Газоразрядный преобразователь рентгеновского изображения в видимое

Газоразрядный преобразователь рентгеновского изображения в видимое

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам получения визуальной информации об объектах с помощью ионизирующих излучений, а именно к газоразрядным преобразователям рентгеновского изображения в видимое . Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум изображения для улучшения качества получаемого изображения за счет улучшения пространственной разрешающей способности преобразователя Скрытое электронное изображение формируется входным электродом на внутреннюю поверхность которого последовательно нанесены слой сцинтиллятора, спектр люминесценции которого лежит в области вакуумного ультрафиопетового (ВУФ) излучения, и фотокатод, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен низковольтный катодолюминофор, а в качестве рабочего газа использован легкий инертный газ с добавкой многоатомного газа спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда Сцинтилллтор выполнен из материала КМдРз толщиной 20 - 100 мкм и с длиной волны, лежащей в ВУФ-области излучения, а фотокатод выполнен из золота которое стойко к окислительно-востановительной реакции Концентрация металла в количестве 0,7-1 6% позволяет устранить влияние ВУФ-излучения разряда на фотокатод, а резистивное соединение катодолюмонофора и фотокатода позволяет повысить предельную частоту работы преобразователя Достоверность результатов контроля увеличивается в 3-7 раз. 3 з п ф-лы.4 ил сл с о со ел ел ю

СОЮЗ COt3B- ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ> 3ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

HPÈ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о (Я

1 д (21) 4680323/25 (22) 18,04.89 (46) 15,03,91. Бюл. М. 10 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова (72) В.Д. Дель, А,К. Зайцев, M.IQ. Кононов, В.К. Кулешов и В.Н. Ланшаков (53) 621.387.424(088.8) (56) Добромыслов В.А., Румянцев С В. Радиационная интроскопия. М.: Атомиэдат, 1972, с, 351.

Приборы для нераэрушающего контроля материалов и изделий. Справочник в 2-х книгах, т. 1, ред. В.В, Клюев, М.: Машиностроение, 1986, с. 352.

Авторское свидетельство СССР

I+ 1085433, кл, Н 01 J 47/22, 1982. (54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ПPЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

В ВИДИМОЕ (57) Изобретение относится к устройствам получения визуальной инфорглации об обьектах с помощью ионизирующих излучений, а именно к газоразрядн ы л и реобразователям рентгеновского иэображения в видимое. Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум изображения для улучшения качества получаемого

Изобретение относится к устройствам получения визуальной информации об обьектах с помощью ионизирующих излучений и может быть использовано в медицинской рентгенодиагностике, а также B нераэрушающем контроле качества ма1ериалов и изделий.

Цель изобретения — улучшение качества изображения за счет повышение отношения

« . Жи„1635152 А1

ts>is G 01 Т 1/20, Н 01 J 47/08 иэображения за счет улучшения пространственной разрешающей способности преобразователя. Скрытое электронное изображение формируется входным электродом. на внутрен>3>о>о поверхность которого последовательно нанесены слой сцинтиллятора, спектр люминесценции которого лежит в области вакуу>лного ультрафиоветового (ВУФ) излучения, и фотокатод, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен низковольтныи катодолюминофор, а в качестве рабочего >аэа использован легкии инертный газ с добавкой многоатомного газа, спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда

Сцинтиллятор выполнен из материала

KMgFg толщиной 20 — 100 мкм и с длиной волны, лежащей в ВУФ-области излучения, а фотокатод >3ûïîëíåí из золота. которое стойко к окислительно-востановительной реакции. Концентрация металла в количестве 0,7-1.6% позволяет устранить влияние

ВУФ-излучения разряда на фотокатод. а резистивное соединение катодолюмонофора и фотокатода позволяет повысить предельную частоту работы преобразователя. Достоверность результатов контроля увеличивается в 3-7 раз. 3 э.п. ф-лы. 4 ил. сигнал-шум анализируемого изображения и повышения пространственной разрешающий способности.

На фиг. 1 представлен вариант конструктивного выполнения ГРП рентгеновского изображения в видимое; на фиг. 2— вариант конструктивного выполнения ГРП. рентгеновского изображения в видимое для

1Ю 5152

55 работы с высокочастотными источниками излучения; на фиг. 3 — кривая зависимости выхода электронов от толщины сцинтиллятора; на фиг, 4 — кривые зависимости изменения флюенса фотоэлектронов, нормированные на 1 мкр от концентрации добавок метана при различных напряженностях электрического поля.

