CN104754848B - X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 - Google Patents
X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104754848B CN104754848B CN201310741400.3A CN201310741400A CN104754848B CN 104754848 B CN104754848 B CN 104754848B CN 201310741400 A CN201310741400 A CN 201310741400A CN 104754848 B CN104754848 B CN 104754848B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ray
- target
- collimater
- electronics
- beam current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 16
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 10
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 10
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 10
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 9
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000002594 fluoroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010021703 Indifference Diseases 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/043—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using fluoroscopic examination, with visual observation or video transmission of fluoroscopic images
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
- H01J35/147—Spot size control
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/16—Vessels
- H01J2235/165—Shielding arrangements
- H01J2235/166—Shielding arrangements against electromagnetic radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种X射线发生装置以及具有该装置的X射线透视成像系统，该X射线发生装置具备：电子加速器，包括电子加速单元、安装在所述电子加速单元的一端的电子发射单元、安装在所述电子加速单元的另一端的靶；屏蔽准直装置，包括屏蔽结构以及设置在所述屏蔽结构内的准直器，所述屏蔽结构包围所述靶，来自所述电子发射单元并且被所述电子加速单元加速后的电子束流轰击所述靶产生X射线，所述准直器设置在与轰击所述靶的电子束流构成30度到150度角并且经过靶点的方向上。
Description
技术领域
本发明涉及一种产生X射线束流的装置，特别涉及利用高能电子加速器产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置。
背景技术
X射线在工业无损检测、安全检查等领域具有广泛的应用。对于大型的检测对象，例如锅炉、航天发动机、机场/铁路/海关的大宗货物，对其进行透视检查需要高能X射线，通常使用能量2MeV以上的电子加速器产生。电子加速器产生X射线的基本方法如下：利用电子枪产生电子束流，利用电场对电子束流进行加速使其获得高能量，高能电子束流打靶产生X射线。电子束流打靶产生的X射线通常是以4Π立体角向各个方向发射分布的，不同能量的电子束流打靶产生的X射线在各个发射方向上的强度分布是不相同的，通常电子束流能量越高，前向X射线的强度就越大，而其他方向上的X射线强度相对较小，以靶点为中心，各个方向上的X射线强度为幅度，则X射线强度在立体角度上分布图形为如图3所示的“松果形”。在各种X射线透视成像系统中，并不是4Π立体角上的X射线都利用，通常只利用很小的一部分，许多情况下是利用一个平面上扇形区域内的X射线，是一个薄片状的“平面扇形束”。这种系统如图2所示，由高能电子加速器、屏蔽准直装置、探测器和信号分析与图像处理系统组成，图中虚线箭头组成的即为“平面扇形束”的示意图。“平面扇形束”在高能工业CT、海关集装箱检查系统、车辆检查系统、整列火车透视检查系统、航空货物检查系统、行李包裹检查系统等设备中广泛应用。
现有技术获取“平面扇形束”的方法是，在高能电子加速器的靶的前端使用 “薄缝”型的屏蔽准直器，将绝大部分方向上的X射线屏蔽掉，只让“薄缝”中的X射线透过，成为“平面扇形束”。通常将该“薄缝”设置在靶的正前方，并且在打靶电子束的前进方向上，称为“0度”方向，现有技术利用了电子加速器所产生X射线的最大强度，但是，扇形区域的不同方向上的X射线强度差异很大，例如9MeV的加速器，扇形区域中心0度方向的X射线强度是边缘45度方向的10倍。在图2中所示的X射线透视成像系统经过多年的发展，探测器的性能获得了极大的提高，对X射线的强度要求大大降低，但是，为了提高图像质量，对X射线的品质要求不断提高，例如，希望扇形区域内不同方向上的X射线强度差异比值小于2倍，成为“强度均匀的平面扇形束”。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置，以满足X射线透视成像系统技术发展的需要。
本发明提供一种X射线发生装置，其特征在于，具备：
