Матричный детектор ионизации газа для радиографических исследований

 

Изобретение относится к матричным детекторам ионизации газа для радиографических исследований рентгеновского или γ -излучения высокой энергии и основано на эффекте ионизации вторичных электронов, образуемых при взаимодействии излучения с рабочим газом под давлением. Детектор содержит множество матричных блоков ионизационной камеры, установленных на раме. Каждый блок имеет крышку 1, окно 2, электродную систему 3 с опорным элементом 4, боковые стенки 5, изоляторы 6 с металлокерамическим уплотнением, выпускное отверстие 7 для рабочего газа и ребра жесткости 8. Каждый блок заполнен рабочим газом под давлением от 10⁶ до 10⁷ Па. Центральная ось каждого из матричных блоков ориентирована на источник излучения. Исследуемый объект полностью расположен в поле зрения матричного детектора. Технический результат заключается в повышении эффективности детектирования и качества изображения. 12 з.п.ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к матричным детекторам ионизации газа для радиографических исследований рентгеновского излучения или γ- излучения высокой энергии, которые проводятся в области ядерной технологии.

Предпосылки создания изобретения В известном уровне техники, например в патенте Китая N 86108035, описаны матричные детекторы газового разряда, использующие главным образом вторичные электроны, которые образуются в результате взаимодействия с лучами преобразователя в виде твердотельной пластины из материала с высоким атомным числом (например, Ta) при малом угле падения (1^o или меньше) для рентгеновских лучей и γ- квантов, при этом газовый разряд обеспечивает формирование выходного сигнала. Такой детектор использует тонкие анодные проводники, упорядоченные в виде матрицы, что обеспечивает получение сигналов интенсивности рентгеновских или γ- лучей в различных позициях. Каждый (или каждая пара) из анодных проводников образует элемент изображения, сигнал разряда которого характеризует собой интенсивность рентгеновского или γ- излучения для конкретного положения. Рабочий газ обычно подается системой подачи газа, поддерживающей давление на уровне примерно в одну атмосферу. В этом патенте также упоминается о возможности использования рабочего газа с давлением менее 10⁶ Па в герметичном корпусе, чтобы отказаться от систем подачи газа. И тем не менее до сих пор используются системы подачи газа, использующие стальные баллоны с газом. На рынке уже появилась система инспектирования контейнеров (система "Сикоскан"), в которой используются матричные детекторы, выпускаемые фирмой "Шлумбергер инк".

Динамический диапазон сигналов такого детектора достаточно большой (10⁵), его эффективность детектирования и чувствительность также высоки и удовлетворяют основным требованиям детектирующих систем. И тем не менее такой детектор имеет следующие недостатки: (1) Вторичные электроны, которые образуются в результате падения рентгеновского излучения или γ- квантов, невозможно удержать от прохождения в промежутках между элементами изображения вследствие существования газа между элементами изображения, образованными соответствующими анодными проводниками и отсутствием каких-либо иных изоляторов. Таким образом, падение рентгеновских лучей или γ- квантов на элемент изображения обуславливает выдачу выходных сигналов не только этим элементом изображения, но и соседними с ним элементами изображения. Именно поэтому каждый выходной сигнал каждого анодного проводника (или каждой пары анодных проводников) будет соответствовать не только интенсивности падающих рентгеновских или γ- лучей на пятно, но и будет отражать влияния падения рентгеновских и γ- лучей на соседние с ним позиции, что будет приводить к "размытию" изображения. Чтобы преодолеть этот недостаток, необходимо располагать специальным программным обеспечением и быстродействующей компьютерной аппаратурой, чтобы можно было обработать большое количество информации, что. несомненно, усложняет процесс обработки самого изображения и удорожает его.

(2) Каждый из анодных проводников является очень тонким (десятки мкм) и имеет длину в 200 - 300 мм, и поэтому вследствие вибрации могут создаваться шумы.

(3) Используемый в настоящее время режим работы газового потока предусматривает обязательное наличие системы подачи газа с использованием большого баллона, в котором газ находится под высоким давлением. Кроме того, необходимо относительно часто заменять стальной газовый баллон (примерно каждые три месяца).

(4) Разряд в газе требует наличия рабочего напряжения в несколько тысяч вольт, которое к тому же необходимо регулировать. В противном случае это приводит к флуктуациям величины коэффициента усиления газа.

