Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала



Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала
Устройство и способ генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, и система распознавания материала

 


Владельцы патента RU 2340127:

ТСИНГХУА ЮНИВЕРСИТИ (CN)
НАКТЕЧ КОМПАНИ ЛИМИТЕД (CN)

Использование: для рентгенографии объектов большого и среднего размера. Сущность: заключается в том, что устройство для поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, содержит: средство импульсной модуляции, предназначенное для генерирования первого импульсного напряжения, второго импульсного напряжения, третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство генерирования электронного пучка, предназначенное для генерирования первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования микроволны, предназначенное для генерирования первой микроволны, имеющей первую мощность, и второй микроволны, имеющей вторую мощность, соответственно, на основании третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство ускорения электронного пучка, предназначенное для ускорения первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и мишень, предназначенную для соударения с ней ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни. Технический результат: создание более простой системы, обеспечивающей проведение проверки объектов больших размеров с возможностью распознавания материалов. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию линейного ускорителя электронов для рентгенографии объектов большого и среднего размера, а более конкретно, к созданию линейного ускорителя электронов и способа для генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, а также к созданию системы распознавания материала, которая позволяет распознавать материал, который содержится в объектах большого и среднего размера, таких как грузовые контейнеры или авиационные грузовые контейнеры.

Предпосылки к созданию изобретения

Существующая система проверки грузов основана на формировании рентгеновских изображений с использованием луча с единичной энергией для взаимодействия с подлежащим проверке объектом и на измерении интенсивности луча, прошедшего через подлежащий проверке объект, чтобы получить изображение. Несмотря на то, что такая система позволяет определять изменения формы и массовой толщины подлежащего проверке объекта, она не позволяет производить распознавание (определение) материала в подлежащем проверке объекте.

По мере роста озабоченности, вызванной глобальной угрозой терроризма, усиливаются требования к проверке опасных и запрещенных изделий, в связи с чем предлагаются различные средства обнаружения, в которых для распознавания материала используют способ формирования изображений при помощи рентгеновского луча со сдвоенной энергией, который позволяет выявлять различия между эффективными атомными номерами материалов, что дает возможность работать в диапазоне низких энергий (<450 keV). Хорошо известно, что фотоэлектрическое поглощение и комптоновский эффект являются превалирующими, когда рентгеновские лучи в диапазоне низких энергий взаимодействуют с материалом. Так как зависимость между коэффициентом ослабления, соответствующим эффекту фотоэлектрического поглощения, и атомным номером соответствует μphoto∞Z4, то способ со сдвоенной энергией позволяет хорошо находить различия между различными атомными номерами.

Однако, когда рентгеновские лучи в диапазоне высоких энергий (>1 MeV) взаимодействуют с материалом, превалируют эффект генерирования электронных пар и комптоновский эффект, при этом зависимость между коэффициентом ослабления, соответствующим эффекту генерирования электронных пар, и атомным номером соответствует μpair∞Z, что делает чувствительность способа со сдвоенной энергией слишком низкой для того, чтобы находить различия между различными атомными номерами в диапазоне высоких энергий, принимая во внимание тот факт, что требования к точности системы распознавания являются очень высокими. В патенте США No.6069936 и в международной заявке WO 0043760 раскрыто использование единственного источника рентгеновского излучения с высокой энергией, причем два рентгеновских пучка, имеющие различные энергетические спектры, получают за счет поглощения специфического материала. Однако, так как единственный источник рентгеновского излучения с высокой энергией генерирует только один исходный энергетический спектр, энергетические спектры двух рентгеновских пучков, полученных за счет поглощения специфического материала, будут становиться главным образом одинаковыми после того, как два рентгеновских пучка, имеющие различные энергетические спектры, проходят через проверяемый объект с большой массовой толщиной и соответствующим образом ослабляются. В этот момент невозможно распознать атомный номер материала. Если же два рентгеновских пучка с высокой энергией, имеющие различные исходные энергетические уровни и спектры, генерировать соответственно за счет использования двух источников излучения, чтобы надежно идентифицировать материал, то система становится слишком сложной и дорогой.

