Детектирующая матрица

Изобретение относится к средствам получения рентгеновских изображений путем конвертирования рентгеновского излучения в оптический диапазон и последующего преобразования в электрические сигналы. Детектирующая матрица содержит набор фоточувствительных элементов и набор оптических волокон с рентгенолюминесцирующей добавкой, которые помещены в защитную оболочку и находятся в оптическом контакте с набором фоточувствительных элементов, при этом защитная оболочка выполнена из материала, основная рентгенолюминесцентная линия которого удовлетворяет условию EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии материала оболочки оптического волокна. Технический результат – повышение эффективности регистрации излучения и повышение сигнал/шум. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к средствам получения рентгеновских изображений путем конвертирования рентгеновского излучения в оптический диапазон и последующего преобразования в электрические сигналы. Оно может быть использовано в различных устройствах для определения внутренней структуры материалов и изделий в промышленности, в системах контроля багажа и крупногабаритных грузов, а также в научно-исследовательской практике.

Известна детектирующая матрица, выполненная в виде по крайней мере одной микроканальной пластины, содержащей матричные каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, причем оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины [1].

Недостатками данного устройства являются высокая стоимость и техническая сложность исполнения. Другим недостатком указанного устройства является рассеяние света в поликристаллическом люминофоре. Это препятствует возможности увеличения длины пути излучения в люминофоре и снижает эффективность регистрации в жестком рентгеновском диапазоне.

Известна также детектирующая матрица, выполненная в виде светочувствительной матрицы, на которую напыляется слой сцинтиллятора [2]. Недостатком данной системы является ограничение разрешающей способности, связанной с размерами светочувствительной ячейки.

Известна детектирующая матрица для конвертирования ионизирующего и проникающего излучения, в частности рентгеновского излучения, в оптическое излучение с целью получения изображений [3]. Устройство содержит оптоволоконный сцинтиллятор, который в свою очередь может быть соединен с камерой или другим детектирующим устройством, прототип.

Недостатком прототипа является ухудшение пространственного разрешения и яркости выхода люминесцентного сигнала вследствие комптоновского рассеяния падающего излучения.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности регистрации излучения и повышение отношения сигнал/шум. Изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что оболочка оптических волокон изготавливается из материала, для которого выполняется условие EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии металла в оболочке оптического волокна. Поставленная цель достигается также тем, что в качестве люминесцирующего материала в волокне используется тербий. Поставленная цель достигается также тем, что в качестве материала оболочки используется вольфрам. Поставленная цель достигается также тем, что в качестве материала оболочки используется тантал. Поставленная цель достигается также тем, что в качестве материала оболочки используется сплав вольфрама и никеля.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем, рентгенолюминесцирующие оптические волокна, покрытые оболочкой из материала, удовлетворяющего вышеуказанным требованиям, собираются в оптоволоконную шайбу либо фокон, который в свою очередь с одной стороны покрывается отражательным слоем, а с другой стороны присоединяется к набору светочувствительных элементов.

Работа устройства поясняется с помощью фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично показан продольный разрез устройства. На фиг. 2 схематично показан поперечный разрез устройства. На фиг. 3. показан ход рассеянных лучей в оптическом волокне.

Детектирующая матрица содержит следующие элементы: набор оптических волокон (1), помещенных в оболочку (2), и детектор оптического излучения (3). Детектор оптического излучения (3) содержит набор фоточувствительных элементов (4), например фотодиодов, которые контактируют с торцами рентгенолюминесцирующих оптических волокон (1) через переходный оптический слой (6). На входную сторону детектирующей матрицы нанесен тонкий слой (5), отражающий оптическое излучение.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Рентгеновское излучение (7) почти без поглощения проходит через тонкий отражательный слой (5), затем по мере прохождения рентгеновского излучения (7) через люминесцирующее оптическое волокно (1) генерируется оптическое излучение, которое распространяется в направлении фоточувствительных элементов (4) либо сразу, либо после отражения от отражательного слоя (5). После того как оптический сигнал доставляется при помощи волокна к фоточувствительному элементу (4), информация обрабатывается при помощи электроники (3). Сгенерированное оптическое излучение (10) остается внутри оптического волокна за счет отражения от границы раздела оптическое волокно (1) - оболочка оптического волокна (2).

Выполнение условия EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии металла в оболочке оптического волокна, приводит к эффективному понижению длины свободного пробега в волокне и, как следствие, повышению коэффициента поглощения для линии EL. Зависимость длины свободного пробега рентгеновских фотонов от энергии в тербии показана на рис. 4. В частности, при EL=1.1EK длина свободного пробега примерно в 4 раза меньше, чем при 0.9EK и 1.7EK

Довольно большая часть исходного рентгеновского излучения (7) поглощается в оболочке волокна (11). Значительная часть поглощенной энергии приводит к генерации вторичного (12) излучения на характеристических линиях флуоресценции материала, из которого сделана оболочка. Благодаря выполнению условия EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии металла в оболочке оптического волокна, флуоресцентное излучение оболочки поглощается в волокне с высокой эффективностью, что приводит к дополнительному свечению волокон и увеличению эффективного сигнала.

