой топографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких малорасходящихся пучков, расположенный за объектом пространственный фильтр и позиционно-чувствительный детектор. Коллиматор выполнен в виде регулярной периодической структуры, представляющей собой прозрачные для излучения участки в виде щелей или каналов и чередующиеся с ними непрозрачные участки. Формируемые лучи перекрывают отдельную полосу в проекции объекта. Пространственный фильтр представляет собой подобную коллиматору регулярную периодическую структуру, в которой участки, соответствующие прозрачным участкам коллиматора, выполнены из непрозрачного для проникающего излучения материала так, что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные участки коллиматора. При этом размеры каналов (или щелей) и период структуры коллиматора, а также размеры прозрачных участков пространственного фильтра должны обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе только малоуглового рассеянного излучения. Устройство также оснащено средством перемещения объекта относительно потока проникающего излучения для получения полной проекции объекта на детекторе.

В качестве источника может быть использован любой выпускаемый промышленностью источник рентгеновского излучения, обеспечивающий необходимую для просвечивания образца жесткость и интенсивность излучения. Размеры фокусного пятна источника излучения зависят от используемой в данной установке системы коллиматор - пространственный фильтр. Элементы коллиматор - пространственный фильтр являются взаимосвязанными и определяют все рабочие параметры установки.

Коллиматор - устройство, которое формирует узкие слаборасходящиеся пучки, просвечивающие образец. Оно представляет собой регулярную периодическую структуру, состоящую из непрозрачных для излучения областей и прозрачных каналов. Форма и расположение каналов могут быть различными: например щели, круглые отверстия, расположенные в гексагональной упаковке и т.д., что определяется характером объектов, исследуемых в данной установке. Общими требованиями, предъявляемыми к коллиматорам, являются следующие: во-первых, линии поверхностей, образующих прозрачные каналы, должны сходиться на фокусном пятне источника с целью увеличения энергоотдачи установки, при это излучение в различные каналы коллиматора может попадать из разных областей фокусного пятна источника (использование мощных широкофокусных источников излучения); во-вторых, коллиматор должен формировать световые лучи шириной и расходимостью γ такой, чтобы иметь возможность регистрировать рассеянное в малоугловом диапазоне излучение для того, чтобы любой рассеянный объектом под малым углом α луч первичного пучка выходил за границы первичного пучка в зоне регистрации; в-третьих, период структуры коллиматора должен быть такой, чтобы соседние лучи не перекрывались друг с другом в плоскости детектора и позволяли регистрировать малые углы вплоть до угла β(α и β- углы, определяющие регистрируемый малоугловой диапазон: α может быть 5 угловых секунд и больше, β - до 1 градуса).

Для выполнения этих требований вход и выход коллиматора должны быть разнесены на расстояние, значительно превышающее поперечные размеры коллиматора. Конструктивно щелевой коллиматор может быть выполнен в виде чередующихся непрозрачных для излучения пластин и зазоров между ними или в виде двух диафрагм - с одной или несколькими щелями на входе и многощелевой на выходе, съюстированных должным образом. Аналогично коллиматор, имеющий прозрачные для излучения каналы с круглой апертурой, может быть выполнен конструктивно в виде капиллярного жгута или двух диафрагм: входной диафрагмы с одним или несколькими отверстиями и выходной - с многими отверстиями.

Для формирования пучков микронной и субмикронной толщины с угловой расходимостью несколько угловых минут возможно использование бесщелевого коллиматора. Принцип работы такого коллиматора основан на эффекте прохождения рентгеновских лучей по границе раздела двух плоских полированных поверхностей пластин при многократном полном внешнем отражении (п.в.о.). Такие коллиматоры обладают высокой светосилой и позволяют получать пучки шириной 1-2 мкм.

Конструктивно бесщелевой коллиматор представляет собой металлические или стеклянные пластины с полированной поверхностью, сложенные стопкой без зазоров и сжатые со значительным давлением. Длина пластин в направлении распространения рентгеновских лучей должна обеспечивать полное поглощение части пучка, не проходящей по границе раздела пластин (рабочей плоскости).

