CZ201527A3 - Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ201527A3 CZ201527A3 CZ2015-27A CZ201527A CZ201527A3 CZ 201527 A3 CZ201527 A3 CZ 201527A3 CZ 201527 A CZ201527 A CZ 201527A CZ 201527 A3 CZ201527 A3 CZ 201527A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- detector
- electromagnetic radiation
- measured
- primary beam
- measured sample
- Prior art date
Links
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
- G01N23/22—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 measuring secondary emission from the material
- G01N23/223—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 measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0062—Arrangements for scanning
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/60—Analysis of geometric attributes
- G06T7/62—Analysis of geometric attributes of area, perimeter, diameter or volume
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/03—Investigating materials by wave or particle radiation by transmission
- G01N2223/04—Investigating materials by wave or particle radiation by transmission and measuring absorption
-
- 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
-
- 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
- G01N23/06—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 measuring the absorption
- G01N23/083—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 measuring the absorption the radiation being X-rays
-
- 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
- G01N23/22—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 measuring secondary emission from the material
- G01N23/2206—Combination of two or more measurements, at least one measurement being that of secondary emission, e.g. combination of secondary electron [SE] measurement and back-scattered electron [BSE] measurement
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Geometry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Pro objemovou analýzu prvkového složení měřených vzorků (3) je prováděn způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením, kdy je primární svazek (1) elektromagnetického záření zploštěn a zamířen na měřený vzorek (3), ve kterém prozáří měřenou oblast (6). Z měřené oblasti (6) vystupuje fluorescenční záření, které je téměř všechno odstíněno odstriňujícím prostředkem (7), až na sekundární svazek (9), který je propuštěn ke stíněnému detektoru (4) prostupnou oblastí (8) vytvořenou v odstiňujícím prostředku (7). Sekundární svazek (9) promítá obraz měřené oblasti (6) na stíněný detektor (4), který zaznamená data o měřené oblasti (6) a následně se z dat získá prvkové složení měřeného vzorku (3) včetně rozložení koncentrace prvků v objemu vzorku. Zařízení (11) pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence obsahuje zdroj (2) primárního svazku (1) opatřený modelovacím prostředkem pro zploštění primárního svazku (1), odstiňující prostředek (7) uspořádaným mezi měřeným vzorkem (3) a stíněným detektorem (4). Odstiňující prostředek (7) má alespoň jednu propustnou oblast (8) pro průchod fluorescenčního elektromagnetického záření skrz odstiňující prostředek (7) a vytvoření sekundárního svazku (9). Dále je zařízení (11) opatřeno trasmisním detektorem (10) pro detekci změny intenzity primárního svazku (1), jeho rozptylu a difrakce, a dále detektorem (5) pro detekci celkového fluorescenčního záření. Zařízení (11) je opatřeno polohovatelným nosičem (12) měřeného objektu (3), ke kterému je primární svazek (1) úhlově stavitelný.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu pro objemovou analýzu prvkového složení měřených vzorků.
Dosavadní stav techniky
V případech, kdy bylo potřeba zjistit prvkové složení měřeného vzorku, se často používá nedestruktivní metoda spektrometrické analýzy. Spektrometrická analýza pracuje s fyzikálními zákonitostmi, kdy je zkoumán důsledek interakce elektromagnetického záření s měřeným vzorkem. Podle jednotlivých unikátních fluorescenčních spekter chemických prvků obsažených ve vystupujícím sekundárním záření z měřeného vzorku je možné odvodit prvkové složení měřeného vzorku.
Jedním z příkladů je používání rentgenového záření, které při dopadu na měřený vzorek způsobuje fluorescenci atomů ve vzorku. Podle parametrů spektra fluorescenčního záření lze určit koncentrace chemických prvků obsažených v měřeném vzorku.
Rentgenovým zářením vyvolanou fluorescenci využívají například i v patentovém dokumentu US 7 978 820 B2, ve kterém je popsáno zařízení kombinující rentgenem vyvolanou fluorescenci a difrakci rentgenového svazku v krystalické mřížce měřeného vzorku. Zařízení zahrnuje zdroj rentgenového záření, ze kterého vystupuje polychromatický primární svazek záření. Svazek je usměrněn na měřený vzorek, kde dojde kjeho difrakci a je měřeno spektrum záření po difrakci. Tím se získává informace o krystalické struktuře vzorku. Zařízení je dále opatřeno detektorem sekundárního fluorescenčního záření pro spektrometrickou analýzu prvkového složení.