По мере прохождения через оптическое волокно (1) рентгеновское излучения (7) начинает отклоняться от первоначального направления за счет комптоновского рассеяния (8). Чтобы избежать размытия оптического изображения за счет проникновения рассеянного рентгеновского излучения в соседние волокна, для изготовления оболочки оптического волокна (2) желательно использовать материал с высоким эффективным Z, с целью обеспечения высокого коэффициента поглощения рентгеновского излучения в оболочке.

Рассеянное рентгеновское излучение (8), поглощаясь в оболочке, также приводит к генерации в оболочке флуоресцентного рентгеновского излучения (9). Значительная часть этого излучения также приходится на характеристические линии флуоресценции материала, из которого сделана оболочка. Поскольку выполняется условие EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии материала в оболочке оптического волокна, это вторичное излучение с высокой эффективностью поглощается люминесцирующим материалом в оптическом волокне, что приводит к повышению яркости свечения в оптическом диапазоне. Также за счет высокого значения Z материала оболочки рассеянное излучение эффективно поглощается в оболочке, не допуская проникновения излучения в соседние волокна, что приводит к уменьшению уровня фона и, как следствие, повышению отношения сигнал/шум

Для технической реализации устройства можно использовать существующее на сегодняшний день люминесцирующее оптическое волокно [4] с осажденным на него химическим методом танталом.

Таким образом применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить эффективности регистрации рентгеновского излучения и преобразования рентгеновского излучения в оптическое излучение. Например, для волокна с добавкой Tb диаметром 50 мкм и оболочки, выполненной из Та толщиной 20 мкм, расчетное увеличение оптического сигнала при детектировании излучения с энергией 70 кЭв составляет порядка 15-20%. При этом снижение фона рассеянного излучения в диапазоне энергий 40-70 кЭв в результате поглощения в оболочке из Та составляет порядка 20%, при этом эффективная толщина Та, учитываемая при расчете поглощения оказывается существенно больше толщины оболочки, поскольку углы рассеяния не достигают высоких значений. В расчете был использован угол в 30°. Это обеспечивает повышение контраста рентгеновского изображения и соответственно чувствительности контроля.

Литература

1. Патент Российской Федерации № RU 2391649 С1, 2008 г.

2. Патент Соединенных Штатов Америки US 20150378033 A1, 2013 г.

3. Патент Соединенных Штатов Америки US 5594253 A, 1994 г.

4. Proceedings of the "Science of the Future" Conference - Kazan 2016 "Yttrium-aluminoborate glasses containing Tb2O3, Ce2O3 and Sb2O3 for visualization of UV and X-ray radiation"

1. Детектирующая матрица, содержащая набор фоточувствительных элементов и набор оптических волокон с рентгенолюминесцирующей добавкой, которые помещены в защитную оболочку и находятся в оптическом контакте с набором фоточувствительных элементов, отличающаяся тем, что защитная оболочка выполнена из материала, основная рентгенолюминесцентная линия которого удовлетворяет условию EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии материала оболочки оптического волокна.

2. Детектирующая рентгеновская матрица по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне используется тербий.

3. Детектирующая рентгеновская матрица по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве защитной оболочки используется вольфрам.

4. Детектирующая рентгеновская матрица по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве защитной оболочки используется тантал.

5. Детектирующая рентгеновская матрица по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве защитной оболочки используется смесь никеля и вольфрама.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области радиологической визуализации, области эмиссионной томографической визуализации, области детекторов излучения и связанным областям.

Изобретение относится к области регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с получением информации о спектре излучения. Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей сцинтилляционного детектора, повышение технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора.

Группа изобретений относится к формированию временных меток обнаруженных квантов излучения и находит применение в области физики частиц с высокой энергией. Устройство содержит пиксельную матрицу оптического детектора, блок срабатывания метки времени и блок синхронизации.

Группа изобретений относится к медицинской визуализации, а именно к позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Система ПЭТ содержит память, сконфигурированную с возможностью непрерывной записи обнаруживаемых совпадающих пар событий, обнаруживаемых ПЭТ-детекторами, опору субъекта для поддержки субъекта и перемещения в режиме непрерывного движения через поле видения ПЭТ-детекторов, группирующий блок для группировки записанных совпадающих пар в каждый из множества пространственно ограниченных виртуальных кадров на основании времяпролетной информации, при этом обнаруженные события некоторых из обнаруженных совпадающих пар событий расположены в двух разных виртуальных кадрах, и группирующий блок распределяет совпадающую пару событий одному из двух виртуальных кадров, и блок реконструкции сгруппированных совпадающих пар каждого виртуального кадра в изображение кадра и объединения изображений кадров в общее удлиненное изображение.

