DE102004060612A1 - Anordnung zum Messen des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Anordnung zum Messen des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten mit einem in Y-Richtung ausgedehnten Fokus als Anode 1, der Röntgenstrahlung in X-Richtung emittiert; mit einem in Y-Richtung sich erstreckenden Primärkollimator 4, der nur Röntgenstrahlung durchlässt, die auf einen einzigen Fokalpunkt 7 gerichtet ist und der Fokalpunkt 7 Ursprungspunkt eines kartesischen Koordinatensystems ist; mit einem Untersuchungsbereich; mit einem um die Z-Richtung ringförmig ausgebildeten ersten Streukollimator, der zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt 7 angeordnet ist und der nur Streustrahlung 11 von einem in den Untersuchungsbereich einbringbaren Objekt 5 durchlässt, die unter einem festen Streuwinkel THETA emittiert wird; und mit einem ersten Detektor 9, der die elastisch gestreuten Röntgenquanten erfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein zweiter Streukollimator 15, 16 zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt 7 angeordnet ist, der Compton-Streuquanten 14 aus dem Objekt auf einen zweiten Detektor 13, der zweidimensional ausgebildet und in der YZ-Ebene angeordnet ist, durchlässt, wobei die Abbildung so erfolgt, dass auf die X-Koordinate des Streuvoxels 6 im Objekt 5 eindeutig geschlossen werden kann.