(5) В процессе газового разряда может происходить разложение многоатомных молекул газов (например, CH₄), смесь которых образует рабочий газ, а также образование продуктов осаждения. Более того, сам процесс разряда может обусловить повреждение поверхности анодных проводников, в результате чего срок службы детектора значительно сокращается.

Сущность изобретения Задачей изобретения является создание улучшенных матричных детекторов ионизации газа для радиографических исследований рентгеновских или γ- лучей высокой энергии, которые используют эффект ионизации вторичных электронов, образуемых в результате взаимодействия рентгеновских и γ- лучей высокой энергии со специальным рабочим газом с высоким атомным числом и находящимся под давлением для формирования сигналов, предназначенных для детектирования изображения. Это детектирующее устройство использует дрейф ионов и электронов в электрическом поле для получения выходных сигналов без использования механизма газового разряда, причем ионы и электроны образуются в результате ионизации вторичных электронов, которые формируются в результате взаимодействия рентгеновских и γ- лучей в основном с рабочим газом высокого давления.

Настоящее изобретение было разработано с учетом использования источника излучения рентгеновских лучей или γ- квантов энергией до 20 МэВ, что и отличает их от матричных детекторов для источника рентгеновских и γ- лучей максимальной энергии менее 150 кэВ и источника радиоактивного изотопа энергией менее 150 кэВ, которые предназначены в основном для медицинских диагностических целей. Для большей ясности в описании настоящего изобретения рентгеновские лучи с максимальной энергией выше 150 кэВ и γ- лучи с энергией выше 180 кэВ называются "рентгеновское или гамма-излучение высокой энергии".

Настоящее изобретение относится к матричным детекторам ионизации газа для радиографического исследования рентгеновского или γ- излучения высокой энергии, которые содержат множество установленных на раме матричных блоков ионизационной камеры, в которой газ находится под большим давлением. Каждый из блоков ионизационной камеры содержит герметизированный корпус, окно, систему ленточных электродов, опору для электродной системы и заполнен находящимся под высоким давлением газом. Окно образовано в передней части герметизированного корпуса, а система ленточных электродов поддерживается опорой и содержит множество наборов элементов ионизационной камеры элемента изображения, каждый из которых образован электродом высокого напряжения и коллекторным электродом, при этом ленточный электрод каждого элемента ионизационной камеры элемента изображения по существу параллелен направлению распространения рентгеновского или γ- луча, падающего на данный элемент изображения.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 - схематичное изображение конструкции ионизационной камеры, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг. 2 - схематичное изображение конструкции опоры электродной системы.

Фиг. 3 - форма пластинчатого электрода.

Фиг. 4 - конфигурация перекрытия электродов.

Фиг. 5 - сортирующая схема электродов.

Фиг. 6 - конфигурация расположения блоков ионизирующей камеры.

Фиг. 7 - перспективное изображение примера выполнения системы, использующей настоящее изобретение.

Детальное описание предпочтительных вариантов изобретения описывается ниже со ссылками на иллюстрирующие его чертежи. На фиг. 1 позицией 1 обозначена крышка герметического корпуса матричного блока ионизационной камеры, ссылочной позицией 2 - окно, 3 - электродная система, 4 - опора электродной системы, 5 - боковая стенка корпуса, 6 - изоляторы с металлокерамическим уплотнением, 7 - выпускное отверстие для газа, 8 - усиленные ребра жесткости. На фиг. 2-5 позицией 9 обозначены изоляционные прокладки, 10 - электрод высокого напряжения. 11 - коллекторный электрод. На фиг. 6 позицией 12 обозначен стандартный матричный блок ионизационной камеры, 13 - дополнительный матричный блок ионизационной камеры, на фиг. 7 позиция 14 обозначает источник излучения, 15 - исследуемый объект, 16 - систему матричных детекторов для радиографических исследований, соответствующую настоящему изобретению, 17 - систему обработки сигналов и 18 - дисплей.