Nevýhody výše uvedených zařízení spočívají vtom, že primární svazek ozařuje celý vzorek a díky tomu fluorescenční záření vystupuje z celého objemu vzorku. Výsledky měření proto obsahují koncentrace prvků obsažených v celém objemu měřeném vzorku. Jejich rozmístění v objemu měřeného vzorku však nemůže být zjištěno.
Při zkoumání zejména větších objektů, je často třeba získat informaci o rozložení koncentrace chemických prvků v ploše nebo objemu vzorku. Toho je dosaženo ozařováním plochy měřeného vzorku úzce kolimovaným zdrojem rentgenového záření bod po bodu. Rentgenovým spektrometrem je v každém bodu detekováno sekundární fluorescenční záření. Jak zdroj rentgenového záření, tak spektrometr jsou polohovány postupně proti celé ploše měřeného vzorku, čímž se získá dvourozměrná mapa prvkového složení vzorku.
Příkladem objektů, kde je požadována znalost rozložení prvků v ploše, nebo v objemu, jsou obrazy. V případě zkoumání vzácných uměleckých děl, konkrétně pigmentů nanesených barev, je nezbytné, aby metody zkoumání nevedly k poškození díla. Proto je rentgenová fluorescenční analýza výhodná. Jsou známa skenovací rentgen-fluorescenční zařízení pro zkoumání malířských děl, kdy je analyzováno prvkové složení malby. Zařízení mají konstrukci pro upevnění planárního měřeného vzorku. Díky znalosti prvkového složení je možné dílo snáze identifikovat a zařadit do časového období, anebo restaurovat.
V případě i několikrát přemalovaných obrazů je tedy možné zjistit chemické prvky obsažené v malbě ve všech vrstvách malby současně, avšak touto metodou již není možné rozlišit jednotlivé vrstvy pigmentů, které obraz obsahuje.
Úkolem vynálezu je vytvoření způsobu a zařízení, které by dokázaly analyzovat rozložení chemických prvků v objemu, které by nevedly k poškození měřeného vzorku, které by byly vhodné pro umělecká díla, jako jsou obrazy a staré knihy, a které by umožnily také i barevnou rekonstrukci přemalovaných maleb podle rozmístění výskytu chemických prvků použitých k tvorbě barevných odstínů. Vynález by měl být vhodný také pro analýzu integrovaných obvodů, kompozitních materiálů, pro zkoumání kvality vrstev barvy, analýzu minerálů, atp.
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen pomocí způsobu trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízením k provádění tohoto způsobu podle tohoto vynálezu.
Způsob skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením zahrnuje nejprve vygenerování primárního svazku elektromagnetického záření ze zdroje. Primární svazek se nasměruje na alespoň jednu část měřeného vzorku, a následně se pomocí alespoň jednoho detektoru detekuje fluorescenční elektromagnetické záření vystupující z materiálu měřeného vzorku. Na základě spektrální analýzy fluorescenčního záření se stanoví prvkové složení měřeného vzorku. Tvar primárního svazku se zploští, aby měl deskovitý tvar, následně se zploštělý primární svazek nasměruje na měřený vzorek pod definovaným úhlem, jehož velikost je v rozmezí od 0° do 90°. Průnik zploštělého primárního svazku a měřeného vzorku tvoří měřenou oblast, uvnitř které se emituje fluorescenční elektromagnetického záření šířící se od měřené oblasti do okolí. Fluorescenční elektromagnetické záření se odstíní pomocí odstiňujícího prostředku uspořádaného mezi měřeným vzorkem a stíněným detektorem. Současně je odstiňující prostředek opatřený alespoň jednou propustnou oblastí pro středově souměrné promítnutí sekundárního svazku fluorescenčního elektromagnetického záření na detektor. Propustná oblast vytvoří na citlivé ploše stíněného detektoru obraz měřené části vzorku. V promítnutém obrazu lze jednoznačné spojit místo dopadu sekundárních fotonů na stíněný detektor s místem vyzáření sekundárních fotonů z měřené oblasti. Stíněný detektor měří v jednotlivých svých pixelech intenzitu a energii dopadajícího sekundárního záření.
