DE3909147A1 - Anordnung zur messung des impulsuebertrages - Google Patents

Description

Die Hauptanmeldung betrifft eine Anordnung zum Messen des Impulsübertrages von in einem Untersuchungsbereich elastisch gestreuten Röntgenquanten mit einem auf der einen Seite des Untersuchungsbereichs angeordneten Rönt­ genstrahler und einem auf der anderen Seite des Unter­ suchungsbereichs befindlichen, die Energie der Röntgen­ quanten messenden Detektor sowie einer zwischen dem Detektor und dem Röntgenstrahler angeordneten rotations­ symmetrischen Blendenanordnung. Gemäß Fig. 3 der Hauptan­ meldung ist zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Röntgenstrahler eine Blende vorgesehen, die die Röntgen­ strahlung nur auf der Mantelfläche eines Primärstrahlenke­ gels durchläßt. Die im Primärstrahlenkegel erzeugte Streu­ strahlung fällt durch eine im Abstand von Untersuchungs­ bereich angeordnete Lochblende auf die Detektoranordnung. Je größer die kreisförmige Öffnung der Lochblende ist, desto mehr Röntgenquanten treffen auf die Detektoranord­ nung, desto ungenauer ist aber auch der Streuwinkel definiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Anordnung so auszuge­ stalten, daß der Kompromiß zwischen der Zahl der auf die Detektoranordnung auftreffenden Röntgenquanten und der Genauigkeit des Streuwinkels verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Detektoranordnung mehrere konzentrisch angeordnete, vor­ zugsweise ringförmige Detektoren umfaßt, die jeweils die zwischen zwei Kollimatorkörpern hindurchtretende Strahlung erfassen.

Anstelle der Lochblende sind dabei zwischen dem Untersu­ chungsbereich und der Detektordnordnung, also mehrere zueinander konzentrische zylinder- bzw. kegelmantelförmige Kollimatorkörper vorgesehen. Der Streuwinkel der vom Detektor registrierten Streustrahlung ist dabei umso genauer definiert, je kleiner der Abstand zwischen den Kollimatorkörpern im Verhältnis zu deren Länge ist. Dabei ist der Winkelbereich, in dem ein Streustrahl von einer zur Symmetrieachse parallel Geraden abweichen darf, in tangentialer Richtung mehrfach so groß als in radialer Richtung (d.h. in Richtung auf die Symmetrieachse). Da tangentiale Winkelabweichungen auf den Streuwinkel aber einen geringeren Einfluß haben als radiale, nimmt dadurch die Winkelungenauigkeit nicht zu. Gegenüber einer Loch­ blende mit kreisförmiger Öffnung sieht ein Streupunkt auf den Primärstrahlenkegel, also einen wesentlich größe­ ren Bereich der Detektoranordnung, so daß diese bei gleicher Winkelungenauigkeit rund zehnmal soviel Röntgen­ quanten auf die Detektoranordnung auftreffen läßt als bei einer Anordnung mit Lochblende.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Anordnung in einem die Symmetrieachse des Primärstrahlenkegels enthaltenden Quer­ schnitt und

Fig. 1b einen dazu senkrechten Querschnitt durch die gleiche Anordnung,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit kegelmantelförmigen Kolli­ matorkörpern.

Die Fig. 1a und 2 sind nicht maßstäblich. In Wirklich­ keit sind die Abmessungen in horizontaler Richtung im Ver­ gleich zu denen in vertikaler Richtung wesentlich größer.

Die von einem polychromatischen Röntgenstrahler 1 ausge­ hende Röntgenstrahlung fällt auf eine Blendenplatte 21 mit einer Öffnung für einen Primärstrahl 3 und einer dazu kon­ zentrischen ringförmigen Öffnung, die einen Primärstrah­ lenkegel 31 durchläßt, dessen Symmetrieachse mit dem Zent­ ralstrahl 3 zusammenfällt. Der Öffnungswinkel des Primär­ strahlenkegels, d.h. der Winkel zwischen einem von 1 aus­ gehenden Strahl dieses Kegels und den Zentralstrahl 3 ist relativ klein, beispielsweise 3°. Der Untersuchungsbe­ reich, in dem sich das Objekt 4 befindet, wird durch die Blendenplatte 21 und eine dazu parallele, für die Röntgen­ strahlung transparente Platte 22 definiert. Der Abstand zwischen der Blende 21 und der Platte 22 kann 400 mm betragen, wobei der Abstand zwischen der Platte 22 und dem Röntgenstrahler 600 mm beträgt.

