CZ280494B6 - Zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic, jako fotonů X, fotonů gama nebo neutronů. Jeho podstata záleží v tom, že senzor (1) sestává v zásadě z pevného měniče (2), upraveného v klouzavé rovině dopadu vůči směru šíření neutrálních částic, a z mříží (3, 3` ), tvořených vodivými dráty (3a, 3b, 3` a, 3` b), umístěných souměrně v blízkosti měniče (2). Řešení je použitelné při průmyslovém zobrazování.ŕ

Description

Zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic, zejména rentgenového záření, gama záření nebo neutronového záření, sestávajícího z plynem naplněné komory, propustné pro tyto částice a opatřené kolimátorem s dlouhou štěrbinou.

Dosavadní stav techniky

Známé zařízení tohoto typu je popsáno v britském patentovém spisu č. 2 000 632.

V nej jednodušším provedení obsahují zařízení pro detekci neutrálních částic katodu, která má úlohu měniče, a drátovou anodu, přičemž katoda a drátěná anoda jsou umístěny ve vzájemném sousedství a celek je umístěn v komoře, naplněné plynem.

Jeden příklad detektoru, který má tuto strukturu, je popsán v článku časopisu Review of Scientific Instruments, sv. 50, č. 5, Str. 577 (1979).

Ať je způsob funkce těchto detektorů jakýkoliv, má měnič, kterým jsou vybaveny, za úkol, aby pod dopadem neutrálních částic vysílal ionizující částice a zejména rychlé elektrony, které se nazývají primárními elektrony. Kinetická energie těchto primárních elektronů je větší než ionizační energie atomů nebo molekul plynu a je často tak vysoká, že elektrony nemohou být účinně vedeny směrem k anodě elektrickým polem, existujícím v komoře.

Primární elektrony vytvářejí ionizací plynu dvojice elektronů a pozitivních iontů a elektrony takto vytvořené, které se nazývají sekundární elektrony, migrují k anodě, zatímco pozitivní ionty migrují ke katodě.

Takto se na anodě shromažďuje elektrický náboj, závislý na počtu sekundárních elektronů; obvod nebo kanál, spojený s anodou, dodává měřicí signál úměrný elektrickému náboji, nashromážděnému na anodě, a v důsledku toho představující energii nebo intenzitu pozorovaného jevu.

Klasickým způsobem může být detekce nashromážděných nábojů prováděna přímo nebo nepřímo; v tomto druhém případě se nechají elektrické náboje cirkulovat ve vodiči a detekce záleží v detekci takto vytvářeného elektrického proudu.

Kromě těchto společných vlastností jeví detektory neutrálních částic velmi velkou rozmanitost a jsou obecně zařazovány do dvou základních typů podle toho, využívájí-li nebo nevyužívají-li tzv. lavinového jevu (avalanche de Townsend).

Tento jev, který je odborníkem dobře známý, nastává, když elektrické pole v sousedství anody je dostatečné intenzivní, aby udělilo sekundárním elektronům takové zrychlení, že kinetická

-1CZ 280494 B6 energie, které dosáhnou mezi dvěma srážkami, převýší ionizační energii atomů nebo molekul plynu.

Za těchto podmínek mohou tyto sekundární elektrony samy vytvářet jiné sekundární elektrony, které se zase při svém přibližování k anodě podílejí na lavinovém jevu, který neustane, dokud všechny volné elektrony nejsou nashromážděny anodou.

Tento jev násobení elektronů může vést ke značnému zvětšení měřicího signálu, který velmi zlepšuje poměr signálu k šumu.

Za dobrých podmínek může poměr počtu sekundárních elektronů, nashromážděných na anodě, k počtu sekundárních elektronů první generace, jenž je roven 1 v ionizačních komorách, dosáhnout velmi značné hodnoty, například 10' v detektorech, nazývaných proporcionální čítače a používajících lavinového jevu.

Avšak násobiči činitel, vyplývající z lavinového jevu, může být řízen jen s omezenou přesností, a pro určité aplikace je vhodné sestrojit detektory, které nepočítají s vyvoláním lavinového jevu. Je to zejména případ detektorů, nazývaných ionizační komory, jejichž příklady jsou podány ve shora uvedeném časopisu Review of Scientific Instruments, britském patentovém spisu č.

578 325 a francouzském patentovém spisu č. 2 503 381, a které obecně umožňují detekci záření při metrologických podmínkách, avšak pokud náboj, nahromaděný na anodě, je měřitelný, což předpokládá buď že vyzařováni neutrálních částic je intenzivní, nebo že trvání měření je dosti značné.

Z tohoto důvodu nelze ionizačních komor použít pro zobrazování nebo pro lokalizaci částic kromě velmi zvláštních podmínek záření, zejména je-li energie detekovaného záření řádu 80 keV nebo spíše nižší než tato hodnota. Kromě toho použití ionizačních komor pro zobrazování vede ke složitým zařízením, jelikož každá komora poskytuje pouze jediný bod (čili obrazový prvek) obrazu, jak to ukazuje francouzský patentový spis č. 2 503 381.

