Устройство для фокусировки рентгеновского излучения и гамма- излучения со стоксовой линией спектра на выходе

 

Изобретение относится к приборам для визуально-теневой гамма-рентгеновской интроскопии и может быть использовано в промышленности и в медицине. Сущность изобретения: устройство включает магнитоакустический модулятор, выполненный в виде кварцевой трубки конической формы с внешней обмоткой, подключенной к высокочастотному генератору. Модулятор расположен на одной оси с источником излучения таким образом, что больший диаметр конуса направлен в сторону источника излучения, а меньший диаметр - в сторону облучаемого объекта. При прохождении излучения через модулятор происходит дифракция излучения. Переменное напряжение, подаваемое на внешнюю обмотку, действует на кристаллы трубки таким образом, что происходит увеличение или уменьшение базы по заданному временному закону. Изменение диаметра конуса по длине с изменением диаметра витков и определяет условия постоянного угла скольжения по сечению трубки, обеспечивая условие полного отражения рентгеновского или гамма-излучения. Технический результат заключается в возможности использования слабых источников излучения и получении узкого излучения, что позволит снизить дозовую нагрузку на пациента. 1 ил.

Изобретение относится к приборам квантовой электроники для реализации метода визуально-теневой рентгеновской и гамма-интроскопии, используемых как в промышленности, так и в медицине.

В связи с этим рентгеновские и гамма-лучи практически не удается эффективно фокусировать, рассеянное рентгеновское и гамма-излучение не позволяет с достаточной для практического применения точностью устанавливать пространственное расположение неоднородностей внутри исследуемого материала и вследствие этого практически не используется в интроскопии. Проходящие рентгеновские и гамма-лучи можно эффективно использовать для целей интроскопии двумя методами - методом сканирования исследуемого объекта узким пучком и теневым, просвечивая объект широким пучком.

В том случае, если необходимо произвести контроль сварных швов в различных металлических конструкциях, а также интроскопическое исследование металлов небольших толщин, применяются рентгеновские электронно-оптические интроскопы. Электронно-оптический интроскоп ЭЩИ-1 состоит из двух частей: рентгеновского аппарата и усилителя яркости рентгеновского изображения. Составными элементами усилителя яркости рентгеновского изображения являются: рентгено-оптический преобразователь (монокристаллический экран из СSJ (TD)), светосильный объектив для переноса изображения, однокамерный электронно-оптический усилитель света и бинокулярная система наблюдения.

В медицине широкую популярность приобрел в рентгенологии электронно-оптический преобразователь. Применение его в клинической практике позволило снизить дозы рентгеновского излучения в 10-12 раз и одновременно усилить яркость свечения флуоресцирующего экрана в 1000-3000 раз (1).

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в том, что возможно использовать слабые источники излучения как в рентгеновском, так и в гамма-диапазонах, направить излучение сравнительно узким пучком, а при использовании в медицине - снизить дозовую нагрузку на пациента за счет облучения строго определенных участков тела.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для фокусировки рентгеновского и гамма-излучения со стоксовой линией спектра на выходе включает магнито-акустический модулятор, через который проходит излучение, причем модулятор выполнен в виде кварцевой трубки конической формы с внешней обмоткой, подключенной к высокочастотному генератору, и расположен на одной оси с источником излучения таким образом, что больший диаметр конуса направлен в сторону источника излучения, а меньший диаметр - в сторону облучаемого объекта.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема заявленного устройства.

Соосно с рентгеновским или гамма-излучателем 1 (в эксперименте применялся излучатель типа "Арина-3") между излучателем и флуоресцентным экраном 2 смонтирована кварцевая трубка 3 конической формы с замотанной на ее внешней стороне обмоткой 4 из медной проволоки диаметром 1 мм, подключенной к ВЧ-генератору (на чертеже не показан) с частотой 27-28 кГц с напряжением 0,15 В.

Излучение, выходящее из выходной трубки диаметром 80 мм, подается в конус кварцевой трубки 3 со стороны ее большего диаметра (220 мм). Выход излучения из кварцевой трубки 3 осуществляется со стороны малого диаметра (сечением 1410 мм). При включении в работу обмотки 4 на расстоянии 400 мм от конической кварцевой трубки со стороны малого диаметра на флуоресцентном экране четко высвечивается пятно 1520 мм. Бокового рассеивающего рентгеновского излучения не наблюдалось.

Угол наклона стенок трубки конической формы, толщина стенок и частота ВЧ колебаний на обмотке трубки определяется в зависимости от типа излучения и его мощности, а наименьший диаметр конуса определяется необходимым диаметром исследуемой области на объекте.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Под действием переменного напряжения внешней обмотки на кристаллы трубки (как дифракция на тонкой фазовой решетке) происходит то увеличение, то уменьшение базы по заданному временному закону, определяя дифракцию рентгеновского или гамма-излучения на кристалле как результат интерференции излучения, зеркально отражающегося от систем параллельных плоскостей, которые проходят через узлы кристаллической решетки. Изменение диаметра конуса по длине и изменение диаметра витков определяет условия постоянного угла скольжения по сечению трубки, обеспечивая условие полного отражения рентгеновского или гамма-излучения.

Ионизационное действие на среду внутри трубки и флуктуации плотностей от кварцевой трубки во взаимодействии с переменным электромагнитным полем (как дифракция на объемной фазовой решетке) в воздушной среде, находящейся внутри трубки, играют роль упорядоченно расположенных центров, когерентно рассеивающих падающее на них излучение, что и определено условиями дифракции Брегга (2). Интерференция дифрагированных волн приводит к существованию только одной дифрагированной волны волновым вектором Rd. В области дифракции Брегга выполняются условия фазового синхронизма для волновых векторов падающей волны, дифрагированной волны и волнового вектора акустической волны. Учитывая, что волновой вектор по модулю равен волновому числу, фазовый синхронизм соответствует комбинационному рассеянию с изменением частоты излучения в сторону стоксовой линии спектра, причем антистоксовая компонента рассеяния за счет конусного сечения кварцевой трубки участвует в обращении волнового фронта, определяя в среде, что стоксовая линия спектра ярче интенсивности основного излучения. Кварцевая трубка совместно с действующей от высокочастотного генератора обмоткой и процессами ионизации представляет собой акустооптический модулятор (2) и определяет дифракцию на тонкой решетке, характерной для отражения на границе раздела сред, деформированной поверхностной акустической волной, полностью отражая излучение внутрь конуса. Таким образом, заявленное устройство позволяет обеспечить фокусировку и автофокусировку излучения в предельно малые объемы.

Кроме того, заявленное устройство, в котором происходит комбинационное рассеяние гамма- и рентгеновского излучения, подобно инфракрасному спектру, можно использовать для исследований структуры молекулы, состоящей из двух индентичных атомов, что практически невозможно с помощью инфракрасных спектров.

Источники информации 1. А. П. Меркулов "За пределами зримого", изд. 2-е Москва, Машиностроение, 1976 г.

2. Г.Л. Киселев. Приборы квантовой электроники, Москва, "Высшая школа", 1989 г.

Формула изобретения

Устройство для фокусировки рентгеновского излучения и гамма-излучения со стоксовой линией спектра на выходе, включающее магнитоакустический модулятор, через который проходит излучение, причем модулятор выполнен в виде кварцевой трубки конической формы с внешней обмоткой, подключенной к высокочастотному генератору, и расположен на одной оси с источником излучения таким образом, что больший диаметр конуса направлен в сторону источника излучения, а меньший диаметр в сторону облучаемого объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1