Podstata vynálezu spočívá vtom, že je současně se skenováním měřeného vzorku detekováno celkové spektrum fluorescenčního elektromagnetického záření odkrytým detektorem, a dále je transmisním detektorem detekován primární svazek vystupující z měřeného vzorku, zejména jeho intenzita, rozptyl a difrakce a na základě obrazu měřeného stíněným detektorem, odkrytým detektorem, transmisním detektorem, hodnotě definovaného úhlu dopadu primárního svazku a poloze propustné oblasti vůči měřenému vzorku a stíněnému detektoru se určí složení a distribuce prvků v alespoň části objemu měřeného vzorku.
Promítnutí měřené oblasti pomocí středové souměrnosti na stíněný detektor umožňuje skenování pomocí fluorescenčního záření v rámci objemu měřeného vzorku. Výsledný výpočet poskytuje informaci o prvkovém složení a distribuci prvků v objemu celé struktury měřeného vzorku, nikoliv jen data o existenci/neexistenci a naměřené koncentraci prvků vyskytujících se v měřeném vzorku. Pro modelování objemu a mapy rozložení prvků v měřeném vzorku je vhodné získat data o výskytu a koncentraci prvků z odkrytého detektoru. O charakteru materiálu rovněž přinese důležité informace, jak byl primární svazek v průběhu prozařování měřené oblasti pozměněn. Kombinací dat z jednotlivých detektorů lze přesně vymodelovat strukturu a složení měřeného vzorku
V dalším jiném výhodném provedení způsobu skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu se měřený vzorek posouvá v průběhu skenování vůči primárnímu svazku pro naskenování celého objemu měřeného vzorku, nebo je pohyb kinematicky obrácen. U měřených vzorků, které mají velkou plochu, např. umělecké malby, je důležité rozdělit vzorek na více měřených oblastí, načež se výsledky skenování měřených oblastí zkompletují v konečném modelování koncentrace prvků v celém objemu měřeného vzorku.
Součástí tohoto vynálezu je zařízení pro provádění způsobu skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením.
Zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením zahrnuje zdroj primárního svazku elektromagnetického záření pro prozařování měřeného vzorku a dále alespoň jeden detektor elektromagnetického záření pro snímání fluorescenčního elektromagnetického záření vystupujícího z materiálu měřeného vzorku.
Podstata vynálezu spočívá vtom, že zdroj primárního svazkuje opatřen alespoň jedním modelovacím prostředkem pro zploštění primárního svazku. Dále je zařízení opatřeno polohovatelným nosičem měřeného objektu, ke kterému je primární svazek úhlově stavitelný pro definování úhlu dopadu primárního svazku. Zařízení je rovněž opatřeno stíněným detektorem a odstiňujícím prostředkem uspořádaným mezi měřeným vzorkem a stíněným detektorem pro zabránění dopadu veškerého fluorescenčního záření na stíněný detektor, přičemž odstiňující prostředek má alespoň jednu propustnou oblast pro průchod fluorescenčního elektromagnetického záření skrz odstiňující prostředek a promítnutí sekundárního svazku na stíněný detektor. Primární svazek je modelován do deskovitého tvaru a prozařuje měřenou oblast měřeného vzorku. Odstiňující prostředek umožní dopad sekundárního svazku na stíněný detektor v rámci vytvoření inverzního obrazu měřené oblasti na stíněném detektoru nastalou středovou souměrností vycházející z propustné oblasti. Dále je zařízení opatřeno transmisním detektorem pro detekci změny intenzity primárního svazku, jeho rozptylu a difrakce, a dále je opatřeno odkrytým detektorem pro detekci celkového fluorescenčního záření. Pomocí dat zobou detektorů lze přesněji modelovat koncentraci prvků v objemu měřeného vzorku, neboť studiem změny primárního svazku jsou zjištěny fyzikální vlastnosti materiálu a detailní analýzou koncentrace prvků z odkrytého detektoru lze upřesnit údaje o výskytu prvků v objemu vzorku určovaném z dat stíněného detektoru.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu je výška zploštělého primárního svazku v rozmezí od 1 pm do 1 mm. Výška svazku určuje velikost měřené oblasti, proto je důležité, aby byla měnitelná.