Как отмечалось выше, изобретение относится к матричным детекторам, которые непосредственно используют эффект ионизации вторичных электронов, образуемых в результате взаимодействия рентгеновских или γ- лучей высокой энергии со специальным находящимся под высоким давлением рабочим газом с высоким атомным числом для формирования выходных сигналов, причем это устройство содержит множество матричных блоков ионизационной камеры, в которых находится газ под давлением и которые установлены и закреплены на специальной раме позади коллиматора. Каждый из матричных блоков ионизационной камеры содержит герметичный корпус 1, систему электродов, образованную множеством ленточных электродов, и находящийся под высоким давлением рабочий газ с высоким атомным числом, который заполняет корпус. Каждый набор из электрода высокого напряжения (на который может подаваться либо отрицательное, либо положительное высокое напряжение) и коллекторного электрода (электрод выходного сигнала) образует элемент ионизационной камеры элемента изображения, выходной сигнал которого несет в себе информацию об интенсивности рентгеновских или γ- лучей в данной точке, т.е. образует "элемент изображения" на рентгеновском снимке. Площадь поперечного сечения элемента ионизационной камеры является площадью поперечного сечения соответствующего элемента изображения. Каждый блок системы электродов содержит определенное число элементов ионизационной камеры элементов изображения (например, 16, 32, 64 ...), а ленточные электроды каждого такого элемента ионизационной камеры по существу параллельны направлению падения рентгеновских или γ- лучей на элемент ионизационной камеры элемента изображения. Падающие рентгеновские или γ- лучи распространяются в среде рабочего газа между электродами на расстоянии, равном длине d электрода. Падающие рентгеновские лучи и γ- кванты взаимодействуют с молекулами рабочего газа на всем этом расстоянии, формируя вторичные электроны и вызывая ионизацию газа. Большое количество положительных ионов и электронов, образуемых в результате ионизации, дрейфуют под влиянием электрического поля между электродами и формируют выходные токовые сигналы. Подаваемое на электроды напряжение (рабочее напряжение ионизационной камеры) должно быть меньше напряжения, которое может вызвать образование газового разряда в электроде (лавинный разряд Томсона).

Из прилагаемых чертежей видно, что детектирование рентгеновских лучей или γ- квантов зависит главным образом от их взаимодействия с рабочим газом между электродами. Эффективность детектирования высокоэнергетических рентгеновских или γ- лучей можно повысить за счет использования находящихся под высоким давлением от 1 · 10⁶ до 1 · 10⁷ Па газов с высоким атомным числом (Ar, Kr, Xe и т.д. или смеси с этими газами в качестве главных компонентов) с применением соответствующих способов герметизации высокого давления, а также за счет выбора такой длины электрода d, которой будет вполне достаточно для того, чтобы произведение (Pd) превышало 2 · 10⁵ Па·м. Например, если выбирают давление газа Xe, равное 5 · 10⁶ Па, а длину электрода d, равную 20 см, тогда эффективность детектирования γ-лучей ⁶⁰Co может достигать почти 30%, и она будет зависеть только от взаимодействия молекул газа Xe, а если учитывать взаимодействие с рентгеновскими или γ- лучами переднего окна и стенок камеры, тогда эффективность детектирования γ- лучей для ⁶⁰Co может превысить 30%. Кроме того, хотя расстояние между электродами небольшое (например, 2 мм), однако чувствительность детектора может все еще оставаться очень высокой, поскольку большое количество пар ион-электрон может быть образовано в газе между электродами с помощью вторичных электронов, вследствие высокой плотности газа и высокого атомного числа, а также благодаря рассеянию вторичных электронов.

Если рабочий газ заменить газами с большим сечением реакции по отношение к медленным нейтронам, таким как ³He и BF₃, тогда настоящее изобретение может быть использовано в радиографической системе с медленными нейтронами. Если рабочий газ заменить водородсодержащими газами, такими как H₂ или CH₄, то в этом случае настоящее изобретение может быть использовано в радиографической системе с быстрыми нейтронами.

Чтобы добиться высокого давления и исключить возможность утечки, необходимо надежно герметизировать корпус матричного блока ионизационной камеры. Воздухонепроницаемость корпуса должна в 1,5 раза превышать фактическое давление находящегося в нем газа. Для упомянутого выше заполняющего камеру газа с давлением в 5 · 10⁶ Па способность сохранять воздухонепроницаемость должна составлять 8 · 10^-9 Па. Общая скорость утечки герметического корпуса должна быть менее 1 · 10 торр·л/с, и это условие необходимо гарантировать повторной проверкой спектрографического детектора утечки гелиевой массы. Если будут соблюдены все упомянутые выше условия, тогда срок службы матричного блока ионизационной камеры можно увеличить более чем до 10 лет.