Изобретение относится к области атомной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации импульсного ионизирующего излучения дополнительно содержит этапы, на которых в качестве чувствительного элемента применяют пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ), первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют.

Группа изобретений относится к керамическим фосвич-детекторам со сплавленными оптическими элементами. Сцинтиллятор содержит большое количество композиций граната в едином блоке, имеющих структурную формулу (1): M1aM2bM3cM4dO12, в которой O представляет собой кислород, М1, М2, М3 и М4 представляет собой первый, второй, третий и четвертый металл, которые отличаются друг от друга, причем сумма a+b+c+d составляет около 8, где «а» имеет значение от 2 до 3,5, «b» - от 0 до 5, «c» - от 0 до 5, «d» - от 0 до 1, где «b» и «c», «b» и «d» или «c» и «d» не могут быть оба равны нулю одновременно, в которой М1 представляет собой редкоземельный элемент, включая гадолиний, иттрий, лютеций или их комбинацию, М2 представляет собой алюминий или бор, М3 представляет собой галлий, а M4 представляет собой ко-допант; где две композиции, имеющие одинаковые структурные формулы, не расположены рядом друг с другом и где единый блок лишен оптических поверхностей раздела между различными композициями.

Изобретение относится к области радиационной безопасности. Дозиметр поисковый содержит блок операционный, состоящий из детекторов гамма- и нейтронного излучений и блока обработки информации, блок индикации, состоящий из блока световой и звуковой сигнализации и дисплея, выносной блок вибрационной сигнализации, причем блок вибрационной сигнализации может стыковаться с блоком индикации с помощью контактного разъемного соединения, при этом блоки операционный и индикации представляют собой индивидуальные ударопрочные корпуса, которые при работе дозиметра без удлинительной штанги стыкуются между собой с помощью дополнительного контактного разъемного соединения, а при работе дозиметра с удлинительной телескопической штангой с проводной линией связи внутри, блок операционный стыкуется с ней в верхней ее части с помощью контактного разъемного соединения, а блок индикации с помощью контактного разъемного соединения стыкуется с ней в нижней ее части возле ручки, образуя при этом проводную электрическую связь между выходом блока обработки информации и входом блока индикации.

Изобретение относится к области урановой промышленности. Способ измерения обогащения в образце урана или его соединениях заключается в измерении скорости генерации в образце гамма-квантов, при этом измеряется скорость мгновенных гамма-квантов с энергией Еγ>4 МэВ, рождающихся только при спонтанном делении ядер урана-235 и 238.

Изобретение относится к термоэкзоэлектронной (ТЭЭ) дозиметрии электронного излучения и может быть пригодно для высокодозной дозиметрии электронного излучения высоких энергий (до 10 МэВ).

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки, а именно к способам поиска и обнаружения источников ионизирующего излучения (ИИИ), и предназначается для поиска точечных источников гамма-излучения.

Группа изобретений относится к области радиологической визуализации, области эмиссионной томографической визуализации, области детекторов излучения и связанным областям.

Группа изобретений относится к области радиологической визуализации, области эмиссионной томографической визуализации, области детекторов излучения и связанным областям.

Изобретение относится к области регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с получением информации о спектре излучения. Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей сцинтилляционного детектора, повышение технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора.

Изобретение относится к области регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с получением информации о спектре излучения. Технический результат – расширение эксплуатационных возможностей сцинтилляционного детектора, повышение технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора.

Изобретение относится к области беспилотных аппаратов и комплексам наблюдения для них. Комплекс наблюдения содержит беспилотный аппарат и мобильный пульт контроля и управления.

Группа изобретений относится к керамическим фосвич-детекторам со сплавленными оптическими элементами. Сцинтиллятор содержит большое количество композиций граната в едином блоке, имеющих структурную формулу (1): M1aM2bM3cM4dO12, в которой O представляет собой кислород, М1, М2, М3 и М4 представляет собой первый, второй, третий и четвертый металл, которые отличаются друг от друга, причем сумма a+b+c+d составляет около 8, где «а» имеет значение от 2 до 3,5, «b» - от 0 до 5, «c» - от 0 до 5, «d» - от 0 до 1, где «b» и «c», «b» и «d» или «c» и «d» не могут быть оба равны нулю одновременно, в которой М1 представляет собой редкоземельный элемент, включая гадолиний, иттрий, лютеций или их комбинацию, М2 представляет собой алюминий или бор, М3 представляет собой галлий, а M4 представляет собой ко-допант; где две композиции, имеющие одинаковые структурные формулы, не расположены рядом друг с другом и где единый блок лишен оптических поверхностей раздела между различными композициями.