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu vyzařuje zdroj primárního svazku alespoň jeden druh elektromagnetického záření ze skupiny monochromatické rentgenové záření, polychromatické rentgenové záření, gama záření. Základním požadavkem je, aby elektromagnetické záření mělo dostatek energie k iniciaci fluorescence v materiálu měřeného vzorku. Typ záření je pak vhodně zvolen podle měřeného vzorku a požadovaných výsledků.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu je modelovací prostředek tvořen rentgenovou optikou a/nebo kolimátorem. Záření má tendenci šířit se všemi směry od zdroje, který jej způsobuje, proto se do deskovitého tvaru o dané výšce modeluje pomocí optiky a/nebo kolimátoru.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu je odstiňující prostředek tvořen materiálem absorbujícím elektromagnetické záření a propustná oblast je tvořena otvorem, nebo rentgenovou optikou, nebo kolimátorem. Odstiňující prostředek je tvořen materiálem, který dokáže pohltit elektromagnetické záření a odstínit stíněný detektor, na který se promítá pouze sekundární svazek vystupující z propustné oblasti. Prostupnou oblast může tvořit pouhý otvor, ale pro intenzivnější, kontrastnější a/nebo ostřejší obraz je vhodné používat rentgenovou optiku, či kolimátor.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenováni pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu je detektor pro detekci elektromagnetického zářeni alespoň jeden ze skupiny typů detektorů rentgenový spektrometr, zobrazovací detektor, náboj integrující pixelový detektor, pixelový detektor počítající jednotlivé fotony, energeticky citlivý pixelový detektor.
V jiném výhodném provedení zařízení pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle tohoto vynálezu je polohovatelný nosič a/nebo zdroj motorizovaný pro umožnění kontinuálního měření navazujících měřených oblastí měřeného vzorku. Pro větší měřené vzorky je nezbytné zajistit posuv, aby jednotlivé měřené oblasti na sebe navazovaly a následně byly spojeny do výsledného modelu.
Mezi výhody způsobu trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu se řadí možnost stanovení výskytu a koncentrace prvků v objemu měřeného vzorku, měření změn parametrů primárního svazku, které poskytují informace o vlastnostech materiálu měřeného vzorku, měření fluorescenčního záření odkrytým detektorem pro detailní popis koncentrace prvkového složení měřeného vzorku a použití více typů elektromagnetického záření a více typů detektorů.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 prezentuje schematicky vyobrazené zařízení v řezu, obr. 2 znázorňuje axonometrický vyobrazené schéma skenování měřeného objektu.
Příklad uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.
Na obr. 1 je schematicky vyobrazené zařízení 11 pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením. Základem zařízení 11 je kovový rám 13, ke kterému jsou připevňovány jednotlivé součásti zařízeni 11. Zdroj 2 primárního svazku 1 je tvořen v tomto konkrétním příkladu rentgenkou, před kterou je uspořádán kolimátor a rentgenová optika. Ze zdroje 2 je vyzařován primární svazek 1, který je rovný, zploštělý, jeho výška h je 15 pm a jeho šíře je modelována v rozsahu milimetrů až centimetrů podle potřeby prováděného měření. Toho je dosaženo například kolimací, rentgenovou optikou nebo jinou metodou (např. u synchrotronu). Primární svazek 1. dopadá na měřený vzorek 3.
Rám 13 a polohovatelný nosič 12 umožňují měřený vzorek 3 vůči zdroji 2 a primárnímu svazku 1 přesně polohovat pomocí motorizace, takže jím lze prozařovat měřený vzorek 3 postupně po jednotlivých částech. Jako zdroj 2 primárního svazku 1 může v dalších příkladech provedení vynálezu sloužit zařízení s libovolným principem generování elektromagnetického záření (např. rentgenová trubice, synchrotron, radionuklidový zdroj atp.). Základní podmínkou je, aby byla energie primárního svazku 1. dostatečná k vyvolání fluorescencí ve měřeném vzorku 3.
Měřený vzorek 3 je upevněn na polohovatelném nosiči 12. Nosič 12 je stolek, na kterém je měřený vzorek 3 položen nebo uchycen, a je zajištěn proti svévolnému pohybu. Nosič 12 je polohovatelný pro korekci nepřesností při uložení měřeného vzorku 3 do zařízení 11..