Daleko lépe než ionizační komory vyhovují těmto aplikacím lavinové detektory v oblasti zobrazování a lokalizace částic.

Příklad proporcionálního počítače, použitého pro získávání dvojrozměrných obrazů, je popsán v časopisu IEEE transactions on Nuclear Science, sv. 27, č. 1, str. 157 (1980).

Tento detektor obsahuje dvojrozměrnou síť anodových drátů, sdruženou se svazky trubic z krystalu oxidu olovnatého, který koná úlohu měničů, přičemž tyto svazky jsou uloženy kolmo k rovině anodové sítě. Úhel dopadu záření neutrálních částic na detektor je přibližně 90 ° a účinnost přeměny tohoto detektoru, ostatně značné nezávislá na úhlu dopadu, zůstává nižší než 8 %.

Jiný proporcionální čítač, umožňující přímé získání dvojrozměrných obrazů, je popsán v britském patentovém spisu č.

000 632. Toto zařízení stejně jako předcházející zařízení náleží do třídy přístrojů, známých pod názvem proporcionální vícedrátové komory, a je určeno pro detekci záření, které jej ozařuje pod kolmým dopadem k jeho rovině, přičemž obsahuje dvě katody,

-2CZ 280494 B6 tvořené pásy a tvořící pevné měniče, a anodu, tvořenou rovinou drátů navzájem elektricky spojených.

Katodové pásy jsou sdruženy se zpožďovacími linkami, jež jsou zase připojeny na obvod pro časovou analýzu.

Kromě skutečnosti, že tento detektor vyžaduje složitý analyzační obvod, a skutečnosti, že jeho měnící účinnost nemůže být příliš vysoká, vede nutně k dosti dlouhým dobám pořízení obrazu, což omezuje jeho použití ve vytváření kvazistatických obrazů, například pro scintigrafii.

V této souvislosti je hlavním účelem vynálezu navrhnout zařízení k detekci a lokalizaci neutrálních částic, jehož účinnost by byla značně větší než účinnost vícedrátových proporcionálních komor, zejména překročí-li energie neutrálních částic značně hodnotu 50 keV.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je tedy navrženo zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic, zejména rentgenového záření, gama záření nebo neutronového záření, sestávající z plynem naplněné komory, propustné pro tyto částice a opatřené kolimátorem s dlouhou štěrbinou, jehož podstata spočívá v tom, že navíc sestává ze snímače, upevněného v komoře, jehož prostřední měničová deska svírá s rovinou dopadu neutrálních částic úhel 0,5 až 10°, přičemž k prostřední měničové desce oboustranně přiléhají anodové rámečky se soustavou anodových drátů, jeden anodový rámeček je na straně dopadu neutrálních částic vyroben z materiálu, prostupného pro neutrální částice, zatímco k druhé straně anodových rámečků přiléhají přídavné elektrody a na prodlouženém konci jednoho anodového rámečku je umístěn konektor, propojený s jednotlivými anodovými dráty.

Podle jednoho provedení vynálezu obsahuje prostřední měničová deska materiál, jehož atomové číslo je nejméně 25, například tantal (Ta).

Podle dalšího provedení vynálezu obsahuje prostřední měničová deska materiál, který má účinný mikroskopický průřez pro interakci s neutrálními částicemi v rozmezí stejného řádu jako u tantalu.

Výhodné má prostřední měničová deska tloušťku nejvýše 2 mm a svírá se středním směrem šíření neutrálních částic úhel nejvýše 5° .

Výhodně je prostřední měničová deska tantalová deska o tloušťce nejvýše 200 μιη, která svírá se středním směrem šíření neutrálních částic úhel nejvýše 5°.

Ve výhodném provedení vynálezu je vzdálenost mezi dvěma sousedními dráty a vzdálenost mezi každým drátem a prostřední měničovou deskou nejvýše 15 mm.

Další provedení vynálezu spočívá v tom, že alespoň jedna přídavná elektroda je připojena na stejný elektrický potenciál

-3CZ 280494 B6 jako prostřední měničová deska a uložená s ní rovnoběžně na opačné straně soustavy drátů.

Výhodně obsahuje zařízení podle vynálezu soustavu drátů a přídavnou elektrodu na každé straně prostřední měničové desky.

Výhodně je tlak plynu v komoře v rozmezí od 10.10³ do 10⁶ Pa.

Výhodně je rozdíl elektrického potenciálu mezi soustavou drátů a prostřední měničovou deskou menší než 30 kV.

Podle dalšího provedení vynálezu obsahuje zařízení alespoň jeden zdroj neutrálních částic v odstupu od snímače, přičemž střední směr šíření neutrálních částic je v ose spojnice zdroje a snímače.