Газоразрядный рентгеновский преобразователь ГРП изображения в видимое содержит заполненный газом рабочий обьем, ограниченный рамкой и двумя плоскопараллельными электродами, один из которых прозрачный для видимого света, последовательно наносе)<ы слой сцинтиллятора и фотокатод, на I<слой низковольтного ;ITnpon)o)

При таком исполнении слоев с газоразрядного преобразователя ГРП, ком lTo)!овские и фотоэлектроны которые обраэуюгся в результате взаимодействия pBIITI o)IoBcKoro излучения и сцинтиллятора, имеют з)<а <ительно меньшую длину свободного пробега (плотность сцинтиллятора более чем в 100 раз превышает плотность газа в известном решении), а это не позволяет быстрым электронам уйти от оси первично<о пу

Образованное комптоновским и фогоэле):Iронами световое изображение уже с )леньшей геометрической нереэкостью, чем у известного преобразователя переносится на фотокатод, который формирует скрытое электронное иэображение. Электроны. вышедшие иэ фотокатода, имеют тепловую энерги)а и не могут далеко уйти от оси пу)ка светового изображения. Таким образом, скрытое электронное изображение получается сформированным вблизи плоскости фотокатода, Наличие оптима .ьнг)й толщины кристалла позволяет увел)ч)пь эффективность погло) ения рент еновс кого излучения. Оптимальная толщ;«на определена как максимум выхода вторичных электронов, образовавшихся под действием рентгеновского излучения, из слоя сцинтиллятора и имеет криву)о с максимальным значением в виде плата лежащего в пределах

30 .<5 !

50 от 20-100 мкм. Наличие максимума обьясняется следу)ощим образом.

Число частиц Ila поверхности по<лотителя определяется заряженными частицами, приход<)шими только из заднего полупространства, С увеличением глубины к ним добавляются частицы, приходящие иэ переднего слоя поглотителя между поверхностью и рассматриваемои точкой, это приводит к возрастанию числа частиц.

Одновременно в этом же слое идут процессы поглощения и рассеяния фотонов, что уменьшает число частиц. Таким образом, формирование числа частиц обусловлено двумя противоположно действующими факторами, До некоторой опти лальной глубины преобладает приход электронов, после этой глубины преобладает фактор ослабления пучка первичного излучения. На этой равновесной глубине число частиц принимает максимальное значение.

Для поBb)øения срока службы фîToкатода используется золотая пленка, которая слабо подвержена действию окислительновосстановительной реакции.

Для формирования видимого иэображения на электроды ГРП подается высоковольтный импульс пита)<ия, При развитии электронно-фотонных лавин удельный выход резонансного излучения определяется напряженность)о электрического поля между электродами ГРП и для неона в рабочем диапазоне ))апряженностей (Е = 10 кВ/см, Е =- 20 кБ/см) составляет 120-110 фотонов

»а оди)1 сгободный электрон в лавине.

Флюе))с электронов, выходящих из фотокэтода в газовый промежуток под действием вакцинного ультрафиолета ВУФ излучения разряда, может быть рассчитан.

lloáàíKè метана в количестве 0,7-1,6% (при

Е - 10 кВ/OII 11 Е = 20 кВ/см) практически полностью l)одавляют ВУcD излучение разряда и защищает фотокатод QT образования фотоэлектро))ов под их действием, что зашумляло бы анализируемое изображение.

Гlри 1иботе с высокочастотными источниками излуче)<ия для повышения предельной частоты работы преобразователя слой катодолюминофора электрически соединен с проводящим покрытием прозрачного электрода, конец которого подключен к фотокатоду, а сопротивление резистора выбрано из соотношения

8 5 — — — R<)O.

3 f.С ! где R катодоламинофора;

/r — проводимость; (— толщина слоя;

1635152

S — площадь кагадолюминофора;

f часто1а следования импульсов излучения;

С вЂ” емкость катодолюминофора и прозрачного элок рода, Конструктивно ГРП рентгеновского изображения в видимое состоит иэ входного электрода 1 с нанесенным на него последовательно слоя сцинтиллятора 2 и фотокатода 3, прозрачного электрода 4 с нанесенным на него проводящим покрытием 5 и катодолюминофором 6 с рамкой 7 и газовым наполнением 8.

ГРП рентгеновского изображения в видимое для работы с высокочастотными источниками излучения отличается сопротивлением резистора 9. который подключается между окисной пленкой и фотокатодол1.

На фиг. 4 позициями обозначены: кривая 10 — напряженность электрического поля 10 кБ/см, кривая 11 — при напряженности электрического ноля 20 кБ/сл1, кривая 12 — соответствует 1 выхода фл|оенса фотоэлектронов из фотокатода под действием сцинтиллятора без добавок многоатом <ого газа, при Е - 10 кР/см, Газоразрядный преобразователь рент еновского иэображения в видимое, содержащий заполненный газом рябо«ий обьем, ot pall11

Импульс рентгеновского излучения, прошедший через обьект контроля. взаимодействует с кристаллом сцинтилпятора, в результате чего появляются комптоновские и фотоэлектроны, которые имеют малую пину свободного пробега, что не позволяет им уйти от оси первичного пучка на большое расстояние. Из крупных центров ионизации. образованных вдоль траектории движения электронов первичной ионизации; формируется световое изображение обьекга контроля, которое переносится на фотокатод. Световое излучение, взаимодействуя с атомами фотокатода, формирует скрытое электронное изображение. Энергия электронов, выходящих из фотокатода, порядка тепловой, поэтому они не могут далеко уйти от светового пучка. Наибольшая эффектив5

55 ность взаимодействия рентгеновско<о излучения со сцинтилпятором достигается благодаря оптимизации сцинтиллятора, полученной расчетным путем методол Монте-Карло, кривой обьясняется двумя противоположно действу|ощими факторами, приходом электронов из начальных и последующих слоев, а также факторов ослабления первичного пучка, С точки зрения получения наибольшего тока фотоэлектронов толщину пленки фо1окатода следует выбирать 2,5 нм.

Пленку толщиной 2.5 нм получить с достаточной однородностью и электрической непрерывностью довольно сложно, поэтому на практике толщину пленки вь<бирают не менее 5 нм. При использовании более гопстой пленки уменьшается выход фотоэлектронов, что потребует увеличения падаюц,его светового потока и, следовательно, тот же ток эмиссии будет получаться при большем выделении тепла в пленке.

Для преобразования скрытого электронного изображения. вышедшего из фотокатода, в видимое на электроды ГРП подается высоковольтный импульс напряжения питания, под деиствием которого развиваются электронно-фотонные лавины, Наличие катодолюминофора позволяет их регистрировать. Средняя энергия электроНоВ в лавине для неона лежит выше пороговой границы регистрации катодолюмино<1 ????<?? ?? ?????????????? ???????????? ?? ???????????????????? 0,7-1.6 >

Концентрации добавок метана определены при фпюенсе электронов. выходящих из фотокатода на уровне 0,01 j" где j*— флюенс электронов, выходящих из фотокатода под действием сцинтилпятора, определено в соответствии с известным соотношением, После окончания импульса питания происходит стекание остаточных зарядов с катодолюминесцентного слоя. Для уменьшения времени стекания зарядов и тем самым повышения частоты работы преобразователя катодолюминофор через резистор электрически соединен с фотокатодом.

Таким образом, последовательное нанесение слоя сцинтиллятора и фотокатода на электрод, а также использование легкого

1635152 инерт>ч1го газа с добавкой многоатомного газа, спек1р фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда L1 нанесенным нп

ally f peI»fI0I0 поверхность прозрачного электрода слоя низконольтного катодолюминофора, позволяет получить более нысо:.ое качество иэображения у предлагаемого устройства и повышает достоверность результатон контроля н 3 — 7 раз.

Формула изобретения

1. Газораэрядный преобразователь рентгеновског0 изображения н видимое, содержащий заполненный газом рабочий обьем, огрпниченнь>й рамкой ll двумя плоскопараллельныл1и электрода>1и, один иэ которых прозра illûé для видимого света, отличающийся тем, что c ffefff, улучшения качестнп получаел>о>о изображения зэ счет повышения отношен>1я сигнал/шум анализируемо о изобрпжсния и повышения пространственной разрешающей способности преобразователя, на внутреннюю поверхность нходного,электрода последовательно»энесены слой сцинтилляТ0ра И фоTOКЭ10Л НЭ ННутрС>Ill>оьэ ПОE!Ðpx»:ость прозрачного электрода нанесен слой

»изковольтного кагодолюминофорп, а в качестве рабочего газа использован легкий инертный >аз с добавкой л.>fofoaxorlfloro газа, спектр фотопоглощения которого перекрынает область ультрафиолетово>0 иэл> faния разряда.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения срока

5 службы, фотокатод выполнен н виде пленки из золота толщиной 2,5-5 IIM, и сцинтиллятор of>non>>el> н ниде споя КМОГ-1 толщиной

20-100 нм.

3. Преобразователь по п. 1, о т л ll »о10 шийся тем, что н качестве рабочего газа использован неон с добавкой многоатомного газа метана н количестве 0,7-1,6;4.

4. Преобразователь по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что, с цель>о повышения

15 предельной частоты работы преобразователя, слой катодол>оминофора элек>рически соединен с проводящим покрытиел1 прозрачного электрода, а между фотокатодом и проводящим покрытием подключен рези20 стор с сопротивлением

+ Г об.

3 f С

1 где Rf>r =-p — — обье>1ное сопротивление ка

25 тодол юминофо ра: р — его проводимость;

I — толщина слоя:

S — площадь ка>одел>оминофора;

f — частота следонания импульсон излу30 чения;

С вЂ” ем>.ост>. катодов>оминофсра l1 прозрачного электрода.

1635152

1 2 3 7

Ф 5 б 8

Ясг,2

1 20

+e f5 л

О

1635152

0 5 1О 15 20 Г5 (нставитель В,Костерев

Редактор А.Долинич Гехред M.Ìoðãåíòàë Корректор T.Ìàëåö

Заказ 755 Тираж 308 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отКрытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", . Ужгород, ул.Гагарина, 101