V trajektorii primárního svazku 1 leží transmisní detektor 10, který detekuje vystupující primární svazek 1 z měřeného vzorku 3. Detektor 10 sleduje změnu intenzity primárního svazku 1, jeho rozptyl a ohyb, čímž se zjišťují data o povaze materiálu měřeného vzorku 3.
Při pronikání primárního svazku 1 měřeným vzorkem 3 je prozářena měřená oblast 6, ve které se emituje fluorescenční záření, které se šíří do všech směrů. V zařízení 11 je proto uložen rovněž odkrytý detektor 5, který toto záření detekuje a odesílá data ke zpracování pro každou měřenou oblast 6 vzorku 3.
Část fluorescenčního záření se z měřené oblasti 6 šíří směrem ke stíněnému detektoru 4, který je ukryt za odstiňujícím prostředkem 7. Odstiňující prostředek 7 fluorescenční záření pohlcuje v celé ploše, až na propustnou oblast 8, která umožní průnik fotonů fluorescenčního záření tvořících sekundární svazek 9 postupující až ke stíněnému detektoru 4. Vzniká tak dírková kamera pro rentgenové záření. Z geometrických závislostí umožňuje znalost směru primárního svazku 1 při ozařování měřeného vzorku 3 určení místa v materiálu měřené oblasti 6 měřeného vzorku 3, odkud bylo fluorescenční záření vyzářeno. Odstiňující prostředek 7 je tvořen stínícím kovem (např. olovem nebo wolframem) a propustná oblast 10 je obyčejnou dírou malých rozměrů, nebo je v dalším jiném příkladu provedení tvořena rentgenovou optikou, či kolimátorem.
Primární svazek 1 dopadající pod úhlem g o velikosti 10° prostupuje měřeným vzorkem 3 a vystupuje ze vzorku 3. Následně dopadá na detektor 10, který změří, jak byl primární svazek 1 průchodem měřeným vzorkem 3 ovlivněn. Současně s průchodem primárního svazku 1 materiálem měřeného vzorku 3 dochází k emisi fluorescenčního záření. Záření se šíří všemi směry, mimo jiné i směrem ke stíněnému detektoru 4 uloženém za odstiňujícím prostředkem 7. Propustnou oblastí 8 pronikne část fluorescenčního záření tvořící sekundární svazek 9 až k detekční ploše polohově citlivého stíněného detektoru 4. Vzhledem ke znalosti orientace primárního svazku 1 vůči měřenému objektu 3, je možno z detektoru 4 odečítat data pro celý průběh primárního svazku 1 materiálem měřeného vzorku 3 po jeho výšce a šířce. Pohybem vzorku 3 vůči detektoru 4 a primárnímu svazku 1 je pak získána informace z celého objemu vzorku 3.
Detektory 4 a 10 zahrnují buď jeden polohově a energeticky citlivý zobrazovací detektor rentgenů, anebo několik detekčních čipů uspořádaných do společného pole. Detekční čipy jsou například Timepix detektory umožňující měření polohy a energie dopadajícího záření.
Detektor 10 měří útlum primárního svazku 1 po průchodu vzorkem 3. Vytváří tak v průběhu skenování transmisní rentgenový obraz vzorku 3. Detektor 10 může být polohově citlivý, spektrometrický stejně jako detektor 4. Pak poskytuje další informaci o složení vzorku 3. Detektor 10 může být i čistě spektrometrický, stejně jako detektor 5. Je-li polohově citlivý, může poskytovat i informaci o fotonech primárního svazku 1 rozptýlených vzorkem mimo tento svazek 1..
Detektor 5 měří celkové fluorescenční spektrum emitované z celého ozařovaného objemu vzorku 3. Tento detektor 5 není polohově citlivý, ale vyznačuje se dobrým energetickým rozlišením. Analýza spektra měřeného detektorem 5 poskytuje celkovou koncentraci prvků v ozařovaném objemu (tj. bez informace o rozložení v prostoru). Detektor 5 může být například typu SDD (silicon-drift detector).
Informace z detektorů 5 a 10 může být použita samostatně (transmisní obrázek a celkové prvkové složení). Nebo je využita při analýze spekter měřených v pixelech detektoru 4. Celková znalost prvkového složení získaná detektorem 5 sníží počet volných parametrů v analýze dat z detektoru 4. Data z detektoru 10 mohou sloužit k získání korekce samostínění ve vzorku 3 při určovaní koncentrace prvků ze spekter v detektorech 4 a 5.