V tomto případě zařízení podle vynálezu s výhodou obsahuje alespoň jeden kolimátor pro neutrální částice, sdružený s odpovídajícím snímačem, přičemž tento kolimátor má štěrbinu pro omezení paprsku částic ze zdroje na plochý paprsek, zaměřený do středního směru šíření, jehož stopa v rovině prostřední měničové desky snímače je kolmá ke střednímu směru šíření.

Výhodně je snímač upraven v dráze neutrálních částic ze zdroje fotonů X nebo fotonů gama s energií alespoň 50 keV.

Výhodně je snímač uložen na rámu.

Ve výhodném provedení vynálezu má rám tvar písmene L, U nebo kruhového oblouku, přičemž zdroj je v odstupu od rámu umístěn uvnitř tohoto rámu.

Ve výhodném provedení vynálezu je snímač nebo zdroj upraven pohyblivě.

Výhodně je snímač upraven v dráze neutrálních částic ze zdroje, přičemž tyto neutrální částice jsou fotony X nebo fotony gama.

Výhody zařízení podle vynálezu jsou četné. Záležejí především ve značně zvýšené účinnosti snímače, řádově 30 % pro záření 400 keV, a přitom v možnosti získat velmi kontrastní obraz vyšetřovaných předmětů.

Na druhé straně není, opět v důsledku této velké účinnosti, zapotřebí používat záření s velkou energií, dokonce ani pro vytváření obrazů hustých a objemných předmětů. Z toho vyplývá, že použitá opatření, týkající se ochrany proti záření, zůstávají nenáročná, neboť používané zdroje, to znamená typické generátory fotonů X zůstávají na přijatelném objemu a rozumné ceně, a úhel emise fotonů X vysílaných těmito generátory zůstává dosti velký, což umožňuje ozařovat předmět poměrně objemný v dosti omezeném prostoru, například v poměrně malých budovách.

Ostatní znaky a výhody vynálezu vyplynou z následujícího popisu příkladu provedení, zvlášť přizpůsobeného pro detekci fotonů, ve spojení s připojenými výkresy.

-4CZ 280494 B6

Přehled obrázků na výkresech

Obr.l	je v částečném schematickém řezu pohled na snímač použitý, pro zařízení podle vynálezu, přičemž je současně patrný princip funkce tohoto snímače.
Obr. 2	je částečný pohled na snímač.
Obr. 3	je průřez celým snímačem.
Obr. 4	je perspektivní pohled na soustavu průmyslového zobrazování, používající zařízení podle vynálezu.
Obr.5A	je pohled na detail zařízení.
Obr.5B	je pohled na detail zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Vynález se týká zařízení, které obsahuje alespoň jeden snímač 1, znázorněný jako celek na obr.3, ve kterém je upravena prostřední měničová deska 2 (obr.l) a detekční ústrojí, které samo je složeno z několika členů, které budou popsány níže.

Snímač 1 je určen pro detekci a lokalizaci neutrálních částic (jako fotonů X, fotonů gama, neutronů), které jej ozařují. Střední směr šíření těchto částic, který je na obr.l symbolizován vlnitou stopou, je podle předpokladu v podstatě stálý vůči snímači X, alespoň v průběhu detekce. Předpokládá se, že tyto částice se šíří v plochém svazku, kolmém k rovině obr.l, a že jeho stopa v rovině obr.l odpovídá v podstatě vlnité stopě.

Prostřední měničová deska 2 je tvořena deskou z materiálu o vysokém atomovém čísle, například z tantalu, umístěnou v klouzavém dopadu vůči směru šíření neutrálních částic. Takto může být, například, úhel alfa mezi prostřední měničovou deskou 2 a uvedeným směrem roven 1°. Na obr.l a 3 je prostřední měničová deska 2 podle předpokladu umístěna v rovině kolmé k rovině vyobrazení.

Tato prostřední měničová deska 2 má délku například 30 cm (nejdelší rozměr, viditelný na obr.l až 3), šířku 16 cm (rozměr kolmý nebo prakticky kolmý k rovině každého z obr.l až 3) a tloušťku 70 mikrometrů.

I když to není nevyhnutelné, je vhodné používat rovinné prostřední měničové desky 2. Není-li nepoddajnost desky tvořící prostřední měničovou desku 2, dostatečná, je možné přilepit ji na nepoddajný podklad, což znamená ztrátu účinnosti řádově 20 % až 50 % vzhledem k okolnosti, že částice jsou detekovány již pouze v jednom poloprostoru.

Jak je znázorněno na obr.l, čím menší je úhel alfa, tím větší je vzdálenost, kterou musí dopadající částice projít prostřední měničovou deskou 2 pro její danou tloušťku.

Pro úhel alfa =1° a pro tloušťku prostřední měničové desky 2 řádově 70 mikrometrů je tato vzdálenost přibližně 4000 mikrometrů, to jest 4 mm.

-5CZ 280494 B6

Po obou stranách prostřední měničové desky 2 jsou upraveny dvě soustavy 3. a 3° vodivých drátů, ve formě sítí nebo mříží, které jsou uvedeny na elektrický potenciál odlišný od potenciálu, na který je uvedena prostřední měničová deska 2.