Поэтому ранее считали невозможным проведение проверки объектов больших размеров и распознавания материала за счет использования способа со сдвоенной энергией в диапазоне высоких энергий.

Краткое изложение изобретения

Настоящее изобретение позволяет решить проблемы известного уровня техники. Задачей настоящего изобретения является создание линейного ускорителя электронов и способа для генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, а также к созданию системы распознавания материала, которая позволяет поочередно генерировать электронные пучки, имеющие различные энергетические спектры, энергетические уровни которых отличаются друг от друга, и поочередно генерировать рентгеновские лучи, имеющие различные энергетические спектры, за счет столкновения электронного пучка с мишенью. За счет взаимодействия рентгеновских лучей с двумя энергетическими уровнями с материалом (веществом), появляется возможность проведения неразрушающего контроля объектов большого и среднего размера и распознавания их материала.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, которое содержит: средство импульсной модуляции, предназначенное для генерирования первого импульсного напряжения, второго импульсного напряжения, третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство генерирования электронного пучка, предназначенное для генерирования первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования микроволны, предназначенное для генерирования первой микроволны, имеющей первую мощность, и второй микроволны, имеющей вторую мощность, соответственно, на основании третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство ускорения электронного пучка, предназначенное для ускорения первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и мишень, предназначенную для соударения с ней ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, средство генерирования электронного пучка содержит электронную пушку с управляющей сеткой, а средство импульсной модуляции содержит источник энергии, в котором амплитуды импульсов сетки периодически изменяются.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, нагрузка первого пучка больше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность меньше, чем вторая мощность.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, нагрузка первого пучка меньше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность больше, чем вторая мощность.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, средство генерирования микроволны поочередно изменяет напряженность магнитного поля, синхронно с третьим импульсным напряжением и с четвертым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну и вторую микроволну.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, средство генерирования микроволны представляет собой магнетрон или клистрон.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, средство ускорения электронного пучка представляет собой лампу бегущей волны или лампу стоячей волны.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается система распознавания материала, которая содержит: описанное выше устройство; средство синхронизации, предназначенное для генерирования сигнала синхронизации; средство обнаружения, предназначенное для обнаружения рентгеновских лучей после того, как первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, генерированные при помощи устройства, взаимодействуют с проверяемым объектом, на основании сигнала синхронизации, генерируемого при помощи средства синхронизации, чтобы генерировать цифровые сигналы; и средство обработки изображений и распознавания материала, предназначенное для классифицирования цифровых сигналов от проверяемого объекта при сравнении с заданной градуировочной (калибровочной) кривой, чтобы распознать материал проверяемого объекта.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, которое содержит: средство импульсной модуляции для генерирования первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования электронного пучка, предназначенное для генерирования первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования микроволны, предназначенное для изменения напряженности магнитного поля синхронно с первым импульсным напряжением и со вторым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну, имеющую первую мощность, и вторую микроволну, имеющую вторую мощность; средство ускорения электронного пучка, предназначенное для ускорения первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и мишень, предназначенную для соударения с ней ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, который включает в себя следующие операции: генерирование первого импульсного напряжения, второго импульсного напряжения, третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; генерирование первого электронного пучка, имеющего первую нагрузку пучка, и второго электронного пучка, имеющего вторую нагрузку пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; генерирование первой микроволны, имеющей первую мощность, и второй микроволны, имеющей вторую мощность, соответственно, на основании третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; ускорение первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и соударение с мишенью ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни.

В результате, могут быть получены ускоренные электронные пучки, имеющие различные энергетические уровни, за счет синхронного изменения интенсивности нагрузки пучка ускорителя. Между тем, различие энергетических уровней между двумя ускоренными электронными пучками может быть дополнительно увеличено (расширено) за счет синхронного изменения микроволновой мощности, вводимой в лампу (трубку) ускорителя. Рентгеновские лучи, которые получают за счет столкновения с мишенью двух электронных пучков, имеющих различные энергетические уровни, имеют большие различия между энергетическими уровнями, то есть большие различия между энергетическими спектрами двух рентгеновских пучков.