Description

• Die Erfindung befasst sich mit einer Anordnung zum Messen des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten.
• Bislang wurden häufig CT-Geräte verwendet, um Sprengstoff in Koffern bei der Gepäckkontrolle aufzuspüren. Allerdings hat die CT-Technik eine hohe Fehlalarm-Rate, die im Bereich von 30 % liegt. Da Sprengstoffe sehr gut durch ihre Beugungsprofile erkannt werden können, wurden auch CT-Geräte als CSCT-Geräte so entwickelt, dass sie die lokalen Beugungsprofile der Kofferinhalte gescannt haben.
• Parallel dazu wurden, um Probleme hinsichtlich der hohen Fehlalarm-Rate zu lösen, Geräte entwickelt, die Impulsübertragungsspektren von elastisch gestreuten Röntgenquanten aufnehmen, die so genannten CXRS-Geräte.
• Aus der EP 1 241 470 B1 ist eine solche Anordnung zur Untersuchung von Gepäckstücken bekannt. Eine solche Anordnung weist einen in Y-Richtung ausgedehnten Fokus auf, der Röntgenstrahlung in X-Richtung emittiert. Durch einen sich in Y-Richtung erstreckenden Primärkollimator werden nur Röntgenquanten in einen dahinter liegenden Untersuchungsbereich durchgelassen, die auf einzigen Fokalpunkt gerichtet sind. Der Fokalpunkt bildet dabei den Ursprungspunkt eines kartesischen Koordinatensystems. Es wird somit ein scheibenförmiger inverser Fächerstrahl gebildet. Zwischen dem Fokalpunkt und dem Untersuchungsbereich ist ein Streukollimator angeordnet, der ringförmig um die Z-Richtung ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass nur Streustrahlung von einem in dem Untersuchungsbereich befindlichen Objekt durchgelassen wird, die unter einem festen vorgegebenen Streuwinkel vom Streuvoxel ausgeht. In der YZ-Ebene ist ein Detektor angeordnet, der sich entlang der Z-Achse erstreckt. Dadurch wird die Tiefeninformation des Streuvoxels, also seine X-Koordinate, auf eine Parallele zur Y-Achse in der YZ-Ebene abgebildet. Mittels einer solchen Anordnung kann eine schnelle Analyse eines Gepäckstücks erreicht werden, wobei lediglich eine eindimensionale Bewegung des Gepäckstücks entlang der Z-Richtung auf einem Förderband erfolgen muss. Die Scangeschwindigkeit ist allerdings durch die winkelabhängige Empfindlichkeit der Detektorelemente beschränkt.
• Allerdings weisen die CXRS-Geräte ebenfalls eine nichtvernachlässigbare Fehlalarm-Rate auf, was daher rührt, dass einige Sprengstoffe Beugungsprofile aufweisen, die den Beugungsprofilen gängiger Materialien, wie sie häufig in Gepäckstücken verwendet werden, stark ähneln.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, mit der eine signifikante Verringerung der Fehlalarm-Rate gegenüber den bekannten CT-Geräten bzw. den bekannten CXRS-Geräten erzielt wird.
• Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass zusätzlich zu den elastisch gestreuten Röntgenquanten, durch die das Beugungsprofil erhalten wird, die Compton-Streuquanten detektiert werden, die die Dichteinformation des Materials im Streuvoxel enthalten, werden zwei voneinander unabhängige Parameter bestimmt, die eine äußerst genaue Detektion des Materials im Streuvoxel zulassen. Damit wird die Fehlalarm-Rate drastisch gesenkt und gleichzeitig die hohe Scangeschwindigkeit beibehalten. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird bei einem einzigen Scan durch die eindeutige Abbildung der X-Koordinate des Streuvoxels auf die Z-Koordinaten im Detektor sowohl für die elastisch gestreuten Röntgenquanten als auch für die Compton-Streuquanten jeweils eine genaue Zuordnung der erhaltenen Daten zu dem jeweiligen Streuvoxel erzielt.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein dritter ortsauflösender Detektor auf der X-Achse zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt angeordnet ist und sich in Z-Richtung erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass die Projektionsinformation in Transmission ausgewertet werden kann und somit Sprengstoffe gut zu detektieren sind. Ebenso kann gut eine Abschirmung, beispielsweise durch Bleiplatten, erkannt werden. Schließlich kann die Schwächungskorrektur gut berechnet werden.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Streukollimator aus parallelen Stahllamellen gebildet ist, die unter einem festen Compton-Streuwinkel zur X-Achse angeordnet sind. Dies stellt eine sehr einfach herzustellende Kollimatoranordnung dar, mit der die Tiefenkoordinate entlang der X-Achse eines Streuvoxels auf die Z-Achse des zweiten Detektors abgebildet wird. Eine andere sehr einfach herzustellende Art eines zweiten Streukollimators, der ebenfalls eine gute Abbildung der X-Koordinate des Streuvoxels auf die Z-Koordinate des zweiten Detektors erlaubt, ist es, diesen als geraden oder gebogenen Schlitz, der sich im Wesentlichen in Y-Richtung erstreckt, auszubilden. Das Material dieses Streukollimators ist dann aus einem stark Röntgenstrahlen absorbierenden Material, insbesondere aus Blei.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Detektor unter einem Compton-Streuwinkel von mindestens 10° angeordnet ist. In diesem Weitwinkelbereich ist der Wirkungsquerschnitt für die Compton-Streuung größer, da dieser von der lokalen Elektronendichte des Streuvoxels abhängt.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Detektor zwischen dem ersten Detektor und der Y-Achse angeordnet ist und sich in Z-Richtung erstreckt. Dadurch ist zwar die Z-Komponente des Streuwinkels klein, da der zweite Detektor sich nahe an der Z-Achse befindet. Durch die Erstreckung in Z-Richtung gibt es allerdings immer Streuquanten, die eine große Y-Komponente des Streuwinkels aufweisen. Da der Gesamtstreuwinkel relevant ist, der sich aus der y- und der Z-Komponente zusammensetzt, werden die für die Compton-Streuung bevorzugten großen Streuwinkel erreicht. Der zweite Detektor weist dabei eine Länge von mindestens 30 cm, bevorzugt 50 cm, in Y-Richtung und eine Breite von mindestens 4 cm, bevorzugt 6 cm, in Z-Richtung auf.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Detektor unter einem Streuwinkel von weniger als 5° angeordnet ist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die kohärente Streuung in dem für die Gepäckuntersuchung interessanten Energiebereich einen starken Peak innerhalb eines engen Vorwärtskegels aufweist.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Detektor auf einer Ellipse angeordnet ist, die sich in der YZ-Ebene erstreckt. Dadurch wird der Abbildungsgeometrie Rechnung getragen, durch die die Abbildung der von einem Streuvoxel stammenden gestreuten Röntgenquanten auf einer gekrümmten Linie in der Form einer Ellipse erfolgt. Somit wird eine Empfindlichkeit des ersten Detektors über einen größeren Raumwinkel erreicht.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass erste Detektor eine Form gemäß der Gleichung a₁ ² Z² + a₂ ² Y² = a₃ ² haben und a₁, a₂ und a₃ Konstanten sind, die von der Geometrie des Streukollimators und des zu untersuchenden Bereichs des Objekts abhängen. Durch die drei auf die jeweilige Detektorgeometrie abgestimmten Konstanten wird eine optimale Detektorempfindlichkeit über einen großen Raumwinkel erreicht, ohne dass die oben beschriebenen Unschärfeeffekte auftreten.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Länge des ersten Detektors in Y-Richtung zwischen 40 und 70 mm, insbesondere 60 mm, beträgt und/oder sie eine Breite in Z-Richtung von 0,25 bis 2 mm, insbesondere 0,5 mm, aufweisen. Dadurch wird eine starke Erhöhung der Detektorempfindlichkeit erreicht, der im Bereich eines Faktors 10 gegenüber den bekannten Detektoren liegt.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Detektor symmetrisch zur Z-Achse ausgebildet ist. Dies ist auf Grund der geometrischen Ausgestaltung der Anordnung die optimale Form, um eine möglichst hohe Detektorempfindlichkeit sowohl zur Linken als auch zur Rechten der Z-Achse zu erzielen. Bevorzugt ist der erste Detektor aus Germanium hergestellt, insbesondere mittels eines Lithographieverfahrens.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein weiterer erster Detektor symmetrisch zur Y-Achse angeordnet ist. Dadurch wird ein noch besseres Signal-Rauschverhältnis erhalten.
• Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen:
• 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung ohne Sekundärkollimatoren und ohne zweiten Detektor und
• 2 einen Längsschnitt durch die Anordnung der 1 entlang der XZ-Ebene mit zweiten Streukollimatoren und zweiten Detektoren, aber ohne erste Streukollimatoren.
• In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Schnitt entlang der XY-Ebene. Allerdings ist die erfindungsgemäße Anordnung im oberen Bereich, d.h. im Bereich der YZ-Ebene, perspektivisch dargestellt.
• Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine sich in Y-Richtung erstreckende Anode 1 auf, die eine Reihe von aneinander gereihten diskreten Fokuspunkten 2 aufweist, die beim Beschuss mit einem Elektronenstrahl entlang der Anode 1 wandern. Bevorzugt wird dabei eine Anzahl von Fokuspunkten 2 im Bereich von 60 (dargestellt sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine geringe Anzahl dieser Fokuspunkte 2). Die von jedem einzelnen Fokuspunkt 2 ausgehenden Röntgenquanten werden durch einen Primärkollimator 4, der eine Fächerform aufweist, so begrenzt, dass sich ein inverser Fächerstrahl 8 an Röntgenquanten als Primärstrahl 3 ergibt. Dieser inverse Fächerstrahl 8 verläuft in der XY-Ebene und konvergiert auf einen einzigen Fokalpunkt 7, der gleichzeitig den Koordinatenursprung eines kartesischen Koordinatensystems bildet. Der Primärstrahl 3 trifft im Objektraum auf ein Objekt 5. Bei dem Objekt 5 handelt es sich, wenn man vom häufigsten Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Anordnung in Form einer Gepäckprüfanlage ausgeht, um einen Koffer. Dieses Objekt 5 liegt dann auf einem Förderband (nicht gezeigt), welches sich entlang der Z-Achse bewegen lässt. Solange das Objekt 5 nicht entlang der Z-Achse durch das Förderband bewegt wird, durchsetzt der inverse Fächerstrahl 8 das Objekt 5 entlang einer dünnen Scheibe in der XY-Ebene. Diese Scheibe wird dadurch verändert, dass eine eindimensionale Bewegung des Förderbands in Z-Richtung erfolgt, so dass ein vollständiger Scanvorgang des Objekts 5 durch die Bewegung des Förderbands erfolgen kann.
• Die momentan gescannte dünne Scheibe besteht aus einer Anzahl von Streuvoxeln 6, die jeweils eine X-Koordinate (unterschiedliche Tiefe entlang der X-Richtung) und eine Y-Koordinate (unterschiedliche seitliche Anordnung bezüglich der X-Achse) aufweisen. An jedem einzelnen Streuvoxel 6 wird der Primärstrahl 3 von Röntgenquanten gestreut. Von den an diesem Streuvoxel 6 gestreuten Röntgenquanten interessieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich die kohärent gestreuten Röntgenquanten. Diese werden mittels eines nicht dargestellten – aus der EP 1 241 470 B1 bekannten – Streukollimators in die YZ-Ebene abgebildet, so dass aus ihrer Position entlang der Z-Achse eine direkte Zuordnung zur Tiefe entlang der X-Richtung im Objekt 5 erfolgt. Dies bedeutet, dass als Streustrahl 11 lediglich solche am Streuvoxel 6 gestreuten Röntgenquanten vom Streukollimator durchgelassen werden, die einen vorgegebenen konstanten Streuwinkel Θ aufweisen. Der durchgelassene Streustrahl 11 ist in 1 gestrichelt dargestellt.
• Auf Grund des um die Z-Richtung ringförmig ausgebildeten Streukollimators gelangen nicht nur Streuquanten in der XZ-Ebene durch diesen hindurch sondern auch solche, die eine von Y = 0 verschiedene Koordinate aufweisen. Diese werden von einem in der YZ-Ebene angeordneten zweidimensionalen Detektor 9 erfasst. Die aus der EP 1 241 470 B1 bekannte Detektoranordnung erstreckt sich lediglich entlang der Z-Achse, dagegen erstrecken sich die einzelnen erfindungsgemäßen Detektorelemente 10 in Y-Richtung. Dadurch können mehr Streuquanten des vom Streuvoxel 6 stammenden Streustrahls 11, die durch den Streukollimator durchgelassen werden und zu dem festen Streuwinkel Θ gehören, vom Detektor 9 erfasst werden. Je mehr Streuquanten erfasst werden, desto weniger Zeit wird benötigt, um das Impulsübertragungsspektrum der elastisch gestreuten Röntgenquanten aufzunehmen.
