Устройство формирования заданного спектра рентгеновского излучения

 

Изобретение относится к устройствам формирования спектра рентгеновского излучения при размещении фильтра рентгеновского излучения между источником излучения и детекторной системой. Применяется для получения изображения при просвечивании предметов, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов, рентгенодиагностики, рентгенографии, досмотровой техники. Технический результат заключается в возможности обработки информации о затухании рентгеновского излучения при прохождении через объект исследования рентгеновского излучения различных спектров. Сущность изобретения: устройство содержит рентгеновский излучатель в виде рентгеновской трубки, узел затухания, расположенный между рентгеновским излучателем и объектом исследования с возможностью вращения от двигателя и детектор рентгеновского излучения, расположенный за объектом исследования. Узел затухания выполнен в виде фильтра-обтюратора, состоящего из полого цилиндрического корпуса, выполненного из легкого материала. Фильтр-обтюратор установлен с возможностью вращения вокруг корпуса рентгеновского излучателя. На наружной поверхности корпуса обтюратора в области коллиматора рентгеновского излучателя закреплены кольцеобразные пластины, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например, меди. Кроме того, кольцеообразные пластины фильтра-обтюратора могут быть выполнены с переменной толщиной или с толщиной, изменяющейся дискретно. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам формирования спектра рентгеновского излучения при размещении фильтра рентгеновского излучения между источником излучения и детекторной системой для получения изображения при просвечивании предметов, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов, рентгенодиагностики, рентгенографии, досмотровой техники.

Известны устройства - рентгенографическая машина по патенту США N 4953192, 1990 г., G 21 K 5/10, и аппарат для щелевой рентгенографии по патенту США N 5044007, 1991 г., G 21 K 5/10, содержащие рентгеновский источник, щелевую диафрагму, исследуемый предмет, средство детектирования, сканирующее устройство. В данных известных устройствах изменение спектра рентгеновского излучения достигается при помощи выравнивающего устройства и щелевой диафрагмы.

Недостатком данных устройств является то, что при широкой диаграмме излучения эти устройства должны иметь большие размеры, кроме того, затруднено получение равномерной фильтрации во всех направлениях излучения, что искажает реальную радиографическую картину прохождения рентгеновских лучей через объект, снимаемую с детекторной системы. В таких условиях затруднена промышленная реализация при использовании рентгеновских трубок с боковым излучением, широкой диаграммой направления излучения и узким коллиматором формирования потока рентгеновских лучей на корпусе излучателя.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является аттенюатор рентгеновского луча по международной заявке, международный номер издания WO 96/27195, международный номер заявки PCT/00485, кл. G 21 K, 1/04, международная дата публикации 06.09.96 г., содержащий двигатель, рентгеновский источник, пластину аттенюатора с возможностью вращения, размещенную между рентгеновским источникам и рентгеновским детектором и включающую центральное окно низкого ослабления пучка и множество чередующихся сегментов высокого и низкого рентгеновского ослабления рентгеновского излучения.

Недостатком вышеуказанного устройства является неравномерная фильтрация в направлениях излучения, так как толщина пластин фильтра в различных направлениях различна, кроме того, при широкой диаграмме направленности рентгеновского излучения вращающаяся пластина аттенюатора должна иметь большой диаметр, что затрудняет техническую реализацию устройства, а также при большом диаметре пластины аттенюатора создается значительный момент инерции, и при вращении аттенюатора синхронизация съема информации с детекторов затруднена. Исходя из этого, использование данного устройства для досмотровой техники невозможно.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является формирование рентгеновского излучения различного спектра для определения физического и химического составов объектов исследования.

Технический результат изобретения - возможность обработки информации о затухании рентгеновского излучения при прохождении через объект исследования рентгеновского излучения различных спектров.

Технический результат достигается тем, что в устройстве формирования заданного спектра рентгеновского излучения, содержащем рентгеновский излучатель в виде рентгеновской трубки, узел затухания, расположенный между рентгеновским излучателем и объектом исследования с возможностью вращения от двигателя, детектор рентгеновского излучения, расположенный за объектом исследования, узел затухания выполнен в виде фильтра-обтюратора, состоящего из полого цилиндрического корпуса, выполненного из легкого материала и установленного с возможностью вращения вокруг корпуса рентгеновского излучателя, при этом на наружной поверхности корпуса обтюратора в области коллиматора рентгеновского излучателя закреплены кольцеобразные пластины, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например меди, кроме того, кольцеобразные пластины фильтра-обтюратора могут быть выполнены с переменной толщиной, а также с толщиной, изменяющейся дискретно.