В соответствии с настоящим изобретением, за счет изменения заданных параметров, позволяющих изменять импульсные напряжения электронной пушки и микроволновую мощность, могут быть получены электронные пучки, имеющие различные энергетические уровни, и, следовательно, рентгеновские лучи, имеющие различные энергетические уровни. Это не требует проведения конструктивных изменений в ускорителе и соответствует требованиям, предъявляемым в различных применениях.

Кроме того, поочередно генерируемые рентгеновские лучи с высокой энергией, имеющие большие различия энергии, позволяют осуществить с высокой точностью процесс распознавания материала для объектов большого и среднего размеров.

Более того, настоящее изобретение позволяет осуществлять быстрое переключение между двумя различными энергетическими уровнями за счет схемных решений, что позволяет преодолеть ограничения обычных механических конструкций для переключения энергии, связанные с ограниченной скоростью переключения механического переключателя между двумя различными энергетическими уровнями, который к тому же имеет малый срок службы.

Краткое описание чертежей

На фиг.1А показаны характеристики испускания электронов электронной пушкой (электронным прожектором).

На фиг.1В схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при изменении нагрузки пучка (тока пучка).

На фиг.1C схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при изменении подводимой микроволновой мощности.

На фиг.2 схематично показана диаграмма параметрической зависимости между соответствующими основными системами ускорителя при поочередном генерировании рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.3 схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при одновременном изменении нагрузки пучка и подводимой микроволновой мощности.

На фиг.4А показана блок-схема линейного ускорителя электронов в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.4В показана блок-схема биполярной электронной пушки, к которой подводится питание с временным разделением при помощи двух имеющих небольшой размер ограничителей с резким порогом, которые образуют импульсный модулятор 401, соответствующий показанному на фиг.4А, и выдают различные напряжения.

На фиг.5 схематично показан график различия энергетических спектров между рентгеновскими лучами, имеющими два различных энергетических уровня, которые генерированы при помощи линейного ускорителя электронов в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.6 показана блок-схема системы распознавания, которая позволяет производить неразрушающий контроль контейнерных грузов и которая позволяет внедрить способ распознавания материала за счет использования линейного ускорителя электронов в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Далее вариант настоящего изобретения будет описан подробно со ссылкой на чертежи.

На фиг.1А показаны характеристики испускания электронов электронной пушкой. На фиг.1В схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при изменении нагрузки пучка. На фиг.1C схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при изменении подводимой микроволновой мощности. На фиг.2 схематично показана диаграмма параметрической зависимости между соответствующими основными системами ускорителя при поочередном генерировании рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения.

Как это показано на фиг.1А, электронная пушка имеет различные способности испускания электронов при различных амплитудах напряжения. Импульсный модулятор для управления электронной пушкой генерирует высокие напряжения, имеющие две различные амплитуды, в результате чего электронная пушка испускает электронные пучки, имеющие различные силы тока, то есть электронные пучки, имеющие различные нагрузки пучков, как это показано на фиг.2.

Нагрузка пучка может быть выражена формулой Е=√АР-BI, в которой Е представляет собой энергию ускоренных электронов, I представляет собой интенсивность пучка ускоренных электронов, Р представляет собой микроволновую мощность, подводимую к секции ускорения, а А и В представляют собой постоянные коэффициенты. В соответствии с нагрузкой пучка, различные электронные пучки могут быть ускорены, чтобы получить имеющие высокую энергию электронные пучки с различными энергетическими уровнями.

На фиг.1В схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при изменении нагрузки пучка. Как это показано в виде кривой 2 на фиг.1В, чем выше интенсивность нагрузки пучка, тем меньше энергия, полученная за счет ускорения пучка в лампе ускорителя. Когда интенсивность импульсного электронного пучка является высокой, то есть когда интенсивность нагрузки пучка является высокой, небольшая микроволновая мощность вводится в лампу ускорителя, в результате чего получают электронный пучок с относительно низким энергетическим уровнем. Наоборот, когда интенсивность нагрузки электронного пучка является низкой, подводится большая микроволновая мощность, в результате чего получают электронный пучок, имеющий относительно высокий энергетический уровень.