Для идеальных плоских и гладких пластин эффективная ширина канала, по которому распространяются рентгеновские лучи в бесщелевом коллиматоре, определяется глубиной проникновения излучения в среду при п.в.о., составляющей величину от десятков до сотен ангстрем. На практике эта величина зависит от качества полировки и плоскостности пластин и от условий их сжатия. Расходимость пучка 2γ, прошедшего через бесщелевой коллиматор, равна апертурному углу входа коллиматора 2δ, но не может превышать удвоенной величины критического угла п.в.о. 2Θ. Апертурный угол входа определяется как 2δ = f/D, где f - размер фокуса рентгеновской трубки в направлении, перпендикулярном рабочей плоскости коллиматора; D - расстояние от фокуса трубки до входа коллиматора.

Для получения сверхузких (расходимостью менее девяти угловых секунд) рентгеновских пучков высокой интенсивности может быть использован модифицированный бесщелевой коллиматор. Он также состоит из стопки прижатых друг к другу пластин с полированными поверхностями, однако на отражающих полированных поверхностях сделаны неполированные полосы, перпендикулярные ходу рентгеновских лучей и находящиеся от входа и выхода устройства на расстоянии, достаточном для полного поглощения лучей на них. Уменьшение расходимости пучка рентгеновских лучей на выходе такого устройства объясняется тем, что, пройдя по входной границе полированных поверхностей путем многократного п.в. о. , лучи, идущие под большими углами, попадают на неполированные участки стенок и поглощаются на них, так как п.в.о. от неполированных поверхностей не происходит. Лучи же, идущие под малыми углами, достигают выходы коллимирующего устройства, не попадая на неполированные участки.

Пространственный фильтр малоуглового излучения является ответной регулярной периодической структурой для коллиматора, т.е. он устроен таким образом, что экранирует прямые лучи, сформированные коллиматором, и пропускает излучение, рассеянное в плоскости объекта под малыми углами в угловом диапазоне от α до β. Конструктивное выполнение пространственного фильтра должно соответствовать используемому коллиматору: для линейного коллиматора пространственный фильтр должен быть выполнен в виде линейного растра, для коллиматора с плотной упаковкой цилиндрических каналов - в виде растра с круглыми отверстиями и гексагональной ячейкой.

Коллиматор формирует лучи, высвечивающие отдельные области исследуемого объекта, поэтому для получения целостной картины внутренней структуры объекта необходимо обеспечить его перемещение поперек детектирующих лучей. Таким образом, средство перемещения объекта должно представлять собой устройство, обеспечивающее равномерное перемещение объекта поперек сканирующих лучей со скоростью, достаточной для получения необходимой экспозиции на детектирующем устройстве.

Детектирующее устройство представляет собой позиционно-чувствительный датчик рентгеновского излучения, позволяющий регистрировать информацию от всех лучей одновременно. Это может быть ПЗС-устройство, фотодиодная матрица, люминесцентный экран, рентгеновская фотопленка и т.д. Чувствительность детектора определяет требуемую мощность источника излучения и скорость сканирования образца.

Сигнал с позиционно-чувствительного детектора поступает в систему обработки информации, после чего на экран монитора выводится изображение объекта, полученное в малоугловом контрасте, затем происходит его сравнение с изображением, полученным в поглощательном контрасте. Для отдельных элементов объекта получают кривую малоуглового рассеяния и идентифицируют ее с имеющимся атласом кривых малоуглового рассеяния различных веществ с целью обнаружения заданного в программе вещества.

Поставленная задача решается еще в одном представленном варианте устройства для малоугловой топографии, содержащего источник проникающего излучения, щелевой коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких, малорасходящихся пучков, и расположенный за объектом регистрирующий пространственный фильтр. Такой пространственный фильтр выполнен из непрозрачных для излучения пластин в виде щелевого растра, в щелях которого размещены регистрирующие элементы. Толщина пластин выбирается таким образом, чтобы исключить влияние первичного излучения, рассеянного в материале детектора, на соседние регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами устанавливается из условия регистрации отдельным детектором излучения, попадающего на него под определенным углом. Размеры каждого регистрирующего элемента должны быть по крайней мере в два раза меньше проекции отдельного луча на плоскость регистрации. Каждый из детекторов соединен с системой обработки информации, позволяющей разделить рассеянное объектом излучение и излучение прямого пучка. Тогда на экране монитора возникают два изображения: одно изображение, соответствующее поглощательному контрасту объекта, другое - малоугловому.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами чертежей: на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 показано поперечное сечение одного веерного пучка, который получается в случае выполнения коллиматора из непрозрачного материала с прозрачными участками в виде прорезей; на фиг. 3 изображен коллиматор, представляющий собой блок из непрозрачного материала с прозрачными каналами, каналами, например, с отверстиями; на фиг. 4 показана схема расположения коллиматора и фильтра для веерных пучков; на фиг. 5 - схема устройства, в котором пространственный фильтр выполнен в виде щелевого коллиматора, в щелях которого размещены регистрирующие элементы; на фиг. 6 - схема устройства, в котором прошедшее через объект проникающее излучение преобразуется в световое; на фиг. 7 изображена общая схема установки для контроля багажа; на фиг. 8 - то же, что на фиг. 7, вид по стрелке В.