Například jsou soustavy 3. a 3‘ na potenciálu země, zatímco prostřední měničová deska 2 je uvedena ne záporný potenciál 2 až 3 kV.

Při dopadu neutrální částice je v důsledku fotoelektrického jevu, popřípadě jevu Comptonova nebo vytváření párů, prostřední měničová deska 2 schopna uvolnit alespoň jeden primární elektron o vysoké energii, který může ionizovat plyn a vytvořit páry elektronů a iontů. Sekundární elektrony e^_ ₂ takto vytvořené jsou v důsledku svého elektrického náboje přitahovány jednou ze dvou soustav 3., 3.° a samy vytvářejí další sekundární elektrony e“₂.

V odborné terminologii jsou tyto nabité částice, zejména sekundární elektrony nashromážděné na anodě, nazývány náboje.

Zatímco úhel alfa mezi dopadajícími částicemi a prostřední měničovou deskou 2 je nepatrný, může být úhel emise elektronů e“₁ vůči této desce větší, zejména rovný 90°, takže dráha, kterou elektrony mají projít uvnitř prostřední měničové desky 2, než jsou z ní odvedeny, je velmi nepatrná oproti 4 milimetrům skutečné tloušťky, kterou tato prostřední měničová deska 2 poskytuje dopadajícímu záření.

Soustavy 3, 3° anodových drátů umožňují zesílení tohoto signálu znásobením nábojů díky lavinovému jevu (avalanche de Towsend) a umožňují rovněž lokalizaci takto přijatého náboje. Soustavy 3, 3° jsou umístěny po obou stranách prostřední měničové desky 2 v rovinách s ní rovnoběžných, to znamená v příslušných rovinách kolmých k rovině obr.l.

Dráty obou soustav 3_, 3.° jsou kromě toho rovnoběžné s průmětem středního směru šíření neutrálních částic na rovinu prostřední měničové desky 2.

Jelikož tento střední směr odpovídá na obr.l směru znázorněné zvlněné stopy, splývá průmět tohoto směru na prostřední měničovou desku 2 na obr.l s dolním okrajem velmi protáhlého obdélníku, představujícího pravoúhlý průřez touto deskou a dráty obou soustav 3_, 3.° jsou rovnoběžné s tímto průmětem.

Všechny dráty obou soustav 3_, £° jsou uvedeny na stejný elektrický potenciál, avšak každý drát každé soustavy £, 3° je elektricky izolován od všech ostatních drátů stejné soustavy 3., 3.°. Oproti tomu může být každý drát každé soustavy 3_, 3° , jak je znázorněno na obr.l, spojen s drátem druhé soustavy 3, 3°, který zaujímá souměrnou polohu vůči rovině prostřední měničové desky 2, a vytváří s ním dvojici detekčních drátů. Každá dvojice detekčních drátů, kterou mohou soustavy 3, 3° vytvořit, je spojena s odděleným elektronickým detekčním kanálem, symbolizovaným zesilovačem 5. Každý kanál zesiluje elektrický proud, odpovídající

-6CZ 280494 B6 nábojům e“, shromážděným na dvojici drátů, se kterou je sdružen. Takto celek elektronických kanálů dodává sestavu elektrických signálů, která představuje obraz rozložení intenzity neutrálních částic podél směru, kolmého k rovině obr.l.

Těchto signálů se použije, jak je odborníku dobře známo, pro získání konečného videoobrazu.

Detekční ústrojí, čili detektor snímače χ, obsahuje také dvě přídavné elektrody 4., 4.“, které jsou rovinné a jsou umístěné rovnoběžně s prostřední měničovou deskou 2 a soustavami 3, 3° drátů na jejich opačné straně vzhledem k prostřední měničové desce 2. Tyto přídavné elektrody 4, 4’ jsou uvedeny na stejný potenciál jako prostřední měničová deska 2, to znamená na záporný potenciál 2 až 3 kV.

I když nejsou nepostradatelné, umožňují tyto přídavné elektrody 4., 4’ lepší znásobení a lepší nashromáždění nábojů, jakož i potlačení elektrostatických sil, které by působením na soustavy 3, 3° anodových drátů je mohly zakřivit a ovlivnit tak chování snímače 1.

Obr.2 umožňuje prostorové znázornění struktury celku měnič-detektor.

Obr.2 znázorňuje prostřední měničovou desku 2, která ve zvláštním znázorněném tvaru provedení je tvořena tantalovou deskou o rozměrech 30 cm x 16 cmx 70 mikrometrů.

Tato deska je uložena mezi dvěma pravoúhlými rámy 6, 7 z nerezavějící ocele, které mají každý tloušťku 1,5 mm.

Rám 2, který je na obr.2 dolním rámem, nemá okraj na straně, kde prostřední měničová deska 2 přijímá záření neutrálních částic, symbolizované šipkami. Tento okraj je nahrazen protáhlým členem 7a, provedeným z materiálu prostupnějšího pro neutrální, částice než je ocel a sestávajícího například z epoxidové pryskyřice, vyztužené skleněnými vlákny.