Корпус блока ионизационной камеры можно изготавливать посредством сварки соответствующих деталей из нержавеющей стали, углеродистой стали или другого металла (в данном случае используется аргонно-дуговая сварка, плазменная сварка, сварка электронным лучом и т.д.). В передней части корпуса образовано удлиненное окно 2, съюстированное относительно электродной системы. Ширина "окна" равна или немного больше требуемой ширины элемента изображения, а толщина массы окна равна 0,1 г/см², благодаря чему можно уменьшить потери на поглощение падающего пучка квантов, проходящего через "окно". Определенное количество изоляторов с металлокерамическими герметизированными спаями, превышающее число элементов ионизационной камеры элемента изображения, приварено к корпусу методом пайки-сварки или аргонно-дуговой сваркой, чтобы обеспечить съем выходных сигналов с каждого из коллекторных электродов элемента ионизационной камеры элемента изображения и подачу внешнего высокого напряжения. Используемые в данном случае керамические элементы представлены керамическими элементами на основе оксида алюминия со степенью чистоты выше 95% или даже искусственными драгоценными камнями (например, монокристаллом Al₂O₃). Изолирующая способность изоляторов после герметизации будет превышать 1 · 10¹² Ом, а скорость их утечки будет меньше 1 · 10^-10 торр·л/с. Чтобы повысить воздухонепроницаемость корпуса, к боковой стенке корпуса могут быть приварены несколько усиленных ребер 8, которые исключают возможность деформирования корпуса в процессе его заполнения газом.

Ленточные электроды выполнены из металлов Al, Fe, Ni, Co, Mo, W, Ta, Nb и т. д. или из их сплавов, при этом толщина массы должна быть равна или больше 0,1 г/см², что сделает невозможным проникновение вторичных электронов, образуемых рентгеновскими лучами или γ- квантами, в ленточные электроды и внедрение их в соседние ионизирующие камеры элементов изображения. Отрицательных последствий такого проникновения вторичных электронов в упомянутый выше матричный детектор газового разряда можно избежать за счет выполнения упомянутых выше условий, что в конечном итоге очень важно для повышения качества изображений.

Чтобы устранить влияние тока утечки и обеспечить возможность находящейся под высоким давлением матричной ионизационной камере нормально работать как в импульсном режиме, так и в усредненном режиме постоянного тока, в изобретении предусмотрена опорная конструкция для электродов высокого напряжения и коллекторных электродов, которая показана на фиг. 2. В этой конструкции отсутствует непосредственное соединение изолирующего материала между электродами высокого напряжения и коллекторными электродами 11. Они крепятся соответственно к заземленной опоре 4 электродной системы с помощью ленточных изолирующих прокладок 9. На поддерживающих электроды высокого напряжения изолирующих прокладках существует высокая разность потенциалов, и тем не менее образуемый ток утечки направляется непосредственно к заземлению прибора через заземленную опору, без его прохождения через нагрузочный резистор в выходную цепь коллекторных электродов и соответствующего влияния на выходные сигналы. Все коллекторные электроды опираются на одни и те же изолирующие прокладки, однако в данном случае нет никаких проблем с утечкой тока, поскольку все они имеют одинаковый потенциал.

Поскольку количество пластинчатых электродов будет очень большим, то электроды высокого напряжения и коллекторные электроды сконструированы таким образом, чтобы они имели одинаковую форму, которая показана на фиг. 3, что облегчает их изготовление методом перфорирования. На верхней и нижней сторонах пластинчатого электрода образованы различные количества выступов, которые будут входить или зажиматься в ленточных изолирующих прокладках. В процессе монтажа электроды высокого напряжения или коллекторные электроды можно образовывать посредством взаимозамены верхней и нижней сторон пластинчатого электрода. Все электроды высокого напряжения установлены в некоторых прорезях изолирующих прокладок, а все коллекторные электроды установлены в других прорезях изолирующих прокладок, а все изолирующие прокладки изолируются друг от друга с помощью заземленной опоры для электродов. Поскольку все электроды высокого напряжения запитываются током от общего источника, то их можно соединять друг с другом с использованием металлической шайбы или проводника.

Если герметизированные матричные ионизирующие камеры работают только в импульсном режиме и требуется не очень высокое отношение сигнал/шум, то в этом случае коллекторные электроды и электроды высокого напряжения можно устанавливать на одних и тех же изолирующих прокладках, без исключения влияния тока утечки.