На фиг.3 схематично показан график изменения энергии ускоренного электрона при одновременном изменении нагрузки пучка и подводимой микроволновой мощности. Как это показано на фиг.3, если подводимую микроволновую мощность изменять синхронно с изменением нагрузки пучка, то в конечном счете энергия, полученная за счет ускорения электронных пучков, будет дополнительно изменяться, в результате чего получают большее различие энергий между ускоренными электронными пучками, имеющими две различные нагрузки пучков.

Таким образом, если первый и второй электронные пучки, которые имеют нагрузки пучков 10а и 11а соответственно, ускорены при совершенно одинаковых условиях, то будут получены два электронных пучка, имеющие различные энергетические уровни. При этом, микроволновая мощность, вводимая в лампу ускорителя, изменяется так, чтобы получить первую и вторую микроволны, имеющие микроволновые мощности 10b и 11b соответственно. Как это показано на фиг.2, мощность первой микроволны больше, чем второй микроволны.

Кривая 3 на фиг.1C показывает зависимость энергии ускорения пучка при помощи лампы ускорителя от различных подводимых микроволновых мощностей. Как это показано на фиг.1C, когда нагрузка пучка является фиксированной, то чем больше подводимая микроволновая мощность, тем больше энергия, полученная за счет ускорения пучка. Если система работает в первом режиме, то есть в режиме высокой энергии, то первый электронный пучок, имеющий нагрузку пучка 10а, ускоряется при помощи первой микроволны, имеющей микроволновую мощность 10b, чтобы получить электронный пучок с высокой энергией, имеющий энергию 10с электронного пучка. Затем электронный пучок с высокой энергией соударяется с мишенью, чтобы генерировать рентгеновский луч с высокой энергией 10d.

Если система работает во втором режиме, то есть в режиме низкой энергии, то вторую микроволну, имеющую мощность 11b, амплитуда которой меньше, чем мощность 10b первой микроволны, подают в лампу ускорителя. Второй электронный пучок, имеющий нагрузку пучка 11а, ускоряют для того, чтобы получить электронный пучок с низкой энергией, имеющий энергию 11с электронного пучка. Затем электронный пучок с низкой энергией соударяется с мишенью, чтобы генерировать рентгеновский луч с низкой энергией 11d. Указанным образом система поочередно совершает переключение от режима высокой энергии к режиму низкой энергии, чтобы генерировать рентгеновские лучи, энергетические уровни которых поочередно изменяются.

На фиг.4А показана блок-схема линейного ускорителя электронов в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения. Как это показано на фиг.4А, линейный ускоритель 400 электронов поочередно генерирует рентгеновские лучи со сдвоенной энергией. Линейный ускоритель 400 электронов содержит генератор 403 сигналов, первый и второй импульсные модуляторы 401 и 404, подключенные к выходам генератора 403 сигналов, электронную пушку 402, подключенную к первому импульсному модулятору 401, магнетрон 405, подключенный ко второму импульсному модулятору 404, лампу 406 ускорителя, подключенную к электронной пушке 402, магнетрон 405 и мишень 407, с которой соударяются лучи, генерируемые лампой 406 ускорителя.

Генератор 403 сигналов может генерировать сигналы высокого уровня и низкого уровня с фиксированной частотой, в зависимости от заданных параметров. Первый импульсный модулятор 401 и второй импульсный модулятор 404 вырабатывают высокое напряжение, имеющее различные амплитуды, например, первое высокое напряжение, имеющее первую амплитуду, и второе высокое напряжение, имеющее вторую амплитуду, на основании сигналов, вырабатываемых генератором 403 сигналов. В зависимости от построения системы, функции первого импульсного модулятора 401 и второго импульсного модулятора 404 могут быть выполнены при помощи единственного импульсного модулятора. Как это показано на фиг.4А, первый импульсный модулятор 401 подает выходное напряжение HV1 или LV1 с различными амплитудами на электронную пушку 402, а второй импульсный модулятор 401 подает выходное напряжение HV2 или LV2 с различными амплитудами на магнетрон 405, на основании сигнала синхронизации. Здесь, в случае электронной пушки с управляющей сеткой, первый импульсный модулятор 401 и второй импульсный модулятор 404 могут подводить мощность к электронной пушке за счет периодического изменения амплитуды импульсов, подаваемых на сетку, а в случае биполярной электронной пушки 402 мощность может подводиться с временным разделением сигналов при помощи двух имеющих малый размер ламповых импульсных модуляторов с резким порогом (ограничителей с резким порогом), которые выдают различные напряжения. Периоды повторения импульсов, вырабатываемых первым и вторым импульсными модуляторами, могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга.