Unmittelbar an die Platte 22 schließt sich ein zylinder­ förmiger Kollimator 8 an, der eine Länge von beispiels­ weise 800 mm aufweist, und der konzentrisch zur Symmetrie­ achse 3 angeordnet ist. Dieser Kollimator wird durch eine Anzahl einander umschließender zylindermantelförmiger Kollimatorkörper 81 . . . 85 gebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In der Zeichnung sind nur fünf davon dargestellt, doch können mehr davon vorhanden sein, beispielsweise 8. Die erzielbare Auflösung in der Tiefe steigt mit der Zahl der Kollimatorkörper.

Der Innendurchmesser des äußersten Kollimatorkörpers 81 sollte dem Durchmesser des Kreises entsprechen, den der Primärstrahlenkegel 31 auf der Platte 22 beschreibt. Der Außendurchmesser des innersten Kollimatorkörpers 85 ent­ spricht dem Durchmesser der ringförmigen Öffnung in der Blende 21. Die Kollimatorkörper, beispielsweise aus Stahl­ blech, sind so dünn wie möglich, doch dick genug, um die im Primärstrahlenkegel 31 erzeugte Streustrahlung zu absorbieren. Zwischen benachbarten Kollimatorkörpern ergibt sich jeweils die gleiche Durchmesserdifferenz.

Auf der von der Platte 22 abgewandten Öffnung des Kolli­ mators 8 befindet sich die Detektoranordnung 6, die aus einer Anzahl von ringförmigen Detektoren besteht, von denen jeder gerade die zwischen zwei benachbarten Kolli­ matorkörpern hindurchtretende Streustrahlung mißt. Der mittlere Detektor 60 mißt die Intensität der Röntgenstrah­ lung im Zentralstrahl 3. Die Signale werden in analoger Weise verarbeitet wie in der Hauptanmeldung P 38 32 146.7 im einzelnen erläutert.

In Fig. 1a ist mit 38 ein Streustrahl bezeichnet, der von einem Streupunkt 32 auf dem Primärstrahlenkegel 31 ausgeht und innerhalb des Untersuchungsobjektes 4 liegt. Dieser Streustrahl verläuft parallel zum Zentralstrahl 3 bzw. zur Symmetrieachse und entspricht daher einem Streuwinkel von 3°. Er tritt zwischen den Kollimatorkörpern 83 und 84 hin­ durch und trifft auf den Detektorring 62. Die Streustrah­ lung von Punkten, die dicht an der Platte 22 liegt, tritt durch weiter außen liegende Kollimatorkörper hindurch, während die Streustrahlung von Punkten in der Nähe der Blende 21 durch die weiter innen liegenden Kollimatorkör­ per hindurchtritt.

Man erkennt aus der Zeichnung, daß ein Streustrahl, der von dem gleichen Punkt ausgeht wie der Strahl 38 und der ebenfalls in der Zeichenebene liegt, nur wenig von der Richtung des Streustrahls 38 abweichen kann, z. B. 0,15°, weil er bei einer stärkeren Abweichung entweder vom Kollimatorkörper 84 oder vom Kollimatorkörper 83 ab­ sorbiert wird. Wenn hingegen der Streustrahl 38 in tangen­ tialer Richtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene um den Streupunkt auf dem Primärstrahlenkegel 31 geschwenkt wird, können sich wesentlich größere Winkelabweichungen ergeben, ohne daß der Streustrahl von einem der Kollimatorkörper 83, 84 absorbiert wird. Trotzdem ist die dadurch bewirkte Änderung des Streuwinkels relativ klein: Wenn der Streu­ strahl 38 um den Streupunkt 32 in tangentialer Richtung um 0,5° geschwenkt wird, ergibt sich daraus eine Streuwinkel­ änderung von weniger als 0,05°. Jedem Streupunkt ist also ein relativ großer Bogen eines der ringförmigen Detektoren 61 . . . 64 zugeordnet, so daß der Detektor - bei gleichem Objekt 4, gleicher Intensität des Röntgenstrahlers 1 und gleicher Streuwinkelungenauigkeit - wesentlich mehr Streu­ strahlung empfängt als die Anordnung mit einer Lochblende nach der Hauptanmeldung.

Obwohl der Einfluß tangentialer Winkelabweichungen auf den Streuwinkel wesentlich geringer ist als der Einfluß radia­ ler Winkelabweichungen, kann es zweckmäßig sein, auch die maximal möglichen tangentialen Winkelabweichungen zu begrenzen. Zu diesem Zweck sind zwischen den Blenden­ körpern 81 . . . 85 Lamellen 80 radial angeordnet, d.h. sie liegen in Ebenen, die sich in der Symmetrieachse 3 schneiden. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Lamellen kann dabei aber mehrfach so groß sein wie der Abstand zwischen zwei benachbarten Kollimatorkörpern. Die Abstände zwischen benachbarten Lamellen, die jeweils zwischen den gleichen Kollimatorkörpern angeordnet sind, sind weitge­ hend unabhängig davon, ob die Lamellen sich zwischen den inneren oder den äußeren Kollimatorkörpern befinden. Infolgedessen sind zwischen den äußeren Kollimatorkörpern mehr Lamellen vorgesehen als zwischen den inneren - wie die Zeichnung zeigt.

Die kreis- bzw. ringförmigen Detektoren 60 . . . 64, die Halb­ leiterdetektoren aus hochreinem Germanium sein können, müssen den Abmessungen des Primärstrahlenkegels im Unter­ suchungsbereich entsprechen. Demnach müßte der ringförmige Detektor 64 einen Durchmesser von rund 60 mm haben. Derar­ tige Halbleiterdetektoren sind teuer. Das in Fig. 2 darge­ stellte Ausführungsbeispiel der Erfindung erlaubt die Verwendung von Detektorringen mit verringertem Durch­ messer. Es unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1a lediglich dadurch, daß anstelle der zylinderman­ telförmigen Kollimatorkörper kegelmantelförmige Kollima­ torkörper verwendet sind, die sich vom Untersuchungs­ bereich zum Detektor hin verjüngen, wobei die Kollimator­ körper so geformt sind, daß in einem den Zentralstrahl 3 enthaltenden Längsschnitt die Schnittgeraden der Kollima­ torkörper parall zueinander verlaufen. Beträgt der Öff­ nungswinkel der Kegel, auf deren Mantelflächen die Kolli­ matorkörper 81 . . . 85 liegen, z. B. 1°, dann kann der Durch­ messer der Detektorringe bei sonst gleichen Abmessungen rund 28 mm kleiner sein als bei der Ausführungsform nach Fig. 1a.

Beim Ausführungsbeispiel ist jedem Detektor (z. B. 62) der Zwischenraum zwischen benachbarten Kollimatorkör­ pern (83, 84) zugeordnet. Man kann die ringförmigen Detek­ toren aber auch breiter machen, so daß sie die Streustrah­ lung zwischen einem Kollimatorkörper (z. B. 83) und seinem übernächsten Nachbarn (88) erfassen. Dadurch wird zwar das Auflösungsvermögen in der Tiefe verringert, doch wird zu­ gleich das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert.

Claims (3)

1. Anordnung zum Messen des Impulsübertrages von in einem Untersuchungsbereich elastisch gestreuten Röntgenquanten mit einem auf der einen Seite des Untersuchungsbereichs angeordneten Röntgenstrahler und einem auf der anderen Seite des Untersuchungsbereichs befindlichen, die Energie der Röntgenquanten messenden Detektor sowie einer zwischen dem Detektor und dem Röngtenstrahler angeordneten rota­ tionssymmetrischen Blendenanordnung nach Hauptanmeldung P 38 32 146.7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Untersuchungsbe­ reich und dem Röntgenstrahler (1) eine erste Blende (21) vorgesehen ist, die Röntgenstrahlung nur auf der Mantel­ fläche eines Primärstrahlenkegels (31) durchläßt und daß zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Detektor mehrere einander umschließende, zu der Symmetrieachse (3) des Primärstrahlenkegels konzentrische zylinder- bzw. kegel­ mantelförmige Kollimatorkörper (81 . . . 85) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung mehrere konzentrisch angeordnete, vorzugsweise ringförmige Detek­ toren (61 . . . 64) umfaßt, die jeweils die zwischen zwei Kollimatorkörpern (81 . . . 85) hindurchtretende Strahlung erfassen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Kollimatorkörpern Lamellen (80) in Ebenen angeordnet sind, die die Symmetrieachse (3) schneiden.