Как показано на фиг. 1, устройство для малоугловой топографии содержит источник 1 проникающего излучения, например рентгеновскую трубку, и диафрагму 2 с отверстием 3. Часть проникающего излучения 4 вырезается диафрагмой 2 и направляется на исследуемый объект 5. Между исследуемым объектом 5 и диафрагмой 2 расположен коллиматор 6, имеющий чередующиеся прозрачные 7 и непрозрачные 8 для проникающего излучения участки. На пути прошедшего через объект излучения 9 установлен пространственный фильтр 10, выполненный с прозрачными 11 и непрозрачными 12 участками. Задачей пространственного фильтра 10 является выделение рассеянного на малые углы когерентного излучения и поглощение прямого излучения и излучения, рассеянного на большие углы. Коллиматор и пространственный фильтр расположены так, что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные для излучения участки коллиматора, т.е. в отсутствии объекта детектор регистрирует фоновый сигнал интенсивности. При помещении объекта в установку рассеянное объектом под малыми углами излучение создает сигнал на детекторе.

Полученная на координатно-чувствительном детекторе 13 картина распределения рассеянного на малые углы излучения несет информацию о структуре объекта и определяется рассеивающей способностью веществ, содержащихся в объекте исследования. Поскольку каждое вещество имеет свою уникальную кривую малоуглового рассеяния, то данный метод позволяет идентифицировать вещество, находящееся в объекте, при сравнении с базой данных.

Как видно из фиг. 2, устройство может быть выполнено так, что коллиматор 6 освещает излучением в каждый заданный момент времени только часть (отдельную полосу) объекта 5. Для получения сведений о структуре всего объекта необходимо его просканировать в поле излучения. Сканировать можно либо путем перемещения оптических элементов устройства относительно объекта, либо путем перемещения самого объекта. Поскольку перемещение оптических элементов (коллиматора и фильтра) может сопровождаться их сдвигом относительно друг друга из-за вибраций, то лучше использовать перемещение самого объекта 5. Это перемещение можно осуществить, например, с помощью привода 14 (фиг. 1), качающего шарнирно закрепленный одним концом рычаг 15, связанный шарнирными тягами 16 и 17 соответственно с исследуемым объектом 5 и детектором 13.

Для соблюдения масштаба изображения структуры исследуемого объекта 5, получаемого на детекторе 13, желательно, чтобы синхронные перемещения объекта 5 и детектора 13 были пропорциональны расстоянию соответственно объекта и детектора до диафрагмы 2.

На фиг. 3 показана одна из возможных форм выполнения коллиматора и пространственного фильтра.

Коллиматор 6 выполнен в виде блока 18 из непрозрачного для проникающего излучения материала с прозрачными каналами 19. Оси каналов ориентированы по линиям 20, сходящимся в точке 21, совпадающей с фокусом источника или отверстием 3 диафрагмы 2 (фиг. 1).

Соответствующий данному коллиматору 6 пространственный фильтр 10 также представляет собой блок 22, только изготовленный из материала, прозрачного для проникающего излучения. Выполненные в блоке 22 каналы 23 заполнены непрозрачным для проникающего излучения материалом, например свинцом, вольфрамом, титаном, оловом и т. д. Оси каналов 23 тоже ориентированы по линиям 20, сходящимся в той же точке 21.

Описанные здесь блоки 18 и 22 соответственно коллиматора 6 и фильтра 10 могут быть изготовлены стереолитографическим способом. Для изготовления блока 18 коллиматора 6 берут пластину из полимера, являющегося материалом, прозрачным для проникающего излучения, и на ней выполняют наклонные выступы (каналы 19). Далее, все пространство пластины между выступами заполняют непрозрачным для проникающего излучения слоем материала, например порошком вольфрама.