Предлагаемое устройство изображено на чертежах, где: фиг. 1 - общий вид; фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; фиг. 3 - вид пластины фильтра-обтюратора с переменной толщиной; фиг. 4 - то же с толщиной, изменяющейся дискретно; фиг. 5 - временная диаграмма работы фильтра-обтюратора.

Предлагаемое устройство состоит из рентгеновского излучателя - рентгеновской трубки 1, излучающей от анода 2 энергию через коллиматор 3, формирующий соответствующую диаграмму направленности излучения рентгеновских лучей под углом 90^o, при этом, с наружной стороны рентгеновской трубки 1, с возможностью вращения вокруг ее корпуса, установлен фильтр-обтюратор, состоящий из корпуса 4, выполненного в виде полого цилиндра из легкого материала, в прорезях которого в области коллиматора 3 рентгеновского излучателя закреплены кольцеобразные пластины 5 фильтра-обтюратора, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например меди, физические свойства которого дают возможность формирования спектра рентгеновского излучения и могут иметь постоянную, переменную или дискретную толщину (фиг. 3, 4), при этом форма пластин идентична профилю цилиндрического корпуса 4 излучателя для обеспечения одинаковой фильтрации во всех направлениях диаграмма направленности излучения. Вращение фильтра-обтюратора обеспечено двигателем 6, скорость вращения которого устанавливается в зависимости от заданного периода смены спектра излучения и величины угла диаграммы направленности рентгеновского излучателя. Для более сложной временной зависимости смены спектра излучения могут быть использованы шаговые двигатели, дающие возможность осуществлять смену спектра по заданной программ.

Для фиксации углового положения фильтра-обтюратора и выработки импульсов запуска рентгеновского излучателя 1 использован датчик синхронизирующих импульсов 7 контактного или бесконтактного типа.

Объект исследования 8 расположен между рентгеновским излучателем 1 и детектором рентгеновского излучения 9 для регистрации и анализа проходящего рентгеновского излучения различных спектров через объект исследования 8.

Устройство работает следующим образом.

Для исследования физического и химического составов объект исследования 8, размещенный между рентгеновским излучателем 1 и детектором рентгеновского излучения 9, облучается рентгеновскими лучами различного спектра, а формирование циклично изменяющегося спектра излучения обеспечивается вращением корпуса 4 фильтра-обтюратора вокруг корпуса 1 рентгеновского излучателя с помощью двигателя 6, при этом корпус 4 фильтра-обтюратора вращается вместе с закрепленными на нем пластинами 5, расположенными в области коллиматора 3 рентгеновского излучателя и перекрывающими его синхронно на момент излучения. Синхронизация скорости вращения двигателя 6 и включения излучателя 1 осуществляется от датчика синхронизирующих импульсов 7, при этом максимальный угол диаграммы направленности луча от анодной трубки 2 и сформированный коллиматором 3 рентгеновского излучателя 90^o, в связи с чем излучение осуществляется в моменты открытого или закрытого коллиматора 3 через 90^o поворота корпуса 4 фильтра-обтюратора.

В зависимости от алгоритмов математической обработки информации о затухании рентгеновских лучей при прохождении через исследуемый объект 8, снимаемой с детектора 9, фильтры-обтюраторы могут формировать циклично изменяющийся спектр, а также переменный или дискретный, которые зависят от формы и толщины пластин 5 фильтра-обтюратора (фиг. 3, 4).

Работа фильтра-обтюратора во времени представлена на фиг. 5.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность формирования циклически изменяющегося спектра рентгеновского излучения и обработки полученной информации при прохождении излучения через объект исследования.

Формула изобретения

1. Устройство формирования заданного спектра рентгеновского излучения, содержащее рентгеновский излучатель в виде рентгеновской трубки, узел затухания, расположенный между рентгеновским излучателем и объектом исследования с возможностью вращения от двигателя, детектор рентгеновского излучения, расположенный за объектом исследования, отличающееся тем, что узел затухания выполнен в виде фильтра-обтюратора, состоящего из полого цилиндрического корпуса, выполненного из легкого материала и установленного с возможностью вращения вокруг корпуса рентгеновского излучателя, при этом на наружной поверхности корпуса обтюратора в области коллиматора рентгеновского излучателя закреплены кольцеообразные пластины, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например меди.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцеообразные пластины фильтра-обтюратора могут быть выполнены с переменной толщиной.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кольцеобразные пластины могут быть выполнены с толщиной, изменяющейся дискретно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5