Detektory 4, 5, 10 jsou na rámu 2 polohovatelné, buď přestavitelnými úchyty, nebo pomocí motorů.
V průběhu skenování může být měřený vzorek 3 posouván na nosiči 12, nebo se mohou pohybovat detektory 4, 5, 10 a zdroj 2 v rámci jednotlivých kroků. Rozhodující je velikost a tvar měřeného vzorku 3.
Průmyslová využitelnost
Způsob a zařízení pro trojrozměrné skenování podle vynálezu naleznou uplatnění v oblasti restaurování uměleckých děl, v oblasti plošných spojů, integrovaných obvodů, nedestruktivního testování, anebo v oblasti analýzy vrstvených kompozitních materiálů.
2_ολς
Přehled vztahových značek primární svazek elektromagnetického záření zdroj primárního svazku elektromagnetického záření měřený vzorek stíněný detektor odkrytý detektor měřená oblast odstiňující prostředek propustná oblast sekundární svazek fluorescenčního elektromagnetického záření transmisní detektor zařízení pro trojrozměrné skenování polohovatelný nosič měřeného vzorku rám pro upevnění součástí zařízení a úhel mezi primárním svazkem a měřeným vzorkem h výška zploštělého primárního svazku
Claims (9)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením, při kterém se generuje primární svazek (1) elektromagnetického záření ze zdroje (2) a detekuje se pomocí alespoň jednoho detektoru (4, 5, 10) fluorescenční elektromagnetické záření vystupující z materiálu měřeného vzorku (3), načež se na základě jeho spektrální analýzy stanoví prvkové složení měřeného vzorku (3), při kterém se tvar primárního svazku (1) zploští a zploštělý primární svazek (1) se nasměruje na měřený vzorek (3) pod úhlem (a) jehož velikost je v rozmezí od 0° do 90°, načež průnik zploštělého primárního svazku (1) a měřeného vzorku (3) tvoří měřenou oblast (6), uvnitř které se emituje fluorescenční elektromagnetické záření, fluorescenční elektromagnetické záření se následně odstíní pomocí odstiňujícího prostředku (7) uspořádaného mezi měřeným vzorkem (3) a stíněným detektorem (4) a odstiňující prostředek (7) je opatřený alespoň jednou propustnou oblastí (8) pro vytvoření sekundárního svazku (9) fluorescenčního elektromagnetického záření a pro jednoznačné spojeni místa vyzáření sekundárního svazku (9) měřené oblasti (6) a místa dopadu sekundárního svazku (9) na stíněný detektor (4), a kde se poté na stíněném detektoru (4) detekuje sekundární svazek (9) vystupující z propustné oblastí (8), vyznačující se tím, že je současně detekováno celkové spektrum fluorescenčního elektromagnetického záření odkrytým detektorem (5), transmisním detektorem (10) je detekován primární svazek (1) vystupující z měřeného vzorku (3), zejména jeho intenzita, rozptyl a difrakce, a následně se na základě detektory (4, 5 a 10) měřených dat, hodnotě úhlu (a) a poloze propustné oblasti (8) vůči měřenému vzorku (3) a/nebo stíněnému detektoru (4) vymodeluje prvkové složení v alespoň části objemu měřeného vzorku (3).
- 2. Způsob trojrozměrného skenování podle nároku 1 -nebo---2, vyznačující se tím, že měřený vzorek (3) se posouvá v průběhu skenování vůči primárnímu svazku (1) pro naskenování celého objemu měřeného vzorku (3), nebo je pohyb kinematicky obrácen.
- 3. Zařízení (11) pro trojrozměrné skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením podle způsobu uvedeného v alespoň jednom z nároků 1 až 2, zahrnující zdroj (2) primárního svazku (1) elektromagnetického záření a alespoň jeden detektor (4, 5, 10) elektromagnetického záření, vyznačující se tím, že zdroj (2) primárního svazku (1) je opatřen alespoň jedním modelovacím prostředkem pro zploštění primárního svazku (1), zařízení (11) je opatřeno polohovatelným nosičem (12) měřeného objektu (3), ke kterému je primární svazek (1) úhlově stavitelný, dále je zařízení (11) opatřeno odstiňujícím prostředkem (7) uspořádaným mezi měřeným vzorkem (3) a stíněným detektorem (4), přičemž odstiňující prostředek (7) má alespoň jednu propustnou oblast (8) pro průchod fluorescenčního elektromagnetického záření skrz odstiňující prostředek (7) a vytvoření sekundárního svazku (9), a dále je zařízení (11) opatřeno transmisním detektorem (10) pro detekci změny intenzity primárního svazku (1), jeho rozptylu a difrakce, a dále je opatřeno odkrytým detektorem (5) pro detekci celkového fluorescenčního záření.