При изготовлении блока 22 пространственного фильтра 10 в пластине из прозрачного для проникающего излучения полимера выполняют сквозные наклонные каналы 23, которые заполняют непрозрачным для проникающего излучения материалом, например вольфрамом или свинцом. Размеры каналов, в данном случае их диаметр и глубина, период структуры коллиматора (расстояние между каналами коллиматора), а также размеры прозрачных участков блока 22 (пространственного фильтра 10) должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе 13 только излучения, соответствующего малоугловому рассеянию исследуемого объекта 5 (фиг. 1).

Еще одна форма выполнения коллиматора и фильтра показана на фиг. 4. В этом варианте реализации изобретения коллиматор 6 выполнен из набора пластин 24, расположенных параллельно друг другу с зазорами 25 и изготовленных из материала, не прозрачного для проникающего излучения, в частности из вольфрама или свинца. Толщину пластин 24 выбирают из условия поглощения проникающего излучения материалом пластины. Длина пластины должна быть такой, чтобы она перекрывала в этом направлении всю проекцию исследуемого объекта.

Пространственный фильтр 10 также выполняется из набора пластин 26, изготовленных из непрозрачного для проникающего излучения материала, например вольфрама или свинца. Зазоры 27 между пластинами образуют прозрачные для излучения щели.

Толщина пластин 26 фильтра вдоль направления распространения излучения также выбирается из условия поглощения излучения. Длина пластины 26 должна перекрывать поле проекции объекта, а ширина должна быть достаточной для перекрытия прозрачного участка - зазора 25 коллиматора, т.е. все прозрачные участки для проникающего излучения, зазоры 25 коллиматора, должны быть перекрыты поглощающими пластинами 26 пространственного фильтра 10.

При выполнении коллиматора в виде набора пластин можно формировать поток излучения от источника с помощью диафрагмы 28, имеющей один или несколько прозрачных для излучения участков в виде щелей 29. Щели 29 диафрагмы должны быть параллельны зазорам 25 коллиматора и зазорам 27 фильтра. Наличие нескольких щелей в диафрагме 28 позволяет увеличить освещенность исследуемого объекта 5 и повысить скорость сканирования объекта.

На фиг. 5 представлен вариант устройства, изображенного на фиг. 4, отличающегося исполнением пространственного фильтра 10.

Пространственный фильтр 10 выполнен из набора пластин 30, не прозрачных для проникающего излучения, в зазорах между которыми располагаются линейки регистрирующих излучение детекторов 31. Толщина пластин 30 выбирается таким образом, чтобы исключить влияние первичного излучения, рассеянного в материале детектора 31, на соседние регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами выбираются из условия регистрации отдельным детектором излучения, попадающего на него под определенным углом. Тогда регистрация излучения, прошедшего через объект 5 без рассеяния и рассеянного объектом 5 излучения, будет происходить по двум независимым каналам 32 и 33. По каналу 32 регистрируется контраст, возникающий из-за различий коэффициентов поглощения материалов, составляющих объект 5, а по каналу 33 - малоугловой контраст. Полученная информация обрабатывается вычислительным устройством 34, и полученное изображение передается но монитор 35. В результате на экране монитора возникают два изображения внутренней структуры объекта, дополняющие друг друга, в прямом и рассеянном излучении.

Устройство для малоугловой топографии может иметь и другое выполнение, несколько отличное от представленного на фиг. 1.

Это устройство (фиг. 6) содержит источник 36 проникающего излучения и установленную на пути потока 37 излучения от источника диафрагму 38 с несколькими щелями 39, формирующими поток 40 излучения в направлении объекта 5. Между диафрагмой 38 и объектом 5 размещена диафрагма 41, формирующая множество узких малорасходящихся пучков в направлении исследуемого объекта. За объектом установлен пространственный фильтр 42 в виде набора параллельных пластин 43, зазоры между которыми образуют множество щелей 44. Особенность выполнения этих пластин состоит в том, что на поверхность каждой пластины нанесен люминофор. Пластины 43 фильтра 42 находятся в затененных областях потока 44 проникающего излучения, создаваемых диафрагмой 41, и имеющийся на поверхности пластин 43 люминофор преобразует рассеянное объектом 5 проникающее излучение в световое.

Световое излучение проходит через оптическую систему в виде вогнутого зеркала 45 и собирающей линзы 46 и регистрируется детектором 47, на котором можно наблюдать распределение интенсивности рассеянного объектом 5 излучения.

В итоге удается получить два изображения внутренней структуры исследуемого объекта - на детекторе 47 в рассеянном излучении и на детекторе 48 в прямом, прошедшем без рассеяния через исследуемый объект излучении. Это позволяет иметь более полную информацию о внутренней структуре исследуемого объекта.

На фиг. 7 и 8 показана возможность использования предложенного устройства в установке для контроля багажа.

С помощью транспортера 49 исследуемый объект 5 (фиг. 7) перемещается между источником 50 проникающего излучения (например, рентгеновской трубкой) и детектором 51. Рентгеновское излучение проходит через коллиматор 52, который формирует множество узких, малорасходящихся пучков рентгеновского излучения. Полученные пучки проходят через движущийся по транспортеру 49 исследуемый объект 5 и далее - через фильтр 53, задерживающий нерассеянную часть излучения. Рассеянное объектом на малые углы когерентное излучение попадает на детектор 51. В каждый момент времени детектор 51 регистрирует фрагмент изображения внутренней структуры объекта в виде отдельной полосы. Указанные фрагменты запоминаются вычислительным устройством 54, в которое одновременно поступает информация о перемещении исследуемого объекта. Вычислительное устройство 54 связано с выходом детектора 51 и приводом 55 транспортера 49. По двум полученным сигналам (фрагменту внутренней структуры объекта и координате его перемещения) вычислительное устройство синтезирует полное изображение внутренней структуры объекта и передает это изображение на видеомонитор 56.

На фиг. 8 показано взаимное расположение транспортера 49, источника излучения 50, коллиматора 52, пространственного фильтра 53, детектора 51 и исследуемого объекта 5.

В описанной установке для контроля багажа могут быть использованы различные схемы предлагаемого устройства для малоугловой топографии, показанные на фиг. 4, 5 или 6.

Формула изобретения

1. Устройство для малоугловой топографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких, малорасходящихся пучков, расположенный за объектом пространственный фильтр и позиционный чувствительный детектор, отличающееся тем, что коллиматор выполнен в виде регулярной периодической структуры, представляющей собой прозрачные для излучения участки в виде щелей или каналов и чередующиеся с ними непрозрачные и перекрывающей отдельную полосу в проекции объекта, а пространственный фильтр представляет собой подобную коллиматору регулярную периодическую структуру, в которой участки, соответствующие прозрачным участкам коллиматора, выполнены из непрозрачного для проницаемого излучения материала, так что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные участки коллиматора, при этом размеры каналов или щелей и период структуры коллиматора, а также размеры прозрачных участков пространственного фильтра должны обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе только малоуглового рассеянного излучения, при этом устройство оснащено средством перемещения объекта относительно потока проникающего излучения для получения полной проекции объекта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллиматор представляет собой непрозрачную для проникающего излучения пластину, в которой выполнены прозрачные каналы, оси которых ориентированы по линиям, сходящимся в фокусе источника излучения, а пространственный фильтр - прозрачную для излучения пластину, имеющую непрозрачные для излучения участки в виде стержней, перекрывающих прозрачные для проникающего излучения каналы.

3. Устройство по п.4, отличающееся тем, что коллиматор выполнен из набора пластин, зазоры между которыми образуют систему прозрачных для проникающего излучения щелей, плоскости которых пересекаются по линии, проходящей через фокус источника излучения.

4. Устройство для малоугловой топографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких, малорасходящихся пучков, расположенный за объектом пространственный фильтр и позиционный чувствительный детектор, отличающееся тем, что пространственный фильтр, отделяющий малоугловое рассеянное излучение от излучения прямого пучка, выполнен в виде щелевого растра, в щелях которого размещены регистрирующие элементы, каждый из которых соединен с системой обработки, позволяющей разделить рассеянное излучение и излучение прямого пучка, причем размеры каждого регистрирующего элемента по крайней мере в два раза меньше проекции отдельного пучка на плоскость регистрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.01.2003

Извещение опубликовано: 27.10.2004        БИ: 30/2004

---