Po obou stranách celku, tvořeného prostřední měničovou deskou 2, rámy 6, Ί_ a protáhlým členem 7a, jsou umístěny dva anodové rámečky 8,9, ve formě desek, které podpírají dva anodové dráty 3a, uspořádané v soustavě 3_, 2° drátů. Pro přehlednost výkresu není na obr.2 znázorněna soustava 2 drátů.

Tyto anodové rámečky 8 a 9 jsou delší než rámy 6 a 7 a jsou provedeny z izolačního pevného materiálu, prostupného pro neutrální částice. Velmi dobře se hodí desky z epoxidové pryskyřice, vyztužené skleněným vláknem, jichž se obvykle používá pro výrobu plošných spojů.

Tyto anodové rámečky 8 a 9 mají každý tloušťku 1,5 mm a jsou opatřeny okénky 8a, 9a o rozměrech menších než jsou rozměry rámu 6 a 7.

Anodové dráty 21.° soustavy 3, 2° drátů jsou napnuty nad horním povrchem (ve smyslu obr.2) anodového rámečku 8 nad okénkem 8a.

-7CZ 280494 B6

Tyto dráty 3a’, které jsou vyrobeny například ze zlaceného wolframu nebo z nerezavějící oceli a mají každý průměr 50 mikrometrů, jsou nataženy rovnoběžně a vzdálenost mezi dvěma sousedními dráty je například přibližně 2,5 mm.

Tyto dráty 3a' jsou upevněny na anodovém rámečku 8 jakýmkoliv vhodným prostředkem, například bodovými sváry 10.

Tyto dráty 3a’, které jsou od sebe navzájem izolované v důsledku velmi vysokého specifického odporu anodového rámečku 8, jsou odděleně připojeny k různým spojovacím buňkám konektoru 11 připevněného ke konci anodového rámečku 8.

Dva dráty 3a’, natažené podél každého z okrajů okénka 8a, mají průměr větší než je průměr ostatních drátů, rovný například 70 mikrometrům, přičemž zároveň nejsou připojeny ke konektoru 11. Tato vlastnost, která pro přehlednost není zvlášť znázorněna na obr.2, umožňuje zajistit stejnoměrné elektrické pole na všech anodových drátech, připojených ke konektoru 11.

Soustava 3., 3.° drátů nesená anodovým rámečkem 9, je provedena analogickým způsobem, a to souměrně vůči rovině prostřední měničové desky 2.

Jinými slovy jsou v uspořádání podle obr.2 dráty soustavy 3, 3° nataženy nad neviditelným povrchem anodového rámečku 9.

Může se lišit pouze připojení drátů soustavy 3, 3’.

Jak je znázorněno na obr.2, je například anodový rámeček 9 kratší než je anodový rámeček 8. a dráty 3a, 3b soustavy 3, 3’ jsou odděleně připojeny k drátům 3’a, 3 °b téže soustavy 3, 3°, které zaujímají souměrné polohy vůči rovině prostřední měničové desky 2, v sousedství jejich bodu připojení ke konektoru 11. Konektor 11, i když je nesen anodovým rámečkem 8., slouží rovněž drátům soustavy X, , neseným na anodovém rámečku 9,.

Po obou stranách shora popsané sestavy jsou souměrné upraveny přídavné elektrody 4, 4°, které jsou rovinné, ve vzdálenosti od každé soustavy 3, 3’, kterážto vzdálenost je ustálena na 3 mm rozpěrkami 12a, 12b, 13a a 13b.

Přídavné elektrody 4, 4°, které se také nazývají katodami pro jejich zápornou elektrickou polarizaci, jsou tvořeny například deskami z nerezavějící ocele, jejichž jednou funkcí je odpuzovat elektrony, vyražené z prostřední měničové desky 2 směrem k anodovým drátům soustav 3_, 3” .

Nad přídavnou elektrodou 4’ (v uspořádání podle obr.2) je upravena izolační deska 14, jejíž izolační působení bude blíže vysvětleno v souvislosti s obr.3.

Konečně je mezi anodovými rámečky 8 a 9 umístěna také příčka 15, aby se zabránilo jejich vzájemnému pohybu.

Sestava, popsaná v souvislosti s obr.2, je spojena jakýmikoliv vhodnými prostředky, například nylonovými šrouby, které procházejí jednotlivými členy a drží je v jednom celku.

-8CZ 280494 B6

Tento celek (obr. 3) je umístěn na konzole 16., přičemž izolační deska 14 izoluje přídavnou elektrodu 4.° od konzoly 16 pro případ, že by konzola 16 byla kovová.

Konzola 16 je upevněna jakýmikoliv vhodnými prostředky, například svorníky 17 na základně 18a komory 18, která je naplněna plynem a je plynotěsná.