При исследовании большого объекта (например, контейнера) необходимо располагать матричный детектор на большом расстоянии от источника излучения (например, от электронного линейного ускорителя), например на расстоянии 10 и более метров, чтобы исключить вероятность установления слишком большой неоднородности по направлению интенсивности излучения в поле излучения. Каждый из элементов ионизационной камеры элемента изображения в матричном блоке ионизационной камеры можно расположить параллельно среднему направлению излучения. Полный угол расширения потока каждого матричного блока ионизационной камеры относительно источника излучения не должен превышать 2^o, чтобы исключить излишне высокие различия в эффективности детектирования, которые могут быть вызваны различными величинами углов между каждым из элементов ионизационной камеры элемента изображения и падающими рентгеновскими или γ- лучами. Количество элементов ионизационной камеры элемента изображения в каждом матричном блоке ионизационной камеры определяется этим углом расширения потока и требуемой высотой элемента изображения. Все устройство детектирования образовано из множества матричных блоков ионизационной камеры, упорядоченных в некотором секторе, при этом центральная ось каждого из блоков будет ориентирована на источник излучения.

Если исследуемый объект является относительно небольшим, расстояние от матричного детектора до источника излучения будет также небольшим, а находящаяся внутри матричного блока ионизационной камеры электродная система распределяется по всему сектору, причем каждый из электродов будет указывать на центр сектора, т.е. на источник излучения. Между тем угол расширения потока матричного блока ионизационной камеры относительно источника излучения может быть очень большим, причем количество элементов изображения зависит главным образом от технологических условий. Все метричное детектирующее устройство может быть образовано одним или несколькими матричными блоками ионизационной камеры.

Согласно настоящему изобретению, имеется два варианта расположения электродов высокого напряжения и коллекторных электродов в электродной системе (см. фиг. 5). Один из них показан на фиг. 5a, в соответствии с которым электроды высокого напряжения (обозначенные на упомянутом рисунке знаком "+" и на которые может подаваться либо высокое отрицательное напряжение, либо высокое положительное напряжение) перемежаются с коллекторными электродами. Подобное расположение электродов является простым, причем как электроды высокого напряжения, так и коллекторные электроды можно изготавливать из одного и того же металла. И тем не менее, является обязательным условием, чтобы поверхности электродов высокого напряжения образовывали один элемент ионизационной камеры элемента изображения с включенным в него коллекторным электродом. Следовательно, высота каждого элемента изображения внутри матричной ионизационной камеры будет в два раза больше расстояния между электродами, что относительно приемлемо для ситуации, когда размер элемента изображения относительно большой (например, 5 мм). Второй вариант расположения электродов показан на фиг. 5b. Элемент ионизационной камеры изображения образован одной поверхностью электрода высокого напряжения и одним противоположным коллекторным электродом, а другой коллекторный электрод, расположенный близко от этого коллекторного электрода, но изолированный от него тонким слоем изолирующего материала, образует другой элемент ионизационной камеры элемента изображения с другой противоположной поверхностью электрода высокого напряжения. Если высота каждого элемента изображения внутри матричного блока ионизационной камеры будет по существу равна расстоянию между электродами, то это вполне приемлемо для ситуации, которая требует малого размера элемента изображения (например, менее 2 мм). Однако коллекторный электрод отличается от электрода высокого напряжения, и он должен изготавливаться отдельно. По настоящему изобретению коллекторный электрод изготовляют методами зажима слоя радиационно-устойчивой пластиковой пленки (например, полимидной мембраны) между двумя тонкими металлическими пластинками с последующим нанесением металлизированных слоев на поверхности керамических или других изолирующих материалов.