- 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že výška (h) zploštělého primárního svazku (1) je v rozmezí od 1 pm do 1 mm.
- 5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že zdroj (2) primárního svazku (1) vyzařuje alespoň jeden druh elektromagnetického záření ze skupiny monochromatické rentgenové záření, polychromatické rentgenové záření, gama záření.
- 6. Zařízení podle některého z nároků 3 až 5, vyznačující se tím, že modelovací prostředek je tvořen rentgenovou optikou a/nebo kolimátorem.
- 7. Zařízení podle některého z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že odstiňující prostředek (7) je tvořen materiálem absorbujícím elektromagnetické záření a propustná oblast (8) je tvořena otvorem, nebo rentgenovou optikou, nebo kolimátorem.
- 8. Zařízení podle některého z nároků 3 až X vyznačující se tím, že detektor (4, 5, 10) pro detekci elektromagnetického záření je alespoň jeden ze skupiny typů detektorů rentgenový spektrometr, zobrazovací detektor, náboj integrující pixelový detektor, pixelový detektor počítající jednotlivé fotony, energeticky citlivý pixelový detektor.
- 9. Zařízení podle některého z nároků 3 až%, vyznačující se t í m, že je polohovatelný nosič (12) a/nebo zdroj (2) motorizovaný pro umožnění kontinuálního měření navazujících měřených oblastí (6) měřeného vzorku (3).
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-27A CZ201527A3 (cs) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu |
| US15/544,885 US20180003652A1 (en) | 2015-01-20 | 2016-01-19 | Method of three-dimensional scanning using fluorescence induced by electromagnetic radiation and a device for executing this method |
| PCT/CZ2016/000009 WO2016116078A1 (en) | 2015-01-20 | 2016-01-19 | Method of three-dimensional scanning using fluorescence induced by electromagnetic radiation and a device for executing this method |
| JP2017537485A JP2018502307A (ja) | 2015-01-20 | 2016-01-19 | 電磁放射線によって誘導される蛍光を使用する３次元走査方法及び装置 |
| EP16705017.8A EP3247995A1 (en) | 2015-01-20 | 2016-01-19 | Method of three-dimensional scanning using fluorescence induced by electromagnetic radiation and a device for executing this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-27A CZ201527A3 (cs) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ201527A3 true CZ201527A3 (cs) | 2016-07-27 |
Family
ID=55398138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-27A CZ201527A3 (cs) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180003652A1 (cs) |
| EP (1) | EP3247995A1 (cs) |
| JP (1) | JP2018502307A (cs) |
| CZ (1) | CZ201527A3 (cs) |
| WO (1) | WO2016116078A1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308631B6 (cs) * | 2019-11-28 | 2021-01-13 | Ústav Teoretické A Aplikované Mechaniky Av Čr, V.V.I. | Způsob nedestruktivního zkoumání vrstevnaté struktury |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307920B6 (cs) * | 2018-02-05 | 2019-08-21 | Ăšstav teoretickĂ© a aplikovanĂ© mechaniky AV ÄŚR, v.v.i. | Zařízení pro skenování soch |
| JP7150638B2 (ja) * | 2019-02-27 | 2022-10-11 | キオクシア株式会社 | 半導体欠陥検査装置、及び、半導体欠陥検査方法 |
| CN113514540B (zh) * | 2021-04-25 | 2023-11-14 | 爱德森（厦门）电子有限公司 | 一种提高涡流检测线圈分辨能力的方法和装置 |
| WO2023072322A2 (en) * | 2022-10-25 | 2023-05-04 | Ustav Teoreticke A Aplikovane Mechaniky Av Cr, V.V.I. | Method of accelerated non-destructive measurement of a layered structure on a massive substrate and a device for the implementation of the method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004078043A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Method and imaging system for imaging the spatial distribution of an x-ray fluorescence marker |
| EP1933170A1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-06-18 | Universiteit Gent | Method and system for computed tomography using transmission and fluorescence measurements |