Komora 18 je v zásadě tvořena skříní 18b, která je pravoúhelníkové a je připevněna k základně 18a vhodnými prvky, například svorníky 19a, 19b a maticemi 20a, 20b s těsnicí vložkou 21, která zajišťuje, že komora 18 je plynotěsná.

Komora 18 je vyrobena z materiálu, který je propustný pro neutrální částice a který je mechanicky pevný, například z hliníku.

Na obr.l je vyznačena referenční osa 22 souměrnosti komory 18, která má zvenku tvar rovnoběžnostěnu.

Místo, kde tato referenční osa 22 prochází základnou 18a, a protilehlým koncem skříně 18b, se snadno určí jednoduchým měřením délky.

Aby prostřední měničová deska 2. byla vhodně orientována vůči dopadajícímu záření, jelikož je uzavřena uvnitř komory 18 a není viditelná, drží konzola 16 prostřední měničovou desku 2 ve specifické orientaci vůči referenční ose 22 a tato orientace odpovídá žádanému sklonu prostřední měničové desky 2 vůči střednímu směru šíření neutrálních částic.

Dosedací plocha na konzole 16 pro soustavu, popsanou ve spojení s obr. 2, svírá úhel alfa = 1° s referenční osou 22 , takže stačí nastavit referenční osu 22 rovnoběžně se středním směrem šíření částic, aby byla prostřední měničová deska 2. správně orientována vzhledem k neznázorněné ose, kolmé k rovině obr.3.

Komoru 18 lze pak orientovat otáčením kolem referenční osy 22 tak, aby přední okraj prostřední měničové desky 2 v sousedství protáhlého členu 7a byl rovnoběžný se střední rovinou plochého svazku 23 dopadajících částic.

Tato střední rovina a přední okraj prostřední měničové desky

2. jsou pak kolmé k rovině obr. 3.

Plochý svazek 23 neutrálních částic je omezen dlouhou štěrbinou 24 kolimátoru 25, který může být tvořen například olověným stínítkem, přičemž tato dlouhá štěrbina 24 má šířku 5 mm a délku 16 cm. Na obr.3 je délka dlouhé štěrbiny 24 kolmá k rovině vyobrazení a průsečnice střední roviny plochého svazku 23 a prostřední měničové desky 2 je čára 26 , která je kolmá k rovině obr.3 a leží přibližně v poloviční výšce prostřední měničové desky 2.

Základna 18a komory 18 obsahuje vícekolíkový konektor 27 s plynotésnou průchodkou pro kolíky. Každá spojovací buňka konektoru 11 je spojena s jedním z kolíků vícekolíkového konektoru 27

-9CZ 280494 B6 uvnitř komory 18, a vně komory 18 je každý kolík spojen s příslušným elektronickým vyhodnocovacím kanálem.

Základna 18 obsahuje také ventil 28 pro naplnění komory 18 vhodným plynem při určitém tlaku.

Zvolený plyn má být tvořen netečným plynem, například argonem, společně se stopami plynu s víceatomovými molekulami, jako je isobutan, ethan, alkoholová pára, metylalkohol nebo směs alkoholu a oxidu uhličitého.

Tlak je seřízen na hodnotu ležící v rozmezí 5 x 10³ a 10⁶ Pa, a v uvažovaném specifickém provedení je tento tlak nastaven na 10⁵ Pa.

Aby se zabránilo důsledkům stárnutí plynu, je také možné upravit v komoře 18 dva otvory, podobné ventilu 28, takže se vytvoří plynulá cirkulace nebo/a obnovování plynu v komoře 18.

Základna 18a nakonec obsahuje další utěsněnou průchodku 29 pro elektrický kabel 30.

Tento elektrický kabel 30 je zevně izolován a slouží pro spojování prostřední měničové desky 2 a přídavných elektrod 4, 4' se záporným elektrickým předpětím přibližné 1 až 3 kV v daném případě.

Elektrické vodiče tohoto elektrického kabelu 30 jsou spojeny například neznázorněnými bočními konektory s prostřední měničovou deskou 2. a s přídavnými elektrodami 4, 4.° .

Zvolené předpětí závisí na průměru drátů 3a, 3°a, 3b, 3°b sítě 2/ 1° anodových drátů a na jejich vzdálenosti od prostřední měničové desky 2, na tlaku plynu uvnitř komory 18 a na požadovaném činiteli zesílení lavinového děje (Towsend). Zvolené napětí je s výhodou přibližně 1 V/mm.1,3.10² Pa.

Obr.4 znázorňuje soustavu, oužívající zařízení podle vynálezu.

Zařízení obsahuje rám 31 opatřený větším počtem snímačů 1, jako je snímač 1. na obr. 3, přičemž snímačů i může být například třicet (viz obr.5A).

Zdroj 32 neutrálních částic, například generátor fotonů X, lineární urychlovač nebo zdroj izotopů (například kobalt 60), je umístěn v odstupu od rámu 31, takže vysílá částice směrem ke snímačům X nebo alespoň k některým z nich.