В процессе исследования большого объекта, например контейнера, матричный детектор можно образовать посредством объединения множества матричных блоков ионизационной камеры. Поскольку толщина корпуса элемента герметизированной матричной ионизационной камеры относительно велика, а опора внутренней электродной системы также занимает определенную часть пространства, то общая высота всей чувствительной зоны будет меньше высоты корпуса ионизационной камеры на некоторую величину (например, на несколько десятков мм). Если матричное детектирующее устройство образовано упорядочением матричных блоков ионизационной камеры один к другому вдоль поля излучения, тогда на границе двух смежных матричных блоков ионизационной камеры образуется "мертвое пространство", а падающие в этом "мертвом пространстве" рентгеновские лучи или γ- кванты не будут генерировать выходного сигнала. В настоящем изобретении предусмотрена показанная на фиг. 6 схема объединения. Каждый из матричных блоков ионизационной камеры располагается с перекрытием один относительно другого. Центральная ось каждого блока располагается так, чтобы она была ориентирована на источник излучения и чтобы углы наклона блоков отличались друг от друга. Перед множеством упорядоченных стандартных блоков ионизационной камеры 12 и в соответствующем "мертвому пространству" направлении размещены вспомогательные матричные блоки ионизационной камеры 13. Высота этих блоков невелика, равна высоте зоны "мертвого пространства"), и в каждый из блоков включено лишь небольшое количество элементов ионизационной камеры элемента изображения, вследствие чего нижние и верхние их стенки могут быть относительно тонкими, а различие между высотой чувствительной зоны и ее формой становится очень незначительным. Согласно настоящему изобретению, этот набор вспомогательных блоков ионизационной камеры используется для получения информации распределения интенсивности рентгеновских или γ- лучей в области ранее имевшегося "мертвого пространства". Однако при этом верхняя и нижняя стенки вспомогательной ионизационной камеры должны иметь конечное значение толщины, а следовательно, будет иметь место область, в которой информация теряется, однако если размеры этой области будут меньше высоты элемента изображения, то это не будет оказывать влияния на точность детектирования, чего можно легко и просто добиться. Предпочтительным является осуществление выводов электродов упомянутых вспомогательных блоков ионизационной камеры из боковых стенок, чтобы защитить зону чувствительности матричных блоков ионизационной камеры от взаимных помех. Изготовленный согласно настоящему изобретению герметичный корпус матричного блока ионизационной камеры выдерживает давление в 8 · 10⁶ Па, а находящиеся в нем 32 элемента ионизационной камеры элемента изображения состоят из 65 электродов, расположенных в соответствии с показанной на фиг. 5а схемой. Расстояние между электродами равно 2 мм, а толщина пластинчатого электрода равна 0,5 мм, поэтому высота элемента изображения равна 5 мм и его ширина также равна 5 мм. Длина пластинчатого электрода равна 20 см, и его можно изготавливать из таких металлов, как Al, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Ta, Nb и т.д. и из их сплавов. Выводные проводники от каждого коллекторного электрода проходят через металлокерамические герметизированные изоляторы, сопротивление изоляции которых превышает 10¹² Ом, а скорость утечки газа меньше 1 · 10^-10 торр·л/с. Внутренний рабочий газ представляет собой смесь Xe под давлением 5 · 10⁶ Па. Чтобы устранить влияние тока утечки, электродная система имеет показанную на фиг. 4 конфигурацию.

В случае применения высокоэнергетичных рентгеновских лучей, которые генерируют электродный линейный ускоритель (4 - 5 мэВ), эффективность детектирования упомянутой выше ионизационной камеры может достигать 30% и больше, а сигнальная чувствительность будет выше 3 · 10⁵ электронный заряд/мкмGy. При исследовании контейнера (или другого большого объекта), когда электронный линейный ускоритель используется в качестве источника тормозного излучения, излучение каждого импульса рентгеновского луча в точке расположения детектора и его нахождения в рабочем состоянии будет равно нескольким сотням мкмGy. Следовательно, заряд импульса сигнала детектора в нерабочем состоянии будет достигать примерно 1 · 10⁸ электронных зарядов, что эквивалентно уровню амплитуды импульса сигналов счетчика GM, а это в свою очередь значительно повышает эффективность обработки информации и изображения.

Поскольку расстояние между электродами равно лишь 2 мм, время реакции на сигналы весьма мало, примерно 10^-7 с, даже если рабочее напряжение не будет слишком высоким. Это очень важно для повышения скорости получения данных.

Настоящее изобретение первоначально разрабатывалось применительно к радиографическому исследованию больших объектов, например контейнеров, автомашин и поездов. Однако оно применимо и в других областях, в которых предусмотрено обязательное использование радиографии рентгеновских или γ- лучей относительно высокой энергии. Например, его можно использовать в радиографических неразрушающих детекторных устройствах для инспектирования промышленных изделий или промышленного оборудования (имеются в виду переносные сканирующие устройства формирования изображения).

Если рентгеновские или γ- лучи коллимируются во множество полосообразных полей излучения с помощью многощелевого коллиматора, то в этом случае можно значительно повысить скорость сканирования и формирования изображения за счет использования множества матричных детекторов, причем в данном случае можно непосредственно получить даже двумерное радиографическое изображение проекции или получить трехмерную информацию о пространственном распределении для инспектируемого объекта.