• Durch die Erstreckung des Detektors 9 in Y-Richtung wird die Detektorempfindlichkeit auf einen größeren Raumwinkel ausgedehnt. Allerdings ergibt sich bei einer linearen Ausdehnung der Detektorelemente 10 parallel zur Y-Achse ein Unschärfeeffekt des Beugungsprofils, dessen Grad stark vom Streuwinkel Θ abhängt. Dies folgt daraus, dass der gemessene Streuwinkel umso stärker vom eingestellten Streuwinkel Θ bezüglich der XZ-Ebene abweicht, je weiter sich das Detektorelement 10 von der Z-Achse entfernt. Um diesen Unschärfeeffekt zu unterbinden, werden Detektorelemente 10 verwendet, die gebogen ausgeführt sind.
• Die Ausdehnung des Detektorelements 10 in Y-Richtung ist somit ungefähr um einen Faktor 10 größer als derjenige der aus dem Stand der Technik bekannten Detektorelemente. Dadurch wird die Detektorempfindlichkeit um ungefähr denselben Faktor 10 gegenüber dem Stand der Technik erhöht, ohne dass der Nachteil einer verminderten Auflösung auf Grund des Unschärfeeffekts des Beugungsprofils auftritt.
• Die erfindungsgemäßen Detektoren 9, die eine elliptische Form aufweisen, können durch ein Standardlithographieverfahren aus Germanium oder einem anderen Halbleitermaterial hergestellt werden. Um ein noch besseres Signal-Rauschverhältnis zu erhalten, kann ein weiterer Satz Detektorelemente 10 auch spiegel-symmetrisch zur Y-Achse angeordnet sein.
• In 2 ist ein Schnitt entlang der XZ-Ebene dargestellt, in dem zur Verbesserung der Übersichtlichkeit auf die Darstellung von ersten Streukollimatoren, die dafür sorgen, dass nur unter dem Streuwinkel Θ vom Streuvoxel 6 ausgehende elastisch gestreute Röntgenquanten gemäß den dargestellten elastisch gestreuten Strahlen 11 in die ersten Detektoren 9 gelangen und somit die genaue Position des Streuvoxels 6 entlang der X-Richtung festgelegt ist.
• Der vom Streuvoxel 6 nicht gestreute Transmissionsstrahl 18 trifft auf einen dritten, ortsauflösenden Detektor 17, der auf der X-Achse zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt 4 angeordnet ist und sich in Z-Richtung erstreckt. Hiermit kann die Projektionsinformation in Transmission ausgewertet werden kann und Sprengstoffe werden gut detektiert. Ebenso kann gut eine Abschirmung, beispielsweise durch Bleiplatten, erkannt werden. Schließlich kann die Schwächungskorrektur gut berechnet werden.
• Darüber hinaus werden erfindungsgemäß auch die Compton-Streuquanten als Compton-Streustrahl 14 dargestellt, in einem zweiten Detektor 13 registriert. Um eine genaue Zuordnung der Tiefe in X-Richtung des Streuvoxels 6, aus dem der Compten-Streustrahl 14 auf den zweiten Detektor 13 trifft, zu erhalten, ist ein zweiter Streukollimator 15, 16 zwischen dem Untersuchungsbereich, in dem sich das Objekt 5 befindet, und dem zweiten Detektor 13 angeordnet. In 2 sind auf der linken und der rechten Seite zwei unterschiedliche Arten von zweiten Streukollimatoren 15, 16 dargestellt. Der links dargestellte zweite Streukollimator 15 besteht aus parallelen Stahlblechen, die sich senkrecht zur Zeichenebene in Y-Richtung über die gesamte Länge des zweidimensionalen zweiten Detektors 13 erstrecken. Damit wird – egal in welcher Tiefe des Objekts 5 das Streuvoxel 6 liegt – immer nur ein Compton-Streustrahl 14 auf den zweiten Detektor 13 durchgelassen, der unter einem konstanten Streuwinkel Γ für Compton-Quanten vom Streuvoxel 6 ausgeht.
• Genauso gut ist es mit dem zweiten Streukollimator 16 auf der rechten Seite der 2 möglich, die Tiefeninformation des Streuvoxels 6 entlang der X-Achse zu bestimmen. Bei dem dargestellten zweiten Streukollimator 16 handelt es sich um eine Platte aus einem stark Röntgenstrahlung absorbierenden Material, hier um Blei, das einen Längsschlitz parallel zur Y-Achse (also senkrecht zur Zeichenebene) aufweist. Dieser Längsschlitz erstreckt sich über die gesamte Länge in Y- Richtung des zweidimensionalen zweiten Detektors 13. Der Längsschlitz des zweiten Streukollimators 16 kann auch in Y-Richtung leicht gebogen ausgeführt sein. Der Längsschlitz lässt zwar Compton-Streustrahlen 14 mit unterschiedlichen Streuwinkeln Γ auf den zweiten Detektor 13 durch, jedoch ist durch den Punkt, an dem der Compton-Streustrahl 14 auf den zweiten Detektor 13 trifft, die Tiefeninformation des Streuvoxels 6, von dem dieser Compton-Streustrahl 14 ausgeht, entlang der X-Achse genau definiert. Dies ergibt sich, wie aus der Zeichnung gut ersichtlich ist, auf Grund der eindeutigen Abbildungsgeometrie.
• Anhand der Compton-Quanten ist es möglich, die Dichteinformation des Materials im Streuvoxel 6 zu erhalten. Da der Wirkungsquerschnitt von der lokalen Elektronendichte im Streuvoxel 6 abhängt, kann ein guter Rückschluss auf das sich dort befindliche Material. erfolgen. Alle drei Koordinaten des Streuvoxels 6 sind anhand der Abbildungsgeometrie sehr leicht zu bestimmen. Die X-Koordinate ergibt sich auf Grund des Punktes, an dem der Compton-Streustrahl 14 auf den zweiten Detektor 13 trifft. Die Y-Koordinate des Streuvoxels 6 wird dadurch bestimmt, dass die Koordinate des Fokuspunktes 2 auf der Anode 1 bestimmt wird, von der aus der Primärstrahl 3 das Streuvoxel 6 trifft. Die Z-Koordinate ist Null, da der inverse Fächerstrahl 8 immer in der XY-Ebene verläuft und das Objekt 5 entlang der Z-Achse nach jedem Scan (für jede Scheibe) auf einem Förderband weiterbewegt wird. Da alle drei Koordinaten bestimmt werden können, wird ein Compton-Streubild von der gesamten durchleuchteten Scheibe erhalten. Dieses muss auf Grund von Mehrfachstreueffekten und Schwächungseffekten sowohl im Primärstrahl 3 als auch im Compton-Streustrahl 14 noch korrigiert werden.
• Da die Compton-Streustrahlen 14 unter einem großen Streuwinkel Γ von über 10° erfasst werden, ist die Fläche des zweiten Detektors 13 groß und kann somit eine große Anzahl von Compton-Streustrahlen 14 aufzeichnen. Wenn der zweite Streukollimator 15, 16 – wie im dargestellten Ausführungsbeispiel – eine Abbildung von einer Linie auf eine andere Linie ermöglicht, d.h. eine Reihe von Detektorpixeln, die Streustrahlung von einer Reihe von Streuvoxeln 6 im Objekt 5 „sehen", dann kann das Streusignal am zweiten Detektor 13 über alle seine Pixel aufsummiert werden, die Streustrahlung von der relevanten Gegend des Objekts 5 enthalten. Da die große Detektorempfindlichkeit über eine große Fläche in einem starken Streusignal resultiert, erhält man für das Bild der Elektronendichte ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis.
• Anstatt die zweiten Detektoren 13 zur Messung der Compton-Streuquanten außerhalb der ersten Detektoren 9 zur Messung der elastisch gestreuten Röntgenquanten – wodurch eine große Z-Komponente des Streuwinkels Γ erhalten wird – können auch sich entlang der Z-Achse erstreckende zweite Detektoren 13 verwendet werden, die zwischen den ersten Detektoren 9 und der Z-Achse angeordnet sind. Dadurch ist zwar die Z-Komponente des Streuwinkels Γ gering, aber man erhält immer Compton-Streuquanten, die eine große Y-Komponente im Streuwinkel aufweisen. Der gesamte Streuwinkel Γ, der einzig relevant ist, setzt sich aus beiden Komponenten zusammen. Allerdings ist die Intensität bei einer solchen Anordnung gegenüber derjenigen des dargestellten Beispiels geringer.
• Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die Kombination der Messung des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten in den ersten Detektoren 9 mit der Messung des Dichteprofils (dem Bild der Elektronendichte) mittels Compton-Streuung werden für jedes Streuvoxel zwei materialspezifische Parameter gleichzeitig bestimmt werden. Selbst wenn einer der beiden Parameter eine Unsicherheit des Materials im Streuvoxel beinhalten würde, kann auf Grund des anderen Parameters in fast allen Fällen auf die tatsächliche Natur des im untersuchten Streuvoxel enthaltenen Materials geschlossen werden. Dadurch wird die Fehlalarm-Rate deutlich gesenkt, ohne dass die Bestimmung der beiden Parameter in unterschiedlichen Verfahrensschritten oder sogar in räumlich voneinander getrennten Geräten vorgenommen werden müsste, wodurch erheblich Zeit gespart wird.

1

Anode

2

Fokuspunkt

3

Primärstrahl

4

Primärkollimator

5

Objekt

6

Streuvoxel

7

Fokalpunkt

8

inverser Fächerstrahl

9

erster Detektor

10

Detektorelement

11

elastisch gestreuter Strahl

12

Förderband

13

zweiter Detektor

14

Compton-Streustrahl

15, 16

zweiter Streukollimator

17

dritter Detektor

18

Transmissionsstrahl

Θ

Streuwinkel für elastisch gestreute

Röntgenquanten

Γ

Streuwinkel für Compton-Quanten

Claims (15)

1. Anordnung zum Messen des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten mit einem in Y-Richtung ausgedehnten Fokus als Anode (1), der Röntgenstrahlung in X-Richtung emittiert; mit einem in Y-Richtung sich erstreckenden Primärkollimator (4), der nur Röntgenstrahlung durchlässt, die auf einen einzigen Fokalpunkt (7) gerichtet ist und der Fokalpunkt (7) Ursprungspunkt eines kartesischen Koordinatensystems ist; mit einem Untersuchungsbereich; mit einem um die Z-Richtung ringförmig ausgebildeten ersten Streukollimatorsystem, das zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt (7) angeordnet ist und das nur Streustrahlung (11) von einem in den Untersuchungsbereich einbringbaren Objekt (5) durchlässt, die unter einem festen Streuwinkel (Θ) emittiert wird; und mit einem ersten Detektor (9), der die elastisch gestreuten Röntgenquanten erfasst; dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Streukollimator (15, 16) zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt (7) angeordnet ist und Compton-Streuquanten (14) aus dem Objekt (5) auf einen zweiten Detektor (13), der zweidimensional ausgebildet und in der YZ-Ebene angeordnet ist, durchlässt, wobei die Abbildung so erfolgt, dass eindeutig auf die X-Koordinate des Streuvoxels (6) im Objekt (5) geschlossen werden kann.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter ortsauflösender Detektor (17) auf der X-Achse zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt (7) angeordnet ist und sich in Z-Richtung erstreckt.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Streukollimator (15, 16) aus parallelen Stahllamellen gebildet ist, die unter einem festen Compton-Streuwinkel (Γ) zur X-Achse angeordnet sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Streukollimator (15, 16) als gerader oder gebogener Schlitz, der sich im Wesentlichen in Y-Richtung erstreckt, in einem stark Röntgenstrahlen absorbierenden Material, insbesondere Blei, ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Detektor (13) unter einem Compton-Streuwinkel (Γ) von mindestens 10° angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Detektor (13) zwischen dem ersten Detektor (9) und der Y-Achse angeordnet ist und sich in Z-Richtung erstreckt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Detektor (13) eine Länge von mindestens 30 cm, bevorzugt 50 cm, in Y-Richtung und eine Breite von mindestens 4 cm, bevorzugt 6 cm, in Z-Richtung aufweist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) unter einem Streuwinkel (Θ) von weniger als 5° angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) auf einer Ellipse angeordnet ist, die sich in der YZ-Ebene erstreckt.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) eine Form gemäß der Gleichung a₁ ² Z² + a₂ ² Y² = a₃ ² haben und a₁, a₂ und a₃ Konstanten sind, die von der Geometrie des Streukollimators und des zu untersuchenden Bereichs des Objekts (5) abhängen.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten Detektors (9) in Y-Richtung zwischen 40 und 70 mm, insbesondere 60 mm, beträgt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) symmetrisch zur Z-Achse ausgebildet sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) eine Breite in Z-Richtung von 0,25 bis 2 mm, insbesondere 0,5 mm, haben.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (9) aus Germanium hergestellt sind, insbesondere durch ein Lithographieverfahren.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer erster Detektor (9) symmetrisch zur Y-Achse angeordnet ist.