Rám 31 má tvar písmene L, U nebo kruhového oblouku, přičemž vzdálenost mezi rámem 31 a zdrojem 32 může být několik metrů, aby mohl být relativné velký předmět 33 , například přívěs nebo kontejner, umístěn mezi zdroj 32 a snímače 1. Předpokládá se, že předmět 33 postupuje konstantní rychlostí ve směru šipky.

-10CZ 280494 B6

Zobrazovací jednotka 34., chráněná před zdrojem 32 stěnou 35, dostává proudový signál od každého z kolíků vícekolíkového konektoru 27 na každém ze snímačů 1, uložených na rámu 31, přičemž tyto signály mohou s výhodou být předběžně zesíleny, například zesilovačem 5. Tyto signály představují intenzitu záření neutrálních částic, detekovaného dvojicemi anodových drátů 3a, 3a° . spojených s příslušnými kolíky, po projití záření předmětem 33.

Každý z těchto signálů takto představuje stupeň absorpce záření ze zdroje 32 vyšetřovaným předmětem 33 ve velmi přesném směru, takže tyto signály představují povahu a hmotnost materiálu, kterým záření prošlo.

Proudové signály se individuálně integrují v krátkém časovém intervalu, například 20 ms, a přeměňují se pak na digitální vzorky, které se ukládají do paměti. Digitální, nebo také číslicové, vzorky vztažené na stejný integrační interval, tak odpovídají obrazu toho úseku předmětu 33, který byl ozářen v průběhu tohoto intervalu.

Celek uložených digitálních vzorků, odpovídající součtu integračních intervalů, které uplynuly při průchodu celého předmětu 33., může pak být použit pro běžné techniky pořízení dvourozměrného obrazu předmětu.

V praxi může být výhodné, jak je uvedeno na obr.5a, pořídit dva obrazy předmětu 33., aby se pokryly všechny úhly, nebo aby se obdržel stereoskopický obraz.

Toho lze dosáhnout přemístěním zdroje 32 mezi pořízením dvou obrazů (nebo použitím dvou zdrojů) a odpovídajícím zamířením snímačů X na použitý zdroj 32.

Za tím účelem mohou být snímače 1 uloženy na rámu 31 otočně kolem osy, kolmé k rovině obr.5, takže mohou zaujmout jednu nebo druhou ze dvou možných poloh, v nichž jsou zaměřeny na zdroj 32.

0br.5A znázorňuje kolimátor 36, který byl z obr. 4 pro přehlednost vypuštěn a je tvořen například olověnou deskou, která má štěrbinu protáhlou v rovině obr.5A, takže omezuje emisi neutrálních částic na plochý svazek, jehož střední rovina odpovídá střední rovině rámu 31 a je rovnoběžná s rovinou obr.5A, a jehož tloušťka je přibližně stejná, jako tloušťka rámu 31.

Obr.5B je pohled ve směru šipek B na obr.5A. Toto vyobrazení znázorňuje vyřešení problému, který vznikne při zobrazování zařízením podle obr.5A.

Rozměr každého snímače 1 ve směru kolmém k rovině obr.3 je nevyhnutelně větší, než šířka prostřední měničové desky 2 uvnitř snímače 1. V důsledku toho je nemožné uložit snímače 1 do jedné řady (zprava doleva na obr.5B) a zachytit tedy celou šířku plochého svazku, vysílaného zdrojem 32 a kolimátorem 36., v celém jeho rozsahu v jeho střední rovině.

Tento problém je vyřešen uložením snímačů 1 v přesazeném uspořádání na rámu 3_1, jak je znázorněno na obr.5B.

-11CZ 280494 B6

Při použití tantalového měniče o tloušťce 100 mikrometrů při vzdálenosti 2,5 mm mezi prostřední měničovou deskou 2 a dráty 3a, 3°ά, 3b, 3°b, při vzdálenosti 3 m mezi zdrojem 32 a snímačem 1, s generátorem paprsků X, pracujícím na 400 keV a s 10 mA, a při vložení ocelové desky o tloušťce 14 cm, je na drátech 3a, 2’a, 3b, 3,°b proud přibližně 3 x 10~⁹ A.

Jeden z hlavních nových rysů vynálezu spočívá v tom, že je vytvořen snímač, který, i když je konstrukčně jednoduchý a vhodný pro průmyslovou výrobu, v sobě spojuje výhody proporcionálních komor a pevných měničů, užívaných k lokalizaci částic. Výhody pevného měniče zahrnují výhody, známé v dosavadním stavu techniky, i ty výhody, které jsou vlastní vynálezu a které souvisejí s použitím klouzavého dopadu.

Zatímco odborník v oboru lokalizace částic a zobrazování je zvyklý buď, jak to popisují francouzský patentový spis č. 2 503 381 a britský patentový spis č. 1 578 325, přiřazovat každý obrazový povrch detektoru, je-li tímto detektorem ionizační komora, nebo, jak to ukazuje britský patentový spis č. 2 000 632 a uvedený článek z časopisu IEEE Transactions on Nuclear Science, vytvářet obraz v rovině v podstatě kolmé ke směru šíření částic, jež mají být lokalizovány při přiřazení každého drátu anody v celé řadě (řádka nebo sloupec) obrazových prvků, navrhuje vynález, aby v lavinovém detektoru byl vytvořen obraz v klouzavé rovině dopadu vůči směru šíření částic a aby v řadě obrazových prvků byl přiřazen celý celek detekčních ústrojí protáhlého tvaru.