Группа изобретений относится к керамическим фосвич-детекторам со сплавленными оптическими элементами. Сцинтиллятор содержит большое количество композиций граната в едином блоке, имеющих структурную формулу (1): M1aM2bM3cM4dO12, в которой O представляет собой кислород, М1, М2, М3 и М4 представляет собой первый, второй, третий и четвертый металл, которые отличаются друг от друга, причем сумма a+b+c+d составляет около 8, где «а» имеет значение от 2 до 3,5, «b» - от 0 до 5, «c» - от 0 до 5, «d» - от 0 до 1, где «b» и «c», «b» и «d» или «c» и «d» не могут быть оба равны нулю одновременно, в которой М1 представляет собой редкоземельный элемент, включая гадолиний, иттрий, лютеций или их комбинацию, М2 представляет собой алюминий или бор, М3 представляет собой галлий, а M4 представляет собой ко-допант; где две композиции, имеющие одинаковые структурные формулы, не расположены рядом друг с другом и где единый блок лишен оптических поверхностей раздела между различными композициями.

Изобретение относится к материалам детекторов для регистрации ионизирующего излучения, а также может быть использовано как оптический материал для ИК-оптики, лазерной техники, акустооптики.

Изобретение относится к композиции сцинтиллятора, содержащей следующие материалы и любые продукты их реакций: материал матрицы, содержащий: первый компонент из по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, состоящей из щелочных металлов и таллия; второй компонент, представляющий собой натрий; третий компонент, представляющий собой лантан; четвертый компонент из по меньшей мере двух элементов, выбранных из группы, состоящей из фтора, хлора и брома, или (ii) из более чем двух элементов, выбранных из группы, состоящей из галогенов; и активатор для материала матрицы, содержащий церий.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к лучевой визуализации. Система содержит множество устройств лучевой визуализации, причем каждое устройство лучевой визуализации содержит панель обнаружения излучения, включающую в себя множество пикселей, выстроенных в двухмерную матрицу, и выполненную с возможностью преобразовывать излучение в сигналы изображения, и кожух, охватывающий панель обнаружения излучения, причем множество устройств лучевой визуализации выстроено так, что часть каждого из устройств лучевой визуализации пространственно перекрывается при наблюдении со стороны облучения излучением, а лучевое изображение получается на основе сигналов изображения от каждого из множества устройств лучевой визуализации.

Изобретение относится к сцинтилляционным неорганическим оксидным монокристаллам со структурой граната, предназначенным для датчиков ионизирующего излучения в задачах медицинской диагностики, экологического мониторинга, неразрушающего контроля и разведке полезных ископаемых, экспериментальной физике, устройствах для измерения в космосе. Монокристалл со структурой граната для сцинтилляционных датчиков представляет собой соединение, описываемое формулой ((Gd1-rYr)1-s-xMesCex)3-z(Ga1-y-qAlyTiq)5+zO12, причем q находится в диапазоне от 0,00003 до 0,02; r находится в диапазоне от 0 до 1; х находится в диапазоне от 0,001 до 0,01; y находится в диапазоне от 0,2 до 0,6; z находится в диапазоне от -0,1 до 0,1; s находится в диапазоне от 0,0001 до 0,1, при этом Me обозначает, по крайней мере, один элемент из ряда Mg, Са, Sr, Ва. Изобретение позволяет увеличить выход сцинтилляций в расширенном интервале температур (от минус 20°C до плюс 50°C) и повысить энергетическое разрешение сцинтилляционных детекторов при регистрации гамма-квантов. Технический результат достигается за счет того, что монокристалл со структурой граната солегирован церием, титаном и элементами второй группы в заданном соотношении. Данный монокристалл получают методом Чохральского с последующим изотермическим отжигом. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 17 пр.

Изобретение относится к средствам получения рентгеновских изображений путем конвертирования рентгеновского излучения в оптический диапазон и последующего преобразования в электрические сигналы. Детектирующая матрица содержит набор фоточувствительных элементов и набор оптических волокон с рентгенолюминесцирующей добавкой, которые помещены в защитную оболочку и находятся в оптическом контакте с набором фоточувствительных элементов, при этом защитная оболочка выполнена из материала, основная рентгенолюминесцентная линия которого удовлетворяет условию EK<EL<1,5EK, где EK - энергия скачка фотопоглощения рентгенолюминесцирующего элемента в оптическом волокне, EL - энергия основной рентгенолюминесцентной линии материала оболочки оптического волокна. Технический результат – повышение эффективности регистрации излучения и повышение сигналшум. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх