Поликапиллярный коллиматор

Полезная модель относится к радиографическим приборам интроскопии, контроля и диагностики и может быть использована для решения задач промышленной интроскопии и томографии. Поликапиллярный коллиматор для преобразования рентгеновского излучения РИ, представляет собой набор трубчатых каналов - капилляров часть которых заполнена материалом В заявленном коллиматоре в качестве материала, заполняющего капилляр, использован плотный материал с высоким атомным номером, обеспечивающий сильное поглощение рентгеновского излучения, например, ртуть, свинец, вольфрам, золото. При этом каналы взаимно расположены таким образом, чтобы полый канал был полностью окружен заполненными каналами. Практическая реализация может быть выполнена в двух вариантах. В первом варианте все капилляры имеют равные диаметры. Во втором варианте заполненные поглощающим материалом капилляры имеют диаметр меньший, чем диаметр полых капилляров. Техническим результатом является расширение возможностей измерений за счет использования рентгеновского излучения высоких энергий. 1 з.п.ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к радиографическим приборам интроскопии, контроля и диагностики и может быть использована для решения задач промышленной интроскопии и томографии.

Известен аналог - радиационный интроскоп (патент РФ 2144662, опубликован 20.10.2000), в состав которого входит плоский источник рентгеновского излучения, матрица протяженных капилляров, расположенных параллельно с равными шагами поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий. Интроскоп позволяет получать изображение с использованием рентгеновского излучения (РИ) любой энергии. Недостаток аналога заключается в невозможности использовать подобную матрицу для получения изображения от точечного источника рентгеновского излучения (например, бетатрона), поскольку такая матрица поглощает кванты рентгеновского излучения, падающие не под прямым углом к матрице. Таким образом, возможности интроскопа ограничены типом геометрии используемого источника излучения.

Известен прототип - антирассеивающий рентгеновский растр (патент РФ 2171979, опубликован 10.08.2001) (поликапиллярный коллиматор), представляющий собой ячеистую структуру, содержащую множество трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение. Часть каналов может быть заполнена материалом с малым коэффициентом поглощения РИ, например, поливинилхлоридом. Недостаток прототипа заключается в высокой прозрачности стенок трубчатых каналов для жесткого рентгеновского излучения, а также малой поглощающей способности заполненных каналов, что приводит к невозможности использовать данный прототип для коллимации рентгеновского излучения высоких энергий (от сотен кэВ и выше).

Актуальность задачи состоит в обеспечении возможности применения коллиматора в широком диапазоне энергий РИ, в частности - в диапазоне энергий от сотен кэВ и выше, что позволяет рентгенографировать более плотные объекты.

Техническим результатом является расширение возможностей измерений за счет использования рентгеновского излучения высоких энергий.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного поликапиллярного коллиматора для преобразования рентгеновского излучения (РИ), представляющего собой набор трубчатых каналов - капилляров, часть которых заполнена материалом, в предложенном коллиматоре в качестве материала, заполняющего капилляр, использован материал с большой плотностью и высоким атомным номером, обеспечивающий сильное поглощение рентгеновского излучения, при этом каналы взаимно расположены таким образом, чтобы полый канал был полностью окружен заполненными каналами.

Кроме того, в коллиматоре площадь поперечного сечения полого канала может превышать площадь поперечного сечения заполненного канала для повышения эффективности пропускания коллиматора.

В отличие от прототипа, в котором материал, заполняющий трубчатые каналы, имеет малый коэффициент поглощения излучения и служит для уменьшения неконтролируемых деформаций в процессе изготовления коллиматора, в предложенном коллиматоре материал, заполняющий капилляры имеет иное назначение: капилляры выполнены из материала, прозрачного для рентгеновского излучения, а рентгеновские кванты, претерпевшие рассеяние, поглощаются в капиллярах, заполненных материалом, сильно поглощающим РИ.

Заполняющим материалом являются материалы с большой плотностью и высоким атомным номером, обеспечивающие сильное поглощение в области высоких энергий рентгеновского излучения.

На фиг.1 изображена схема формирования рентгеновского изображения.

На фиг.2 представлены два варианта (варианты а и б) конфигурации поликапиллярного коллиматора.

Физическая основа процессов, происходящих в коллиматоре, состоит в следующем. На Фиг.1 изображена схема формирования рентгеновского изображения: рентгеновские кванты (3), генерируемые источником излучения высоких энергий (1) (например, бетатроном (http://inri.tpu.ru)), падают на объект (2). Часть квантов проходит сквозь объект с рассеянием на небольшой угол (4) и далее проходит через полые капилляры (8) коллиматора (7) без падения на стенки капилляров, формируя рентгеновское изображение (6). Часть квантов поглощается в объекте, а рассеявшиеся кванты (5) попадают в капилляры, заполненные материалом с высокими плотностью и атомным номером (9) (например, ртуть, свинец, вольфрам, золото и др.), и не участвуют в формировании изображения. Таким образом, формируется мозаичное рентгеновское изображение в диапазоне энергий от сотен кэВ и выше.

На Фиг.2 представлены два варианта конфигурации поликапиллярного коллиматора: с капиллярами полыми (8) и заполненными (9) равных диаметров (вариант а) и с капиллярами, различающимися по диаметру:

диаметр полых капилляров (8) больше, чем заполненных (9) (вариант б). Заполненные капилляры окружают полые (вариант а), создавая таким образом подобие стенок, в которых происходит поглощение рассеянного рентгеновского излучения высоких энергий. Вариант (б) отличается большей площадью пропускания рентгеновского излучения, что повышает эффективность пропускания и приводит в конечном итоге к уменьшению требуемого времени экспозиции. Форма, размеры, взаимное расположение и количество полых и заполненных капилляров выбираются на основании расчета по оптимизации системы.

Расчеты, проведенные методом Монте-Карло, показали эффективность заявляемого поликапиллярного коллиматора для тормозного излучения с граничной энергией 7,5 МэВ

1. Поликапиллярный коллиматор для преобразования рентгеновского излучения, представляющий собой набор капилляров, каждый из которых окружен материалом с большой плотностью и высоким атомным номером, обеспечивающим сильное поглощение рентгеновского излучения, отличающийся тем, что набор капилляров выполнен в виде отдельных трубчатых каналов со стенками, прозрачными для рентгеновского излучения, часть трубчатых каналов заполнена материалом с большой плотностью и высоким атомным номером, при этом трубчатые каналы взаимно расположены таким образом, чтобы полый канал был полностью окружен заполненными каналами.

2. Поликапиллярный коллиматор по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения полого трубчатого канала превышает площадь поперечного сечения заполненного канала.