На фиг.4В показана блок-схема биполярной электронной пушки, мощность к которой подводится с временным разделением сигналов при помощи двух имеющих малый размер ламповых импульсных модуляторов с резким порогом (ограничителей с резким порогом), которые образуют импульсный модулятор 401, показанный на фиг.4А, и выдают различные напряжения. Как это показано на фиг.4В, выходы силовых источников 1 и 2 высокого напряжения подключены к схеме управления электронной пушкой, которая подключена к схеме импульсной синхронизации и управления переключением. На основании внешних сигналов синхронизации 1 и 2, схема импульсной синхронизации и управления переключением управляет модулем 401а и модулем 401b, так чтобы получить высокое напряжение HV1 и относительно низкое напряжение LV1, соответственно. В зависимости от различных амплитуд напряжения, электронная пушка 402 испускает электронные пучки с нагрузкой пучка 10а или 11а. Второй импульсный модулятор 404, который подает напряжение на магнетрон, имеет меньший размер, чем первый импульсный модулятор 401, и содержит два модуля (не показаны), с выходов которых получают соответствующие напряжения HV2 и LV2, имеющие различные амплитуды. Таким образом, силовые источники 1 и 2 высокого напряжения подключены к схеме импульсной синхронизации и управления переключением, чтобы управлять подачей мощности на магнетрон с использованием временного разделения сигналов.

Напряжения HV2 и LV2, имеющие высокую и низкую амплитуды, которые поочередно появляются на выходе второго импульсного модулятора 404, вызывают периодические изменения рабочего тока магнетрона 405, так чтобы поочередно получать микроволны, имеющие различные мощности, при этом первая микроволна имеет амплитуду 10b, а вторая микроволна имеет амплитуду 11b. Кроме того, в соответствии с другим вариантом, управление магнетроном 405 может осуществляться так, чтобы создаваемая им интенсивность магнитного поля периодически изменялась между высоким и низким уровнями, синхронно с импульсом рабочего тока, так чтобы поочередно получать микроволны, имеющие различные мощности.

Таким образом, микроволны, имеющие различные мощности, могут быть получены при помощи двух способов следующим образом:

1. Импульсный модулятор генерирует импульсы, имеющие высокие и низкие амплитуды напряжения, и поочередно подает их на магнетрон, чтобы вызывать изменения рабочего тока магнетрона между высоким и низким уровнями.

2. Интенсивность магнитного поля магнетрона периодически изменяется между высоким и низким уровнями, синхронно с импульсами рабочего тока.

За счет использования обоих способов или любого из них, может быть осуществлено периодическое изменение импульсной мощности микроволны, получаемой на выходе магнетрона.

На основании сигнала синхронизации, магнетрон 405 вырабатывает микроволны, имеющие различные мощности, такие как первая или вторая микроволны, имеющие мощности 10b или 11b, которые поступают на лампу 406 ускорителя, например, на лампу бегущей волны или на лампу стоячей волны, для ускорения первого или второго электронного пучка, имеющего нагрузку пучка 10а или 10b. Что касается синхронизации ускорения в соответствии с фиг.2, первый или второй электронный пучок ускоряется внутри лампы 406 ускорителя, чтобы получить ускоренные электронные пучки, имеющие различные энергетические уровни, например, первый и второй ускоренные электронные пучки, имеющие энергии 10с и 11с, соответственно. Затем, ускоренные электронные пучки, имеющие различные энергетические уровни, используют для поочередного соударения с мишенью 407, чтобы генерировать рентгеновские пучки, имеющие чередующиеся высокий и низкий энергетические уровни, такие как первый и второй рентгеновские пучки, имеющие энергию 10d и 11d.