Формула изобретения

1. Матричный детектор ионизации газа для радиографии рентгеновских или γ- лучей высокой энергии для инспектирования крупных объектов, в котором ионизационная камера содержит корпус, находящийся под давлением газ и пластинчатые электроды, а инспекция объекта осуществляется посредством ионизации газа для генерирования выходных сигналов, отличающийся тем, что детектор образован множеством матричных блоков ионизационной камеры с находящимся под давлением газом, установленных на раме, центральная ось каждого из матричных блоков ионизационной камеры ориентирована на источник излучения, причем угол распространения менее 2^o, а поле излучения, определяемое полным углом расширения всего детектора относительно источника излучения, включает в себя предназначенный для инспекции объект, при этом каждый из матричных блоков ионизационной камеры заполнен находящимся под давлением газом, давление заполнения находится в пределах от 1·10⁶ до 1·10⁷ Па, а произведение давления Р на длину d электрода вдоль направления распространения луча превышает 2,5·10⁵ Па·м.

2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что перед границей каждых матричных блоков ионизационной камеры установлено множество дополнительных матричных блоков ионизационной камеры, предназначенных для исключения "мертвого пространства" детектирования, образуемого корпусом матричного блока ионизационной камеры.

3. Детектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый из матричных блоков ионизационной камеры содержит герметический корпус, окно, электродную систему, находящийся под давлением газ и выводы изоляторов с герметизированными спаями.

4. Детектор по п.3, отличающийся тем, что герметический корпус выполнен из нержавеющей стали или углеродистой стали методом сваривания.

5. Детектор по п.3, отличающийся тем, что в передней части корпуса выполнено удлиненное окно, совмещенное с электродной системой, при этом ширина окна равна или несколько больше требуемой ширины элемента изображения.

6. Детектор по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве газа под давлением выбран газ из группы, состоящей из Ar, Kr, Xe и их смесей.

7. Детектор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что электродная система матричного блока ионизационной камеры содержит электроды высокого напряжения, коллекторные электроды и изолирующие прокладки, электродная система смонтирована на опоре для электродов, причем все пластинчатые электроды расположены параллельно направлению падения лучей на упомянутый блок.

8. Детектор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что электроды высокого напряжения и коллекторные электроды имеют одинаковую форму, а электродная пластина выполнена в виде узкой полоски, имеющей ширину, соответствующую размеру элемента изображения матричной ионизационной камеры, и длину d, на обеих ее сторонах образовано несколько выступов, а коллекторные электроды и электроды высокого напряжения установлены на опоре для электродов в противоположных направлениях.

9. Детектор по п.7, отличающийся тем, что электроды высокого напряжения и коллекторные электроды расположены с чередованием один относительно другого, причем каждая поверхность электрода высокого напряжения и коллекторный электрод образуют элемент ионизационной камеры элемента изображения.

10. Детектор по п.7, отличающийся тем, что электродная пластина упомянутого коллекторного электрода выполнена из тонкого слоя изолирующего материала, покрытого на обеих сторонах металлом, а каждый слой металла и противоположная ему поверхность электрода высокого напряжения образуют элемент ионизационной камеры элемента изображения.

11. Детектор по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что электродная пластина выполнена из металла, выбранного из группы, состоящей из Al, Fe, Ni, Cu, W, Ta, Nb₂ или их сплавов, при толщине массы, равной или немного больше 0,1 г/см².

12. Детектор по п.7, отличающийся тем, что опора для электрода выполнена в основном из двух противолежащих заземленных металлических пластин, в которых образовано несколько прорезей изоляционных прокладок, и прямоугольные выступы пластин коллекторных электродов или пластин электродов высокого напряжения соответственно вставлены в различные прорези изоляционных прокладок в раме, причем все пластины коллекторных электродов вставлены в несколько прорезей ленточных изоляционных прокладок, а все пластины электродов высокого напряжения вставлены в другие несколько прорезей ленточных изоляционных прокладок.

13. Детектор по п.3, отличающийся тем, что изоляторы с металлокерамическим спаем или изоляторы со спаем из металла с искусственными драгоценными камнями приварены на корпусе в виде выводов для электродных проводников.

РИСУНКИ

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