Odborníku je zřejmé, že existují četné aplikace pro zařízení podle vynálezu, a že nejsou omezena na aplikace, znázorněné na obr.4 a 5.

Vynález lze také využít zejména pro scintilografii a tomografii rentgenovými paprsky gama, neutrony nebo pozitrony.

V každém případě umožňuje velmi vysoká účinnost snímače 1 podle vynálezu získat dobrý obraz bez použití velké dávky záření.

Vynález lze také použít při aplikacích, kde není třeba rozkladu, například pro získání jednorozměrného rentgenogramu.

Claims (17)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro detekci a lokalizaci neutrálních částic, zejména rentgenového záření, gama záření nebo neutronového záření, sestávající z plynem naplněné komory, propustné pro tyto částice a opatřené kolimátorem s dlouhou štěrbinou , vyznačující se tím, že navíc sestává ze snímače (1) upevněného v komoře (18), jehož prostřední měničová deska (2) svírá s rovinou dopadu neutrálních částic úhel 0,5 až 10°, přičemž k prostřední měničové desce (2) oboustranně přiléhají anodové rámečky (8,9) se soustavou (3,3°) anodových drátů, jeden anodový rámeček (9) je na straně dopadu neutrálních částic vyroben z materiálu, prostupného pro neutrální částice, zatímco k druhé straně anodových rámečků (8,9) přiléhají přídavné elektrody (4,4°) a na prodlouženém konci jednoho anodového rámečku (8,9) je umístěn konektor (11), propojený s jednotlivými anodovými dráty.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostřední měničová deska (2) obsahuje materiál, jehož atomové číslo je nejméně 25, například tantal (Ta).
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostřední měničová deska (2) obsahuje materiál, který má účinný mikroskopický průřez pro interakci s neutrálními částicemi v rozmezí stejného řádu jako u tantalu.
4. 4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostřední měničová deska (2) má tloušťku nejvýše 2 mm a svírá se středním směrem šíření neutrálních částic úhel nejvýše 5 °.
5. 5. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostřední měničová deska (2) je tantalová deska o tloušťce nejvýše 200 μια, která svírá se středním směrem šíření neutrálních částic úhel nejvýše 5°.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi dvěma sousedními dráty (3a, 3b, 3’a, 3°b) a vzdálenost mezi každým drátem (3a, 3b, 3°a, 3°b) a prostřední měničovou deskou (2) je nejvýše 15 mm.
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna přídavná elektroda (4, 4°) je připojena na stejný elektrický potenciál, jako prostřední měničová deska (2), a uložená s ní rovnoběžně na opačné straně soustavy (3, 3°) drátů (3a, 3b, 3°a, 3°b).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje soustavu (3,3°) drátů (3a, 3b, 3’a, 3°b) a přídavnou elektrodu (4, 4°) na každé straně prostřední měničové desky (2).

   -13CZ 280494 B6
9. 9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlak plynu v komoře (18) je v rozmezí od 10.10³ do 10⁶ Pa.
10. 10. Zářízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že rozdíl elektrického potenciálu mezi soustavou (3,3°) drátů (3a, 3b, 3°a, 3°b) a prostřední měničovou deskou (2) je menší než 30 kV.
11. 11. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden zdroj (32) neutrálních částic v odstupu od snímače, přičemž střední směr šíření neutrálních částic je v ose spojnice zdroje (32) a snímače (1).
12. 12. Zářízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden kolimátor (25) pro neutrální částice, sdružený s odpovídajícím snímačem (1), přičemž tento kolimátor (25) má štěrbinu pro omezení paprsku částic ze zdroje (32) na plochý paprsek, zaměřený do středního směru šíření, jehož stopa (26) v rovině prostřední měničové desky (2) snímače (1) je kolmá ke střednímu směru šíření.
13. 13. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že snímač (1) je upraven v dráze neutrálních částic ze zdroje (32) fotonů X nebo fotonů gama s energií alespoň 50 keV.
14. 14. Zářízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že snímač (1) je uložen na rámu (31).
15. 15. Zařízení podle nároku 14,vyznačující se tím, že rám (31) má tvar písmene L, U nebo kruhového oblouku, přičemž zdroj (32) je v odstupu od rámu (31) umístěn uvnitř tohoto rámu (31).
16. 16. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímač (1) nebo zdroj (32) je upraven pohyblivě.
17. 17. Zařízení podle nároku 16,vyznačující se tím, že snímač (1) je upraven v dráze neutrálních částic ze zdroje (32), přičemž tyto neutrální částice jsou fotony X nebo fotony gama.