В результате, ускоренные электронные пучки, имеющие различные энергетические уровни, могут быть получены за счет изменения интенсивности нагрузки пучка ускорителя. Между тем, разность энергетических уровней между двумя ускоренными электронными пучками может быть дополнительно увеличена (расширена) за счет синхронного изменения мощности микроволны, вводимой в лампу ускорителя. Рентгеновские лучи, которые получают за счет соударения с мишенью двух электронных пучков, имеющих различные энергетические уровни, будут иметь большую разность энергетических уровней. Таким образом, энергетические спектры двух рентгеновских пучков будут иметь большое различие. На фиг.5 показаны энергетические спектры рентгеновских лучей, когда рентгеновские лучи, имеющие высокую энергию 9 MeV и низкую энергию 6 MeV, получают на выходе ускорителя сдвоенной энергии, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Кривая 51 отображает спектр энергии для луча с низкой энергией 6 MeV, а кривая 52 отображает спектр энергии для луча с высокой энергией 9 MeV. Из рассмотрения фиг.5 легко понять, что энергетические уровни двух непрерывных спектров сильно отличаются друг от друга.

На фиг.6 показана блок-схема системы контроля (распознавания), которая позволяет производить неразрушающий контроль контейнерных грузов и которая позволяет внедрить способ распознавания материала за счет использования линейного ускорителя электронов в соответствии с настоящим изобретением. Как это показано на фиг.6, блок 605 синхронизации подключен к ускорителю 400 и к детектору 603 и подает на них сигналы 600 высокого и низкого уровней, вырабатываемые на основании заданных параметров. В соответствии с сигналами синхронизации, ускоритель 400 поочередно генерирует рентгеновские пучки 606, имеющие высокий и низкий энергетические уровни, которые получают форму веера после прохождения через коллиматор 601.

Затем имеющие форму веера рентгеновские пучки, имеющие высокий и низкий энергетические уровни, взаимодействуют с проверяемым объектом, главным образом в одном и том же положении, после чего собираются при помощи детектора 603, который соединен с системой 604 обработки изображений и распознавания материала, которая выдает цифровые сигналы. Проверяемый объект движется с некоторой скоростью в направлении, показанном стрелкой на фиг.6, так что имеется различие между положениями, в которых рентгеновские пучки, имеющие соответственно высокий и низкий энергетические уровни, взаимодействуют с проверяемым объектом, однако это различие является незначительным и можно считать, что указанные пучки взаимодействуют с проверяемым объектом в одном и том же положении. Таким образом, система 604 обработки изображений и распознавания материала позволяет получать значения D1 и D2 сигнала обнаружения для высокого и низкого энергетических уровней после взаимодействия с проверяемым объектом 602 главным образом в одном и том же положении.

Затем, на основании зависимости калибровочной кривой ln(D1/D10)-ln(D2/D20)=f(D1) (в которой D10 и D20 представляют собой значения нулевой нагрузки рентгеновских пучков с высокой и низкой энергией соответственно), полученной при сканировании вещества с известными свойствами материала, цифровые сигналы, которые получают после взаимодействия рентгеновских пучков со сдвоенной энергией с проверяемым объектом, классифицируют так, чтобы в конечном счете определить свойства материала проверяемого объекта, такого как органический материал, легкий металл, неорганический материал, тяжелый металл и т.п.

Несмотря на то что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что они не носят ограничительного характера и в них специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки формулы изобретения.

1. Устройство для поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, содержащее средство импульсной модуляции, предназначенное для генерирования первого импульсного напряжения, второго импульсного напряжения, третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство генерирования электронного пучка, предназначенное для генерирования первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования микроволны, предназначенное для генерирования первой микроволны, имеющей первую мощность, и второй микроволны, имеющей вторую мощность, соответственно, на основании третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; средство ускорения электронного пучка, предназначенное для ускорения первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и мишень, предназначенную для соударения с ней ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни.

2. Устройство по п.1, в котором средство генерирования электронного пучка содержит электронную пушку с управляющей сеткой, а средство импульсной модуляции содержит источник энергии, в котором амплитуды импульсов сетки периодически изменяются.

3. Устройство по п.1, в котором нагрузка первого пучка больше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность меньше, чем вторая мощность.

4. Устройство по п.1, в котором нагрузка первого пучка меньше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность больше, чем вторая мощность.

5. Устройство по п.1, в котором средство генерирования микроволны поочередно изменяет напряженность магнитного поля, синхронно с третьим импульсным напряжением и с четвертым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну и вторую микроволну.

6. Устройство по п.1, в котором средство генерирования микроволны представляет собой магнетрон или клистрон.

7. Устройство по п.1, в котором средство ускорения электронного пучка представляет собой лампу бегущей волны или лампу стоячей волны.

8. Система распознавания материала, содержащая устройство по любому из пп.1 -7; средство синхронизации, предназначенное для генерирования сигнала синхронизации; средство обнаружения, предназначенное для обнаружения рентгеновских лучей после того, как первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, генерированные при помощи устройства, взаимодействуют с проверяемым объектом, на основании сигнала синхронизации, генерируемого при помощи средства синхронизации, чтобы генерировать цифровые сигналы; и средство обработки изображений и распознавания материала, предназначенное для классифицирования цифровых сигналов от проверяемого объекта при сравнении с заданной градуировочной кривой, чтобы распознать материал проверяемого объекта.

9. Устройство для поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, содержащее: средство импульсной модуляции для генерирования первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования электронного пучка, предназначенное для генерирования первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; средство генерирования микроволны, предназначенное для изменения напряженности магнитного поля синхронно с первым импульсным напряжением и со вторым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну, имеющую первую мощность, и вторую микроволну, имеющую вторую мощность; средство ускорения электронного пучка, предназначенное для ускорения первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и мишень, предназначенную для соударения с ней ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющие различные энергетические уровни.

10. Устройство по п.9, в котором средство генерирования электронного пучка содержит биполярную электронную пушку, а средство импульсной модуляции содержит два имеющих малые размеры ламповых импульсных модулятора с резким порогом, которые позволяют генерировать выходные напряжения, имеющие различные амплитуды.

11. Устройство по п.9, в котором нагрузка первого пучка больше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность меньше, чем вторая мощность.

12. Устройство по п.9, в котором нагрузка первого пучка меньше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность больше, чем вторая мощность.

13. Устройство по п.9, в котором средство генерирования микроволны представляет собой магнетрон или клистрон.

14. Устройство по п.9, в котором средство ускорения электронного пучка представляет собой лампу бегущей волны или лампу стоячей волны.

15. Система распознавания материала, содержащая устройство по любому из пп.9-14; средство синхронизации для генерирования сигнала синхронизации; средство обнаружения, предназначенное для обнаружения рентгеновских лучей после того, как первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, генерированные при помощи устройства, взаимодействуют с проверяемым объектом, на основании сигнала синхронизации, генерируемого при помощи средства синхронизации, чтобы генерировать цифровые сигналы; и средство обработки изображений и распознавания материала, предназначенное для классифицирования цифровых сигналов от проверяемого объекта при сравнении с заданной градуировочной кривой, чтобы распознать материал проверяемого объекта.

16. Способ поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, включающий в себя следующие операции: генерирование первого импульсного напряжения, второго импульсного напряжения, третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; генерирование первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; генерирование первой микроволны, имеющей первую мощность, и второй микроволны, имеющей вторую мощность, соответственно, на основании третьего импульсного напряжения и четвертого импульсного напряжения; ускорение первого электронного пучка и второго электронного пучка, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и соударение с мишенью ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющих различные энергетические уровни.

17. Способ по п.16, в котором нагрузка первого пучка больше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность меньше, чем вторая мощность.

18. Способ по п.16, в котором нагрузка первого пучка меньше, чем нагрузка, второго пучка, а первая мощность больше, чем вторая мощность.

19. Способ по п.16, в котором напряженность магнитного поля поочередно изменяется, синхронно с третьим импульсным напряжением и с четвертым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну и вторую микроволну.