| US7978820B2 (en) | 2009-10-22 | 2011-07-12 | Panalytical B.V. | X-ray diffraction and fluorescence |
| EP2893331B1 (en) * | 2012-09-07 | 2020-01-15 | Carl Zeiss X-Ray Microscopy, Inc. | Combined confocal x-ray fluorescence and x-ray computerised tomographic system and method |
-
2015
- 2015-01-20 CZ CZ2015-27A patent/CZ201527A3/cs unknown
-
2016
- 2016-01-19 US US15/544,885 patent/US20180003652A1/en not_active Abandoned
- 2016-01-19 EP EP16705017.8A patent/EP3247995A1/en not_active Withdrawn
- 2016-01-19 JP JP2017537485A patent/JP2018502307A/ja active Pending
- 2016-01-19 WO PCT/CZ2016/000009 patent/WO2016116078A1/en active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308631B6 (cs) * | 2019-11-28 | 2021-01-13 | Ústav Teoretické A Aplikované Mechaniky Av Čr, V.V.I. | Způsob nedestruktivního zkoumání vrstevnaté struktury |
| EP3828534A1 (en) | 2019-11-28 | 2021-06-02 | Ustav teoretické a aplikované mechaniky AV CR, v.v.i. | X-ray fluorescence imaging for determining layer thicknesses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3247995A1 (en) | 2017-11-29 |
| WO2016116078A1 (en) | 2016-07-28 |
| US20180003652A1 (en) | 2018-01-04 |
| JP2018502307A (ja) | 2018-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kis et al. | NIPS–NORMA station—A combined facility for neutron-based nondestructive element analysis and imaging at the Budapest Neutron Centre | |
| RU2305829C1 (ru) | Способ и устройство для распознавания материалов с помощью быстрых нейтронов и непрерывного спектрального рентгеновского излучения | |
| JP5054518B2 (ja) | 物質の平均原子番号及び質量を求めるための方法及びシステム | |
| CZ201527A3 (cs) | Způsob trojrozměrného skenování pomocí fluorescence vyvolané elektromagnetickým zářením a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| JP2010501860A (ja) | 散乱減衰式断層撮影 | |
| De Nolf et al. | High energy X-ray powder diffraction for the imaging of (hidden) paintings | |
| Priyada et al. | Intercomparison of gamma scattering, gammatography, and radiography techniques for mild steel nonuniform corrosion detection | |
| WO2011046078A1 (ja) | 非破壊検査方法及びその装置 | |
| McIntosh et al. | Laboratory-based characterization of plutonium in soil particles using micro-XRF and 3D confocal XRF | |
| WO2021166295A1 (ja) | 放射線計測装置および放射線計測方法 | |
| Udod et al. | State-of-the art and development prospects of digital radiography systems for nondestructive testing, evaluation, and inspection of objects: a review | |
| KR20140059012A (ko) | 비파괴 검사 장치 | |
| US7457394B2 (en) | Device and method for inspecting objects | |
| US20190025231A1 (en) | A method of detection of defects in materials with internal directional structure and a device for performance of the method | |
| JP2009175065A (ja) | 中性子即発ガンマ線分析による複数元素の同時３次元分布・可視化観察・計測方法及びその装置 | |
| NL2009984C2 (en) | Method and device for screening objects for the presence of foreign substances. | |
| Szentmiklósi et al. | Integration of Neutron-Based Elemental Analysis and Imaging to Characterize Complex Cultural Heritage Objects | |
| Bernardi et al. | Nuclear waste drum characterization with 2 MeV x-ray and gamma-ray tomography | |
| Jahanbakhsh et al. | Industrial scattering densitometry using a mCi gamma-ray source | |
| RU2505801C1 (ru) | Устройство нейтронной радиографии | |
| Sharma et al. | A gamma ray tomographic densitometer system for the investigation of concrete structures | |
| Kolkoori et al. | A new X-ray backscatter technology for aviation security applications | |
| Bomsdorf et al. | Quantitative simulation of coherent X-ray scatter measurements on bulk objects | |
| WO2015020710A2 (en) | Integrated primary and special nuclear material alarm resolution | |
| Vavrik et al. | Stratigraphy of a layered structure utilizing XRF and scattered photons |