高能电子加速器，包括电子加速单元、安装在所述电子加速单元的一端的电子发射单元、安装在所述电子加速单元的另一端的靶；以及
屏蔽准直装置，包括屏蔽结构以及设置在所述屏蔽结构内的准直器，
所述屏蔽结构包围所述靶，来自所述电子发射单元并且被所述电子加速单元加速后的电子束流轰击所述靶而产生X射线，
所述准直器设置在与轰击所述靶的电子束流构成30度到150度角并且经过靶点的方向上。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述电子加速器具有2MeV以上的能量。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述准直器是设置在所述屏蔽结构中的平面扇形薄缝。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述电子加速器还包括电子漂移段，所述电子漂移段连接在所述电子加速单元与所述靶之间。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述电子漂移段为小直径管道，该小直径管道的内径大于电子束流的直径并且外径小于所述电子加速单元的外径。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述屏蔽结构由能够阻挡吸收不需要的大部分X射线的材料构成，所述靶是平面结构、球面结构或者其它曲折面结构。
此外，在本发明的X射线发生装置中，所述屏蔽准直装置具有多个所述准直器，多个所述准直器的位置相对经过靶点且与电子束流垂直的平面具有对称性，或者多个所述准直器的位置相对电子束流具有对称性。
本发明提供一种X射线透视成像系统，其特征在于，具备如上所述的X射线发生装置。
本发明主要是提供一种产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置。本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置由能量2MeV以上的高能电子加速器和屏蔽准直装置组成，其准直器设置在相对于打靶电子束流方向偏离30度至150度范围的方向上，并且，准直器的数目为一个和一个以上的多个。
在本发明中，通过将准直器设置在相对于打靶电子束流方向偏离较大角度的方向上，获得的X射线束流具有更好的品质，一是平面内扇形区域各角度方向上X射线的强度更均匀；二是平面内扇形区域X射线的能散更小；三是平面内X射线的靶点为投影靶点，尺寸变小；这三个特性都可以改善X射线透视成像系统的图像质量。由于X射线的均匀性更好，可以大角度引出，提高近距离内的X射线覆盖面积。屏蔽准直装置中设置多个准直器，通过不同的角度和位置关系，可以实现：一是通过不同角度的视角，获得多视角图像；二是不同准直器产生的X射线束流具有不同能量，获得双能量效果，从而分辨受检查对象的物质材料；三是可以通过一台加速器实现双通道检查系统，提高X射线透视成像系统的检查速度和性价比；以及他们的综合，形成双通道/多能量/多视角不同组合的X射线透视成像系统。
附图说明
图1是本发明的X射线发生装置的示意图。
图2是平面扇形高能X射线束流透视成像系统的示意图。
图3是高能电子加速器产生的X射线在不同角度上的强度分布（松果形）的示意图。
图4是不同平面的准直器可获得的平面X射线束流，（A）是A平面的X射线束流，（B）是B平面的X射线束流，（C）是C平面的X射线束流。
图5是图4中的B平面的准直器的剖面结构的示意图。
图6是准直器在不同平面时X射线束流靶点不同投影大小的示意图。
图7是三种不同形状的靶的结构示意图，（A）是平面靶，（B）是球面靶，（C）是L形靶。
图8是示出不同结构的屏蔽准直装置的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地对本发明进行说明。
图1是本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置的示意图。本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置由高能电子加速器1和屏蔽准直装置2组成，其中，高能电子加速器1由电子发射单元101、电子加速单元102以及靶103组成，屏蔽准直装置2由屏蔽结构201和准直器202组成，屏蔽结构2包围靶3，准直器202设置在与打靶电子束流构成30度至150度角并且经过靶点的的方向上。
此外，电子加速器1具有2MeV（百万电子伏特）以上的能量。电子加速器1用于产生高能电子束流E，通常包括电子发射单元101、电子加速单元102、靶103。电子加速器是一个广泛使用的设备，包括高压加速器、感应加速器、回旋加速器、直线加速器等多种类型，基本原理如下：在电源与控制系统的作用下，电子发射单元产生初始电子束流E，电子束流E进入电子加速器单元，被高压电场、感应电场或者微波电场等加速而获得高能量，然后，高能电子束流E轰击靶，在4Π立体角的各个方向均会产生X射线。通常定义电子束流E的运动方向为前向，高能电子束流E打靶产生的X射线的在不同方向上的强度，以前向为最大，随着角度相对前向的偏离的增加，逐渐减小，电子束能量越高，这种变化越明显。例如，能量9MeV的电子束流打靶产生的X射线，如果中心（前向）的X射线强度定义为100％，那么偏离中心5度的方向上的射线强度约73%，偏离10度方向的射线强度约53%，偏离15度方向约40%，偏离30度方向约18%，偏离45度方向约10％，偏离60度方向约7％，偏离90度方向约5％，偏离120度方向约4％，这是一种非常明显的前向集中分布。这种分布以电子束流的运动方向为轴，是一种轴对称分布，如果以电子束流打靶的位置（也称为靶点）为中心，4Π立体角的各个方向上的X射线强度在各角度上的三维分布构成的图形如图3所示，恰似一个松果，称为“松果形”。在图3中，电子束流E打靶，在靶点位置产生向各个方向发射的X射线，X射线的强度的三维分布为松果形，“X－Y－Z”为这个三维分布的坐标轴，定义“X－Y”平面为水平面，另外三个平面A、B、C是与水平面垂直且与电子束流E成不同夹角的观察面。
以靶点为中心，与打靶电子束流E成不同角度的平面去切割这个“松果形”，获得不同的剖面图形，就反映了X射线在该平面内不同角度方向上的二维强度分布，如图4所示。
图4（A）反映了图3中的X射线强度在A平面内的不同角度上的强度分布，由于A平面与电子束流E的夹角为0，所以，A平面内可以看到电子束流E，电子束流E打靶，在靶点位置Ο产生向各个角度发射的X射线，其中前向（0度方向，也是电子束流的运动方向）的X射线强度最大，与0度方向偏离的角度越大，则该方向上X射线的强度就越小。在A平面内，各方向上的X射线强度分布差异最大。例如，在电子束流E的能量为9MeV时，0度方向的X射线强度是45度方向的10倍，是90度方向的20倍。
图4（B）反映了图3中的X射线强度在B平面内的不同角度上的强度分布，平面B与电子束流E的夹角为0度到90度之间，例如是45度，虽然该平面内看不到打靶的电子束流E，但是电子束流E打靶的位置Ο仍然是中心，电子束流E打靶产生的X射线从靶点位置Ο向各个角度发射，仍然是“X－Y”水平面内的强度为最大，定义为0度方向，B平面内相对0度方向偏离的角度越大，X射线的强度就越小。但是，由于B平面内最大的X射线强度也就是“松果形”X射线强度在B平面与电子束流E夹角方向上的强度，例如45度方向上的强度，比A平面内的0度方向小了很多。B平面内各个方向上的X射线强度分布差异较小。例如，在电子束流E的能量为9MeV时，在B平面内，0度方向的X射线强度是90度方向的2倍。
图4（C）反映了图3中的X射线强度在C平面内的不同角度上的强度分布，平面C与电子束流E的夹角为90度。打靶的电子束流E与平面C垂直，打靶的位置Ο仍然是中心，电子束流E打靶产生的X射线从靶点位置Ο向各个角度发射，在各方向上，强度大小一致，均相当于“松果形”的90度方向上的强度。C平面内各个方向上的X射线强度没有差异。
能量为E的电子束流E打靶产生的X射线是一个能量从0到E的连续能谱，不同能量的X射线，在角度分布上也服从一定的规律，即高能量的X射线多分布在前向和小角度范围内，与0度方向偏离的角度越大，该方向上的X射线的平均能量也越低。能谱分布的相关特性在电子加速器技术、高能物理等在专业技术文献中有详细描述。从如上所述的平面A、B、C等不同观察平面获得的X射线的能谱分布也与图4的（A）、（B）、（C）所示的强度分布类似，强度越大的角度，能量也越高。
屏蔽准直装置2包括屏蔽结构201和准直器202，屏蔽结构201由高Z材料（即，高原子序数材料）制成，例如铅、钨、贫铀等，用于阻挡吸收（即，屏蔽）不需要的大部分X射线。X射线穿透物体时遵循指数衰减规律，物体的原子序数越高，密度越大，衰减越快，因此，屏蔽结构201通常采用高Z材料，例如铅、钨、贫铀等中的一种或者多种组合制成，阻挡吸收不需要使用的X射线。高能电子束流打靶产生的X射线的强度分布为“松果形”，因此需要阻挡的X射线在各个角度方向上的强度并不一样，所以，屏蔽结构在各个方向上的厚度也不一样，整体上也是类似于“松果形”。通常，为了加工方便和减少用料，屏蔽结构201在整体上通常为轴对称结构，以打靶电子束流的运动方向为对称轴，各方向的厚度与射线强度对应，外形上通过分段台阶进行近似。当然，只要能达到屏蔽不需要使用的X射线的效果，满足各个方向上的最低厚度要求，屏蔽结构201也可以做成其他任何形状。
此外，屏蔽准直装置2包括屏蔽结构201和准直器202，准直器202是设置在屏蔽结构201中的平面扇形薄缝，用于引出计划使用的X射线，并将X射线限制在所需要的平面形状内。扇形的角点是电子束流打靶的靶点Ο，薄缝的厚度为毫米量级，通常例如为0.5mm至5mm，典型的如2mm。此外，薄缝还可以是具有一定锥度的缝隙，例如靠近靶点位置Ο处缝隙厚度薄，远离靶点位置Ο处缝隙厚度厚，例如靶点处缝隙厚度1.5mm，中段厚度2mm，缝隙出口处厚度2.5mm。准直器202对X射线形状的限制，包括：通过准直器202的薄缝厚度来限制X射线的平面厚度；通过准直器202的扇形张角来限制X射线束流在平面内的发射总张角范围，例如90度；通过准直器202的扇形张角相对“X－Y”水平面的位置来限制X射线束流中心在扇形总角度范围内的相对位置，例如X射线束流中心在0度，扇角范围为－30度至60度，总张角90度。在图5中示出了一种屏蔽准直装置的剖面结构，对应于图3中准直器位于B平面的情形，中心为靶点位置Ο，实体的屏蔽结构201包围靶点，阻挡吸收不用的X射线，准直器202的缝隙为平面扇形，引出需要使用的X射线，扇形以0度为中心，从－45度到＋45度，扇形张角为90度。
在本发明中，准直器202的特征是其所处平面与电子束流E形成夹角，且该夹角的大小范围是30度至150度。如前所述，现有技术都是从正前方（0度或者0度附近）布置准直器，获取平面扇形X射线束流，如图3所示的A平面，从而让最大强度和最高能量的X射线处于平面扇形内。但是，随着现有技术的发展，一方面工业用的高能电子加速器很容易实现大强度的X射线束流，例如同方威视技术股份有限公司生产的Hextron3000，能量9MeV，0度角方向的X射线强度为3000Rad/m.min（拉德每米每分钟），30度角方向的X射线强度为540Rad/m.min，90度角方向的X射线强度也有150Rad/m.min，150度角方向的X射线强度也有120Rad/m.min。另一方面，X射线透视成像系统对X射线的强度要求在不断降低，例如同方威视技术股份有限公司生产的大型集装箱检查系统的各种型号产品，对X射线的强度要求为几个Rad/m.min至上百Rad/m.min。因此，在大角度方向上布置准直器获取平面扇形X射线束流，如图3的B平面和C平面，获得的X射线强度完全可以满足现有产品的应用要求。
在大角度方向上布置准直器，获得的平面扇形X射线束流，其均匀性更好。如前所述，如图4所示，三个准直器分别在A、B、C平面获取X射线束流，都以“X－Y”水平面为0度方向，在从－45度到＋45度（总共90度）的扇形区域内，A平面的准直器获得的平面扇形X射线束流，中心强度是边缘的10倍，B平面的准直器获得的平面扇形X射线束流，中心强度仅仅是边缘的2倍，而C平面的准直器获得的平面扇形X射线束流，各方向上的X射线强度完全一致。
在大角度方向上布置准直器，获得的平面扇形X射线束流，其能谱特性与强度特性类似，通常准直器所在平面与电子束流E夹角越大，X射线束流的平均能量（或者最可积能量）越小，因此，可以通过选择准直器的布置角度来实现对X射线能谱特性的有目的选择。
在大角度方向上布置准直器，获得的平面扇形X射线束流，其X射线的焦点尺寸在平面厚度方向上表现为投影效果，尺寸变小。电子束流E打靶，产生X射线，X射线的焦点尺寸为电子束流E的几何分布，通常为圆形，直径为Φ。不同角度位置的准直器获得的平面扇形X射线束流，在平面厚度方向上的焦点尺寸不同。如图6所示，图6（A）反映了准直器从正前方引出X射线时，相当于从0度方向观察，X射线的焦点在平面扇形厚度方向上的大小为Φ；图6（B）反映了准直器从45度角引出X射线时，相当于从45度方向观察，X射线的焦点在平面扇形厚度方向上的大小为Φ*sin45，约0.7Φ；图6（C）反映了准直器从60度角引出X射线时，相当于从60度方向观察，X射线的焦点在平面扇形厚度方向上的大小为Φ*sin60，即0.5Φ。在使用X射线进行透视成像的系统中，X射线焦点尺寸越小，成像的图像分辨率越高。因此，在大角度方向上布置准直器，有利于缩小焦点尺寸，提高X射线透视成像系统的图像质量。
在本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置中，其中的靶103可以是平面结构、球面结构或者其它曲折面结构。如图7所示，示出了三种不同形状的靶的结构示意图，图7（A）示出了一种平面靶，图7（B）示出了一种球面靶，图7（C）示出了一种L形靶。不同形状的靶，对从不同角度布置的准直器所引出的平面扇形X射线束流的焦点，产生不同的几何影响，本发明推荐灵活选用靶结构，以使发明适合不同的具体应用。
在本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置中，其中的电子加速器1还包括电子漂移段104，连接加速单元102和靶103，电子漂移段104为小直径管道，内径大于电子束流E的直径，外径远小于加速单元102的外径。在电子加速器1中，通常电子加速单元102具有较大的尺寸，当靶103安装在加速单元102的末端时，一方面，在侧后方向（大于90度角方向）对不用的X射线进行屏蔽时，为了保证屏蔽路径上具有足够的屏蔽材料厚度，屏蔽结构201的尺寸较大，成本较高；另一方面，由于受到加速单元102的阻挡，在侧后方向难以引出有用的X射线束流用于透视成像。在加速单元102与靶103之间设置电子漂移段104，通过小直径管道将靶外延，如图1所示，一方面易于屏蔽，降低了屏蔽结构201的体积和成本，另一方面也能在大于90度角的方向上引出平面扇形X射线束流。
在本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置中，其中的准直器202在30度至150度角度范围内具有一个和一个以上的多个，引出一个或多个强度均匀的平面扇形高能X射线束流。图8示出了在本发明中布置一个或多个准直器的几种示例。
图8（A）给出了一种使用一个准直器布置在与电子束流E成90度角方向附近的示例，引出一个在各个角度上强度大小几乎一致的平面扇形高能X射线束流，且该X射线束流在扇形平面厚度方向上具有很小的焦点尺寸。这种产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置可用于普通X射线透视成像系统，有利于改善各角度方向上的成像一致性并提高物品行进方向的分辨率，从而提高图像质量。
图8（B）给出了一种使用两个准直器布置在电子束流E的同一侧，引出两个在各自平面内强度分布相对均匀的平面扇形高能X射线束流，且这两个X射线束流具有不同的引出角度。其中，准直器202a与电子束流E形成的夹角θ1，准直器202b与电子束流E形成的夹角θ2，θ1≠θ2。这种在一个侧面产生两束具有不同视角的强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置可应用于双视角X射线透视成像系统（同方威视技术股份有限公司的多个专利披露了双视角X射线透视成像系统获取具有立体层次信息的透视图像的技术），能提高检查速度并形成具有一定立体层次信息的透视图像，通过本发明装置的使用，可以提高系统的图像质量。
图8（C）给出了一种使用两个准直器分别布置在与电子束流E成小于90度角方向和大于90度角方向的示例，引出两个在各自平面内强度分布相对均匀的平面扇形高能X射线束流，且这两个X射线束流具有明显的能量差异。其中，准直器202a与电子束流E形成的夹角θ1＜90°，引出的X射线束流具有较高的最可积能量；准直器202b与电子束流E形成的夹角θ2＞90°，引出的X射线束流具有较低的最可积能量。这种在一个侧面产生两束能量不同的强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置可用于双能X射线透视成像系统（同方威视技术股份有限公司的多个专利披露了双能技术的优势和应用），在获取受检查对象的形状结构图像同时还可以分辨其物质材料。从而实现使用一个普通的高能单能量电子加速器为射线源就可实现双能检测效果，相比原来必须以双能量电子加速器为射线源的方案，降低了系统复杂度，降低了成本。
图8（D）给出了一种使用两个准直器分别布置在一个与电子束流E垂直平面的两侧并以该平面对称的示例，引出两个在各自平面内强度分布相对均匀的平面扇形高能X射线束流，这两个X射线束流具有明显的能量差异，并相对受检查物体构成对称视角。其中，准直器202a与电子束流E形成的夹角θ1＜90°，引出的X射线束流具有较高的最可积能量；准直器202b与电子束流E形成的夹角θ2＞90°，引出的X射线束流具有较低的最可积能量，并且θ1＋θ2＝180°。这种在一个侧面产生两束能量不同、且相对于90度方向对称的强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置可用于双能/双视角X射线透视成像系统，从而实现使用一个普通的高能单能量电子加速器为射线源就可实现多层次成像和物质分别功能的X射线透视成像系统。
图8（E）给出了一种使用两个准直器分别布置在电子束流E的两侧，并以电子束流E为对称轴形成对称关系的示例，引出两个在各自平面内强度分布相对均匀的平面扇形高能X射线束流，这两个X射线束流具有相同的特性，例如能谱特性、焦点尺寸、射线强度与角分布特性等。其中，准直器202a与电子束流E形成“正”的夹角θ1，准直器202b与电子束流E形成“负”的夹角θ2，并且θ1＋θ2＝0。这种分别在两个侧面产生两个性能完全相同的X射线束流的装置可用于双通道X射线透视成像系统，从而使电子加速器为射线源的X射线透视成像系统在图像质量提高的同时，处理能力成倍增加。
图8（F）给出了一种使用多个准直器分别布置在电子束流E两侧的示例，引出多个在各自平面内强度分布相对均匀的平面扇形高能X射线束流，这多个X射线束流分别具有多种特性，例如，平面内强度分布完全一致，或低能量，或高能量，或小焦点尺寸、不同视角等。准直器202a与电子束流E形成夹角θ1，准直器202b与电子束流E形成夹角θ2，准直器202c与电子束流E形成夹角θ3，准直器202d与电子束流E形成夹角θ4，其中，θ1、θ2、θ3、θ4可以具有某种关系，也可以不构成任何关系，准直器的数目也可以更多。这种分别在两个侧面产生多个X射线束流的装置可用于双能/双视角/双通道等组合功能的X射线透视成像系统。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其限制扇形X射线束流形状的薄缝的厚度可以相同，也可以不同。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其限制扇形X射线束流形状的扇形总张角可以相同，也可以不同。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其限制扇形X射线束流形状的扇形中心线位置可以位于相同平面内，例如“X－Y”水平面，也可以位于不同平面内。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其位置可以布置在电子束流E的一侧，也可以分别布置在电子束流E的两侧。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其位置相对经过靶点与电子束流E垂直的平面具有对称性。
需要特别指出的是，本发明中的多个准直器，其位置相对电子束流E具有对称性。
需要特别指出的是，在本发明的上述描述中，电子加速器1可以产生能量2MeV以上的高能电子束流E，为单一能量，也可以是在不同时刻产生不同能量的双能或者多能电子加速器，则本发明除了可以在不同的空间获得不同能量外，还可以通过不同的时间获得不同能量的X射线束流，总体上是通过空间和时间差异，获得更多种能量的X射线束流。
实施例
（系统组成）
如图1、图3、图5、图7、图8所示，本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置由高能电子加速器1和屏蔽准直装置2组成。其中，电子加速器1包括电子发射单元101、电子加速单元102、电子漂移段104以及靶103，电子发射单元101安装在电子加速单元102的前端，电子漂移段104安装在电子加速单元102的末端，将电子加速单元102和靶103连接。电子加速器1的能量为9MeV，可以产生最大强度为3000Rad/m.min的X射线束流。其中，屏蔽准直装置2包括屏蔽结构201和多个准直器202a、202b、202c、202d，屏蔽结构201包围靶103且由铅材料制成，屏蔽结构201在各个方向上的厚度足以使得该方向上的X射线强度减弱103以上，屏蔽结构201由多个块状体构成，便于加工和装配，准直器202a、202b、202c、202d是屏蔽结构201中的处于不同位置的平面扇形缝隙，扇形缝隙所在的平面均经过靶点位置Ο并且与图8所示的纸面垂直，扇形缝隙的厚度均为2mm，扇形的角点均为靶点位置Ο，扇形的中心线均在“X－Y”水平面上，扇形的总张角均为90°，准直器202a与电子束流E的夹角θ1为45度，准直器202b与电子束流E的夹角θ2为135度，准直器202c与电子束流E的夹角θ3为－60度，准直器202d与电子束流E的夹角θ4为－90度。
（工作原理）
电子加速器1在辅助系统（例如，电源和控制系统）作用下，电子发射单元101产生电子束流E，电子束流E进入到电子加速单元102获得加速，成为高能电子束流E，例如能量9MeV的电子束流E，高能电子束流E通过漂移段104轰击靶103，产生立体空间内各方向上强度分布如图3所示的X射线。屏蔽结构201屏蔽吸收了绝大部分的X射线，准直器202a、202b、202c、202d分别引出4个不同特性的平面扇形X射线束流。准直器202a引出的平面扇形X射线束流能量较高，中心射线强度较大，扇形张角内X射线强度差异较大；准直器202b引出的平面扇形X射线束流能量较低，中心射线强度较小，扇形张角内X射线强度差异较小；准直器202c引出的平面扇形X射线束流能量居中，中心射线强度一般，扇形张角内X射线强度差异较小；准直器202d引出的平面扇形X射线束流能量较小，中心射线强度较小，扇形张角内X射线强度无差异。
本发明的产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置用于X射线透视成像系统，可以在与电子束流E平行的上下两侧（相对图8（F）所述）布置两条检测通道，在上通道中，准直器202a和202b提供两个不同视角且能量和X射线强度差异明显的X射线束流，实现双能量检测效果；在下通道中，准直器202c和202d提供两个不同视角且能量和X射线强度无明显差异的X射线束流，实现双视角检测效果。将本发明应用于X射线透视成像系统，以低成本的普通高能电子加速器为X射线源，实现了提高图像质量、提高检查速度、增加图像的层次感、增加图像的物质分辨能力的多个功能。
（有益效果）
本发明主要是提供一种产生强度均匀的平面扇形高能X射线束流的装置，通过将准直器设置在相对于打靶电子束流方向偏离较大角度的方向上，获得的X射线束流具有更好的品质，一是平面内扇形区域各角度方向上X射线的强度更均匀；二是平面内扇形区域X射线的能散更小；三是平面内X射线的靶点为投影靶点，尺寸变小；这三个特性都可以改善X射线透视成像系统的图像质量。由于X射线的均匀性更好，可以大角度引出，提高近距离内的X射线覆盖面积。屏蔽准直装置中设置多个准直器，通过不同的角度和位置关系，可以实现：一是通过不同角度的视角，获得多视角图像；二是不同准直器产生的X射线束流具有不同能量，获得双能量效果，从而分辨受检查对象的物质材料；三是可以通过一台加速器实现双通道检查系统，提高X射线透视成像系统的检查速度和性价比；以及他们的综合，形成双通道/多能量/多视角不同组合的X射线透视成像系统。
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限于此，能够进行各种变形。并且，应该理解为在本发明的技术思想下进行的各种变形都包括在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种X射线发生装置，其特征在于，具备：
电子加速器，包括电子加速单元、安装在所述电子加速单元的一端的电子发射单元、安装在所述电子加速单元的另一端的靶；以及
屏蔽准直装置，包括屏蔽结构以及设置在所述屏蔽结构内的准直器，
所述屏蔽结构包围所述靶，来自所述电子发射单元并且被所述电子加速单元加速后的电子束流轰击所述靶产生X射线，
所述准直器设置在与轰击所述靶的电子束流构成30度到150度角并且经过靶点的方向上，
所述准直器是设置在所述屏蔽结构中的扇形薄缝，所述扇形薄缝是靠近靶点位置处缝隙厚度薄并且远离靶点位置处缝隙厚度厚的薄缝。
2.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述电子加速器具有2MeV以上的能量。
3.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述电子加速器还包括电子漂移段，所述电子漂移段连接在所述电子加速单元与所述靶之间。
4.如权利要求3所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述电子漂移段为小直径管道，该小直径管道的内径大于电子束流的直径并且外径小于所述电子加速单元的外径。
5.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述屏蔽结构由能够阻挡吸收不需要的大部分X射线的材料构成。
6.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述靶是平面结构、球面结构或者其它曲折面结构。
7.如权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，
所述屏蔽准直装置具有多个所述准直器。
8.如权利要求7所述的X射线发生装置，其特征在于，
多个所述准直器的位置相对经过靶点且与电子束流垂直的平面具有对称性。
9.如权利要求7所述的X射线发生装置，其特征在于，
多个所述准直器的位置相对电子束流具有对称性。
10.一种X射线透视成像系统，其特征在于，具备权利要求1～9的任意一项所述的X射线发生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310741400.3A CN104754848B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 |
| EP14200018.1A EP2889894B1 (en) | 2013-12-30 | 2014-12-23 | X-ray generating apparatus and x-ray fluoroscopy imaging system equipped with the same |
| US14/582,060 US9859087B2 (en) | 2013-12-30 | 2014-12-23 | X-ray generating apparatus and X-ray fluoroscopyimaging system equipped with the same |
| HK15112657.2A HK1212138A1 (zh) | 2013-12-30 | 2015-12-24 | 射線發生裝置以及具有該裝置的 射線透視成像系統 |
| US15/822,219 US10224170B2 (en) | 2013-12-30 | 2017-11-27 | X-ray generating apparatus and X-ray fluoroscopyimaging system equipped with the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310741400.3A CN104754848B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104754848A CN104754848A (zh) | 2015-07-01 |
| CN104754848B true CN104754848B (zh) | 2017-12-08 |
Family
ID=52134040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310741400.3A Active CN104754848B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9859087B2 (zh) |
| EP (1) | EP2889894B1 (zh) |
| CN (1) | CN104754848B (zh) |
| HK (1) | HK1212138A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106370676B (zh) * | 2016-08-30 | 2023-11-14 | 北京华力兴科技发展有限责任公司 | 带准直机构的加速器屏蔽容器及集装箱/车辆检查设备 |
| CN106504812B (zh) * | 2016-12-08 | 2018-10-09 | 清华大学 | 准直器、射线发射装置和检查设备 |
| EP3544678A4 (en) * | 2017-03-31 | 2020-08-12 | Sensus Healthcare, Inc. | THREE-DIMENSIONAL BEAM SHAPING X-RAY SOURCE |
| EP3389055A1 (de) * | 2017-04-11 | 2018-10-17 | Siemens Healthcare GmbH | Röntgeneinrichtung zur erzeugung von hochenergetischer röntgenstrahlung |
| CN108549112A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-18 | 貊大卫 | 一种高速实时x射线计算机断层扫描安检系统 |
| CN109786193A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-21 | 同方威视技术股份有限公司 | 一种x射线源 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1133440A (zh) * | 1995-03-31 | 1996-10-16 | 清华大学 | 自扫描式大型物体辐射检测系统 |
| CN1216109A (zh) * | 1997-01-24 | 1999-05-05 | 匡塔威神公司 | 使用小角度图象测定物体内部结构和组成的检测设备 |
| WO2004010162A2 (en) * | 2002-07-19 | 2004-01-29 | Varian Medical Systems, Inc. | Radiation sources and compact radiation scanning systems |
| CN101329283A (zh) * | 2007-06-21 | 2008-12-24 | 清华大学 | 一种光中子-x射线违禁品检测方法及系统 |
| CN102109474A (zh) * | 2009-12-29 | 2011-06-29 | 同方威视技术股份有限公司 | 基于电子对效应检测材料缺陷的方法及系统 |
| CN202796088U (zh) * | 2012-08-06 | 2013-03-13 | 上海西门子医疗器械有限公司 | 准直器及包括该准直器的x光产品 |
| CN103330570A (zh) * | 2013-04-27 | 2013-10-02 | 中国人民解放军北京军区总医院 | X射线准直器、x射线准直系统及移动ct扫描仪 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1714975A (en) * | 1923-12-10 | 1929-05-28 | Gen Electric | X-ray anode |
| SE390697B (sv) * | 1974-04-10 | 1977-01-17 | Scandiatronix Instr Ab | Anordning for paverkan av energifordelning och rumslig fordelning hos hogenergetisk partikelstralning vid bestralning av en begrensad volym |
| FR2588180A1 (fr) * | 1985-10-08 | 1987-04-10 | Thomson Cgr | Appareil d'examen radiologique |
| JPH06188092A (ja) | 1992-12-17 | 1994-07-08 | Hitachi Ltd | Ｘ線発生用タ−ゲットとｘ線源とｘ線撮像装置 |
| GB9620160D0 (en) * | 1996-09-27 | 1996-11-13 | Bede Scient Instr Ltd | X-ray generator |
| US6366021B1 (en) | 2000-01-06 | 2002-04-02 | Varian Medical Systems, Inc. | Standing wave particle beam accelerator with switchable beam energy |
| US7672426B2 (en) * | 2002-12-04 | 2010-03-02 | Varian Medical Systems, Inc. | Radiation scanning units with reduced detector requirements |
| EP1677254A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-05 | GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH | Method and device for collimating an energy input beam |
| DE102005011467B4 (de) * | 2005-03-12 | 2008-02-28 | Smiths Heimann Gmbh | Kollimator mit einstellbarer Brennweite, hierauf gerichtetes Verfahren sowie Röntgenprüfanlage |
| US7336764B2 (en) * | 2005-10-20 | 2008-02-26 | Agilent Technologies, Inc. | Electron beam accelerator and ceramic stage with electrically-conductive layer or coating therefor |
| TR200904838T1 (tr) * | 2006-12-28 | 2009-10-21 | Nuctech Company Limited | Binoküler steryoskobik taramalı radyografik görüntülemeye ilişkin metot ve sistem |
-
2013
- 2013-12-30 CN CN201310741400.3A patent/CN104754848B/zh active Active
-
2014
- 2014-12-23 US US14/582,060 patent/US9859087B2/en active Active
- 2014-12-23 EP EP14200018.1A patent/EP2889894B1/en active Active
-
2015
- 2015-12-24 HK HK15112657.2A patent/HK1212138A1/zh unknown
-
2017
- 2017-11-27 US US15/822,219 patent/US10224170B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1133440A (zh) * | 1995-03-31 | 1996-10-16 | 清华大学 | 自扫描式大型物体辐射检测系统 |
| CN1216109A (zh) * | 1997-01-24 | 1999-05-05 | 匡塔威神公司 | 使用小角度图象测定物体内部结构和组成的检测设备 |
| WO2004010162A2 (en) * | 2002-07-19 | 2004-01-29 | Varian Medical Systems, Inc. | Radiation sources and compact radiation scanning systems |
| CN101329283A (zh) * | 2007-06-21 | 2008-12-24 | 清华大学 | 一种光中子-x射线违禁品检测方法及系统 |
| CN102109474A (zh) * | 2009-12-29 | 2011-06-29 | 同方威视技术股份有限公司 | 基于电子对效应检测材料缺陷的方法及系统 |
| CN202796088U (zh) * | 2012-08-06 | 2013-03-13 | 上海西门子医疗器械有限公司 | 准直器及包括该准直器的x光产品 |
| CN103330570A (zh) * | 2013-04-27 | 2013-10-02 | 中国人民解放军北京军区总医院 | X射线准直器、x射线准直系统及移动ct扫描仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150187535A1 (en) | 2015-07-02 |
| EP2889894B1 (en) | 2020-05-13 |
| CN104754848A (zh) | 2015-07-01 |
| US20180090294A1 (en) | 2018-03-29 |
| US9859087B2 (en) | 2018-01-02 |
| HK1212138A1 (zh) | 2016-06-03 |
| US10224170B2 (en) | 2019-03-05 |
| EP2889894A1 (en) | 2015-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104754848B (zh) | X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 | |
| Chou et al. | New detectors to explore the lifetime frontier | |
| CN102804326B (zh) | 多视图货物扫描器 | |
| CN104749199B (zh) | 双能/双视角的高能x射线透视成像系统 | |
| US9541510B2 (en) | System and methods for multi-beam inspection of cargo in relative motion | |
| US10481113B2 (en) | X-ray backscatter inspection system | |
| EP2749873B1 (en) | Ct system and detection device for ct system | |
| CN103901057B (zh) | 使用了分布式x射线源的物品检查装置 | |
| US9442213B2 (en) | Method of electron beam transport in an X-ray scanner | |
| US10285252B2 (en) | Dual-energy ray scanning system, scanning method and inspecting system | |
| US7957505B1 (en) | X-ray radiography for container inspection | |
| US10641918B2 (en) | Adaptive cargo inspection based on multi-energy betatron | |
| US9817150B2 (en) | Active charged particle tomography | |
| CN106896121A (zh) | 检测系统和方法 | |
| Tang | Low energy accelerators for cargo inspection | |
| Krauland et al. | An evaluation of high energy bremsstrahlung background in point-projection x-ray radiography experiments | |
| CN203341743U (zh) | 使用了分布式x射线源的物品检查装置 | |
| CN203775508U (zh) | X射线发生装置以及具有该装置的x射线透视成像系统 | |
| CN116087239A (zh) | 一种探测物体内部多元素分布的方法和系统 | |
| Udod et al. | State of the art and development trends of the digital radiography systems for cargo inspection | |
| WO2014182685A1 (en) | Electron beam transport in an x-ray scanner | |
| Sukowski et al. | Monte carlo simulations in ndt | |
| Boettcher | VHE Gamma-Ray Induced Pair Cascades in Blazars and Radio Galaxies: Application to NGC 1275 | |
| Song et al. | Theoretical Study of Gamma-ray Pulsars | |
| CN110927809A (zh) | 特殊核材料检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1212138 Country of ref document: HK |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: GR Ref document number: 1212138 Country of ref document: HK |