20. Способ поочередного генерирования рентгеновских лучей, имеющих различные энергетические уровни, включающий в себя следующие операции: генерирование первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; генерирование первого электронного пучка, имеющего нагрузку первого пучка, и второго электронного пучка, имеющего нагрузку второго пучка, соответственно, на основании первого импульсного напряжения и второго импульсного напряжения; изменение напряженности магнитного поля синхронно с первым импульсным напряжением и со вторым импульсным напряжением, чтобы генерировать первую микроволну, имеющую первую мощность, и вторую микроволну, имеющую вторую мощность; ускорение первого и второго электронных пучков, соответственно, с использованием первой микроволны и второй микроволны, чтобы получить ускоренные первый электронный пучок и второй электронный пучок; и соударение с мишенью ускоренного первого электронного пучка и ускоренного второго электронного пучка, чтобы генерировать первый рентгеновский луч и второй рентгеновский луч, имеющих различные энергетические уровни.

21. Способ по п.20, в котором нагрузка первого пучка больше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность меньше, чем вторая мощность.

22. Способ по п.20, в котором нагрузка первого пучка меньше, чем нагрузка второго пучка, а первая мощность больше, чем вторая мощность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским генераторам моноблочного типа. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для лучевой терапии поверхностно расположенных злокачественных новообразований кожи и слизистых оболочек.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с помощью рентгеновского излучения и может быть использовано для контроля материалов и изделий в машиностроении, авиакосмической и оборонной отраслях промышленности.

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к источникам импульсного рентгеновского излучения, предназначенным для использования в медицине, для решения задач рентгенодиагностики, рентгенотерапии, в различных технологических процессах, в частности для дефектоскопии, а также в научных исследованиях.

Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использован для получения рентгеновских изображений, например, в медицине. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к генераторам рентгеновского излучения, используемым для недеструктивной рентгенографии и диагностики

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к мобильным импульсным ускорителям электронов и рентгеновским аппаратам

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к радиографическим сканирующим устройствам, и может быть использовано в сканирующей флюорографии, сканирующей маммографии и сканирующей таможенной интроскопии

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий в различных отраслях машиностроения

Изобретение относится к неразрушающему контролю с использованием рентгеновского излучения и может быть применено для контроля материалов и изделий радиационным методом в авиакосмической промышленности и других отраслях машиностроения

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским сканерам для обследований пациентов

Изобретение относится к электронным кассетам для получения рентгеновского изображения

Ускорительная трубка относится к рентгеновской технике и может быть использована в импульсном рентгеновском ускорителе для получения коротких рентгеновских высокоинтенсивных вспышек для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах. Ускорительная трубка включает изолятор ускорительной трубки 1, контейнер изолятора 2 и герметичный изолирующий корпус 3 диодного узла ускорительной трубки с окном для вывода излучения, внутри которого находится вакуум, разделяющий катод и анод, выполненный в виде стальной трубы 4. Катод 5 выполнен в виде концентрического кольца со сквозными пазами 8 между радиально-ориентированными электродными выступами 7, количество которых не менее трех, (катод с принудительным токораспределением). Анод представляет собой анодный стержень 4, выполненный в виде державки конического вида из железа, со сферической головкой 6, выполненной в виде сферы из вольфрама. Технический результат- повышение равномерности пространственного распределения излучения и стабильности срабатывания ускорительной трубки. 2 з.п.ф-лы., 4 ил.

Изобретение относится к области рентгенотехники. Рентгеновская трубка (1) содержит катод (3), анод (5) и дополнительный электрод (7). При этом дополнительный электрод (7) выполнен так, что вследствие соударения со свободными электронами (27), исходящими от анода (5), дополнительный электрод (7) отрицательно заряжается до электрического потенциала, уровень которого находится между уровнем потенциала катода и уровнем потенциала анода. Дополнительный электрод (7) может быть пассивным, т.е. по существу электрически изолированным и не соединенным с активным внешним источником напряжения. Дополнительный электрод (7) может выполнять функцию ионного насоса, удаляя ионы из первичного электронного пучка (21), а кроме того, устраняя атомы остаточного газа в пределах корпуса (11) рентгеновской трубки (1). Для дополнительного повышения способности дополнительного электрода (7) по откачке ионов в окрестности дополнительного электрода (7) может быть установлен генератор (61) магнитного поля. Технический результат - улучшение характеристики фокусировки. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх