DE4203354A1 - X=Ray quantum pulse transmission spectrum measuring system - has reduced energy requirement for X=ray quanta - Google Patents

X=Ray quantum pulse transmission spectrum measuring system - has reduced energy requirement for X=ray quanta

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Abstract

A system, for measuring the pulse transmission spectrum of x-ray quanta, has a polychromatic x-ray emitter (20); a primary aperture arrangement (21), between the emitter and the test region, for stopping down a primary beam (28) passing through the test region on the generatrix of a cone; a detector array (D) for detecting x-ray quanta which have been elastically scattered in the test region; and a secondary aperture arrangement (27) which is located between the test region and the detector array (D) and which has slit openings (S1,S2) arcuately enclosing a system axis (24) passing through the emitter. The novelty is that the system design and the slit opening (S1,S2) arrangement are such that the scattered radiation can pass through each opening only from part of the test region to the detector array. Thus, scattered radiation from a test region portion (A-F) nearer the emitter is detected by detector elements (1-6) which are closer to the system axis than is the case for scattered radiation from a test region portion (G-L) further from the emitter. The test region portions, from which scattered radiation is detected through the openings by the detector array, do not overlap. USE/ADVANTAGE - The system is used e.g. for identifying (esp. crystalline) materials in luggage. The secondary aperture arrangement is relatively simple and the requisite x-ray quantum range can be reduced compared with than in EP-462658.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen des Impulsübertragsspektrums von Röntgenquanten mitThe invention relates to an arrangement for measuring the Impulse transmission spectrum of X-ray quanta with

  • - einem polychromatischen Röntgenstrahler,- a polychromatic X-ray tube,
  • - einer zwischen dem Röntgenstrahler und dem Untersu­ chungsbereich angeordneten Primär-Blendenanordnung zum Ausblenden eines den Untersuchungsbereich auf der Mantelfläche eines Kegels durchsetzenden Primärstrahlen­ bündels,- one between the X-ray tube and the Untersu primary aperture arrangement for Hide the examination area on the Shell surface of a cone penetrating primary rays bundle,
  • - einer aus mehreren Detektorelementen bestehenden Detek­ toranordnung zum Erfassen von im Untersuchungsbereich elastisch gestreuter Röntgenquanten und- A detector consisting of several detector elements Gate arrangement for detecting in the examination area elastic scattered X - ray quanta and
  • - einer zwischen dem Untersuchungsbereich und der Detek­ toranordnung angeordneten Sekundärblendenanordnung, die mit schlitzförmigen, eine durch den Röntgenstrahler verlaufende Systemachse kreisbogenförmig umschließenden Öffnungen versehen ist.- one between the examination area and the detec arranged secondary aperture arrangement, the with slit-shaped, one through the x-ray tube extending system axis enclosing a circular arc Openings are provided.

Eine solche aus der EP-OS 4 62 658 bekannte Anordnung kann Stoffe in einem Gepäckstück, insbesondere kristalline Stoffe, anhand ihres Impulsübertragsspektrums identifi­ zieren. Die Sekundärblendenanordnung hat dabei die Form einer Platte, die mit einem ringförmigen Schlitz versehen ist. Durch diesen Schlitz hindurch können die ebenfalls ringförmigen Detektorelemente die Streustrahlung erfassen, die von dem Primärstrahlenbündel innerhalb des Untersu­ chungsbereichs erzeugt wird. Die Streustrahlung aus dem Abschnitt des Untersuchungsbereichs, der der Systemachse am nächsten ist, wird von dem Detektorelement erfaßt, das den größten Abstand von der Systemachse hat, während die Streustrahlung von dem Abschnitt, der am weitesten von der Systemachse entfernt ist, von dem Detektorelement mit dem geringsten Abstand von der Systemachse erfaßt wird. Obwohl also jedes Detektorelement die Streustrahlung erfaßt, die unter einem definierten Streuwinkel aus dem Primärstrah­ lenbündel austritt, weichen die den verschiedenen Detek­ torelementen zugeordneten Streuwinkel voneinander ab.Such an arrangement known from EP-OS 4 62 658 can Fabrics in a piece of luggage, especially crystalline ones Identify substances based on their impulse transmission spectrum adorn. The secondary aperture arrangement has the shape a plate provided with an annular slot is. They can also pass through this slot ring-shaped detector elements detect the scattered radiation, those from the primary beam within the subsu area is generated. The scattered radiation from the Section of the examination area, that of the system axis closest is detected by the detector element that has the greatest distance from the system axis, while the Scattered radiation from the section furthest from the  System axis is removed from the detector element with the smallest distance from the system axis is detected. Even though So each detector element detects the scattered radiation at a defined scattering angle from the primary beam bundle emerges, they give way to the various detec Scattering angle assigned to gate elements from one another.

Da der Impulsübertrag dem Produkt aus dem Sinus des halben Streuwinkels und der Energie des elastisch gestreuten Röntgenquants proportional ist, hat dies zur Folge, daß das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Energie der vom Röntgenstrahler emittierten Röntgenquanten wesent­ lich größer sein muß als das Verhältnis zwischen dem maximalen und dem minimalen Impulsübertrag, der von jedem der Detektorelemente gemessen werden soll. Verhält sich der maximale Impulsübertrag zum minimalen Impulsübertrag z. B. wie 1,8 : 0,8 (d. h. 2,25:1), dann erfordert dies ein größeres Verhältnis von höchster und niedrigster Energie der für die Bestimmung des Impulsübertrags herangezogenen Röntgenquanten. Je nach dem Streuwinkelunterschied kann dieses Verhältnis z. B. 4:1 betragen. Daraus können sich Schwierigkeiten ergeben, weil Röntgenquanten mit geringer Energie im Untersuchungsbereich stark absorbiert werden, während Röntgenquanten mit höherer Energie in den üblichen Halbleiterdetektoren (Ge, Li) nicht ausreichend absorbiert werden, so daß die Empfindlichkeit dieser Detektoren für Quanten höherer Energie abnimmt.Because the momentum transfer is the product of the sine of half Scattering angle and the energy of the elastically scattered X-ray quants is proportional, this means that the relationship between maximum and minimum energy the X-ray quanta emitted by the X-ray emitter are essential must be larger than the ratio between the maximum and minimum momentum transfer from each of the detector elements is to be measured. Behaves the maximum pulse transfer to the minimum pulse transfer e.g. For example, like 1.8: 0.8 (i.e. 2.25: 1), this requires one greater ratio of highest and lowest energy the one used to determine the momentum transfer X-ray quanta. Depending on the scatter angle difference this ratio z. B. 4: 1. From that you can Difficulties arise because x-ray quanta are low Energy is strongly absorbed in the examination area, while X-ray quanta with higher energy in the usual Semiconductor detectors (Ge, Li) not adequately absorbed so that the sensitivity of these detectors for Quantum of higher energy decreases.

In dieser Hinsicht liegen die Verhältnisse bei den Anord­ nungen nach der US-PS 50 07 072 sowie nach der EP-OS 3 70 347 zwar günstiger, weil dabei alle Detektor­ elemente nur die unter jeweils demselben Streuwinkel gestreuten Röntgenquanten erfassen. Deshalb muß dabei das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Quantenenergie nicht größer sein als das Verhältnis zwischen maximalem und minimalem Impulsübertrag. Jedoch ist eine sehr kompli­ zierte Sekundärblendenanordnung erforderlich, um zu erreichen, daß alle Detektorelemente nur unter diesem Streuwinkel von Streustrahlung getroffen werden können. Die Sekundärblendenanordnung muß dabei eine Anzahl von langgestreckten Kollimatorkörpern enthalten, die in geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Eine derar­ tige Sekundärblendenanordnung ist aber allenfalls mit großem Aufwand herstellbar.In this respect, the situation is with the arrangement according to US-PS 50 07 072 and according to EP-OS 3 70 347 is cheaper because all detectors elements only at the same scattering angle capture scattered X-ray quanta. Therefore, it must Relationship between maximum and minimum quantum energy not be greater than the ratio between maximum  and minimal momentum transfer. However, one is very complicated graced secondary aperture arrangement required to achieve that all detector elements only under this Scattering angles can be taken from scattered radiation. The secondary aperture arrangement must have a number of elongated collimator bodies contained in are arranged a short distance from each other. A derar term secondary aperture arrangement is at most with great effort to produce.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß einerseits die Sekundär­ blendenanordnung relativ einfach sein kann, andererseits der erforderliche Energiebereich der Röntgenquanten im Vergleich zu der Anordnung nach der EP-OS 4 62 658 redu­ ziert werden kann.The object of the invention is to arrange the arrangement mentioned type so that on the one hand the secondary aperture arrangement can be relatively simple, on the other hand the required energy range of the X-ray quanta in Comparison to the arrangement according to EP-OS 4 62 658 redu can be decorated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anordnung so ausgebildet und die schlitzförmigen Öffnungen in der Sekundärblendenanordnung so angeordnet sind, daß durch jede der Öffnungen die Streustrahlung jeweils nur aus einem Teil des Untersuchungsbereichs zur Detektor­ anordnung gelangen kann, wobei die Streustrahlung aus einem näher bei der Röntgenstrahlung befindlichen Teil des Untersuchungsbereichs von in geringerem Abstand von der Systemachse befindlichen Detektorelementen erfaßt wird als Streustrahlung aus einem weiter vom Röntgenstrahler ent­ fernten Teil des Untersuchungsbereichs und daß die Teile des Untersuchungsbereiches, deren Streustrahlung durch die Öffnungen hindurch von der Detektoranordnung erfaßt wird, sich nicht überlappen.This object is achieved in that the Arrangement so designed and the slit-shaped openings are arranged in the secondary diaphragm arrangement so that the scattered radiation only through each of the openings from part of the examination area to the detector arrangement can arrive, the scattered radiation from a part of the Examination area from a short distance from the System axis located detector elements is detected as Scattered radiation from a further ent from the X-ray source distant part of the examination area and that the parts of the examination area, the scattered radiation from the Openings are detected by the detector arrangement, do not overlap.

Bei der Erfindung verteilt sich also die durch das Primär­ strahlenbündel im Untersuchungsbereich erzeugte Streu­ strahlung auf mehrere Öffnungen. Keine dieser Öffnungen bildet also den gesamten Untersuchungsbereich auf die Detektoranordnung ab. Die Streustrahlung aus aneinander angrenzenden Teilen des Untersuchungsbereichs fällt durch benachbarte Öffnungen in der Sekundärblendenanordnung auf die Detektorelemente, so daß jeder Abschnitt des vom Primärstrahlenbündel durchsetzten Untersuchungsbereichs nur durch jeweils eine der schlitzförmigen Öffnungen in der Sekundärblendenanordnung Streustrahlung zu der Detektoranordnung emittieren kann.In the case of the invention, that is distributed through the primary Litter generated in the examination area radiation on several openings. None of these openings  thus forms the entire investigation area on the Detector arrangement from. The scattered radiation from each other adjacent parts of the examination area fail adjacent openings in the secondary aperture arrangement the detector elements so that each section of the Primary rays penetrate the examination area only through one of the slot-shaped openings in each the secondary aperture arrangement scattered radiation to the Can emit detector arrangement.

Da immer nur ein Teil des Untersuchungsbereichs durch einen Schlitz hindurch auf die Detektoranordnung abge­ bildet wird, verringert sich der Winkel, unter dem sich in der Öffnung die Randstrahlen von diesem Teil zur Detektor­ anordnung kreuzen. Dadurch reduziert sich das Verhältnis zwischen maximalem und minimalem Streuwinkel, so daß sich - bei vorgegebenem Impulsübertragsbereich - der erfor­ derliche Bereich der Quantenenergie verringert (im Ver­ gleich zu einer Anordnung nach der EP-OS 4 62 658).Since only part of the area under investigation is passed abge through a slot on the detector assembly is formed, the angle at which in the edge rays from this part to the detector cross arrangement. This reduces the ratio between maximum and minimum scattering angle, so that - with a given impulse transmission range - the requ the whole range of quantum energy is reduced (in Ver same as an arrangement according to EP-OS 4 62 658).

Die verschiedenen Teile des Untersuchungsbereiches sollen sich nicht überlappen. Wegen der von Null verschiedenen Breite der schlitzförmigen Öffnungen läßt sich aber nicht vermeiden, daß Streustrahlung aus dem Randbereich eines über einen Schlitz einer Gruppe von Detektorelementen zugeordneten Teils des Untersuchungsbereiches durch einen anderen Schlitz auch andere Detektorelemente erreicht. Der Anteil dieser Streustrahlung soll jedoch klein sein und z. B. weniger als 5% der Streustrahlung betragen, die die zugehörige Gruppe von Detektorelementen erreicht.The different parts of the examination area should do not overlap. Because of the non-zero The width of the slit-shaped openings cannot, however avoid stray radiation from the edge area of a over a slot of a group of detector elements assigned part of the examination area by a other slot also reaches other detector elements. The However, the proportion of this scattered radiation should be small and e.g. B. less than 5% of the scattered radiation, which the associated group of detector elements reached.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sekundär-Blendenanordnung mit nur zwei schlitzförmigen Öffnungen in unterschiedlichen Abständen von der System­ achse versehen ist und daß durch die Öffnung mit dem geringeren Abstand von der Systemachse der näher am Rönt­ genstrahler befindliche Teil des Untersuchungsbereichs auf die näher an der Systemachse befindlichen Detektorelemente abgebildet wird und daß der restliche Teil des Untersu­ chungsbereichs durch die andere Öffnung auf die übrigen Detektorelemente abgebildet wird. Der Untersuchungsbereich wird dabei also in zwei Teile unterteilt, von denen der eine durch den einen Schlitz einen Teil der Detektorele­ mente und der andere durch den anderen Schlitz die rest­ lichen Detektorelemente trifft. Bereits hierdurch ergibt sich eine deutliche Verringerung des Streuwinkelbereichs und damit auch des für einen bestimmten Impulsübertrags­ bereich erforderlichen Energiebereiches der Röntgen­ quanten.In an embodiment of the invention it is provided that the Secondary aperture arrangement with only two slit-shaped Openings at different distances from the system axis is provided and that through the opening with the  smaller distance from the system axis the closer to the x-ray part of the examination area located on the gen-radiator the detector elements closer to the system axis is depicted and that the remaining part of the Untersu area through the other opening to the rest Detector elements is mapped. The examination area is divided into two parts, of which the one through one slot, part of the detector element elements and the other through the other slot the rest detector elements. This already results there is a significant reduction in the scattering angle range and thus also that for a certain impulse transfer X-ray required energy range quantum.

Es leuchtet ein, daß sich der Streuwinkelbereich bzw. der erforderliche Quantenenergiebereich noch weiter reduzieren läßt, wenn mehr als zwei schlitzförmige Öffnungen vorge­ sehen sind und jedes Detektorelement durch nur einen Schlitz hindurch Streustrahlung empfängt. Allerdings besteht bei drei oder mehr schlitzförmigen Öffnungen in der Sekundärblendenanordnung die Gefahr, daß Streustrah­ lung aus dem Untersuchungsbereich nicht nur durch den zugeordneten Schlitz zur Detektoranordnung gelangt, sondern auch durch dazu benachbarte Schlitze, und es müssen Mittel vorgesehen sein, durch die die Detektor­ anordnung von dieser Streustrahlung abgeschirmt wird. Der Aufwand für diese Mittel steigt mit der Anzahl der schlitzförmigen Öffnungen in der Sekundärblendenanordnung.It is clear that the scattering angle range or reduce the required quantum energy range even further leaves if more than two slit-shaped openings are featured are seen and each detector element by only one Receives scattered radiation through the slot. Indeed consists of three or more slit-shaped openings in the secondary aperture arrangement the risk that stray beam from the area under investigation not only by the assigned slot to the detector arrangement, but also through adjacent slits, and it Means must be provided through which the detector arrangement is shielded from this scattered radiation. The The cost of these funds increases with the number of slot-shaped openings in the secondary diaphragm arrangement.

Die vorgenannten Ausgestaltungen haben gemeinsam, daß es sich um eine 1:1-Abbildung handelt; d. h., jedes Detektor­ element erfaßt Streustrahlung aus einem Abschnitt des Primärstrahlenbündels im Untersuchungsbereich und alle diese Abschnitte zusammen erstrecken sich über den gesamten Untersuchungsbereich. The aforementioned configurations have in common that it is a 1: 1 mapping; d. that is, each detector element detects scattered radiation from a section of the Primary beam in the examination area and all these sections together extend across the entire investigation area.  

Eine andere Weiterbildung sieht demgegenüber vor, daß die Sekundärblendenanordnung sich in einer n:1-Position - wobei n größer ist als 1 - befindet, daß in der Sekundär­ blendenanordnung wenigstens zwei schlitzförmige Öffnungen vorgesehen sind, durch die hindurch alle Detektorelemente Streustrahlung nur aus einem Teil des Untersuchungsbe­ reiches erfassen, und daß Abschirmmittel vorgesehen sind, die die Detektorelemente gegen Streustrahlung aus dem restlichen Teil des Untersuchungsbereiches abschirmen.Another further training provides that the Secondary aperture arrangement in an n: 1 position - where n is greater than 1 - that is in the secondary aperture arrangement at least two slot-shaped openings are provided, through which all detector elements Scattered radiation from only part of the examination area capture rich, and that shielding means are provided which the detector elements against scattered radiation from the Shield the remaining part of the examination area.

In einer solchen n:1-Position befindet sich die Sekundär­ blendenanordnung näher am Untersuchungsbereich. Deshalb wird ein Abschnitt des Primärstrahlenbündels, der in der 1:1-Position von genau einem Detektorelement "gesehen" wird, in einer n:1-Position durch einen Schlitz hindurch von n Detektorelementen gesehen. n muß nicht ganzzahlig sein, weil Streustrahlung aus diesem Abschnitt eines der Detektorelemente nur auf einem Teil seiner Fläche treffen kann. Die unterschiedlichen Weiterbildungen können auch miteinander kombiniert sein, indem jeweils mehrere Sekun­ därblendenanordnungen vorgesehen sind, von denen jeweils nur eine in den Strahlengang gebracht wird.The secondary is in such an n: 1 position Aperture arrangement closer to the examination area. That's why becomes a section of the primary beam that is in the 1: 1 position "seen" by exactly one detector element through a slot in an n: 1 position seen from n detector elements. n does not have to be an integer be because stray radiation from this section is one of the Hit detector elements only on part of its surface can. The different training courses can also be combined with each other by several seconds each intestinal arrangements are provided, each of which only one is placed in the beam path.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 shows a first embodiment of the invention,

Fig. 2 einen Teil der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 2 shows part of the arrangement according to Fig. 1,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 shows a second embodiment of the invention and

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 shows a third embodiment of the invention.

Die in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungs­ formen sind nicht maßstäblich dargestellt. Die Abmessungen in horizontaler Richtung sind im Vergleich zu denen in vertikaler Richtung ungefähr um einen Faktor 10 ver­ größert.The forms shown in FIGS. 1, 3 and 4 are not shown to scale. The dimensions in the horizontal direction are enlarged by a factor of 10 compared to those in the vertical direction.

Mit 20 ist ein polychromatischer Röntgenstrahler bezeich­ net, vorzugsweise eine Röntgenröhre mit einer Anode, in deren Brennfleck (Fokus) durch Elektronenbeschuß poly­ chromatische Röntgenstrahlung (Bremsstrahlung) erzeugt wird. Bei einer Röhrenspannung von z. B. 150 kV kann eine solche Röntgenröhre zumindest im Energiebereich zwischen etwa 35 keV und 100 keV Röntgenquanten emittieren. Ein annähernd "weißes" Bremsstrahlungsspektrum (ohne die charakteristischen Linien der K-Kanten) kann mit einer Molybdänanode erzielt werden, die eine niedrige K-Kante (ca. 20 KeV) mit einem hohen Schmelzpunkt (ca. 2600°) vereinigt.With 20 a polychromatic X-ray emitter is referred to, preferably an X-ray tube with an anode, in the focal spot (focus) of which is generated by electron bombardment polychromatic X-ray radiation (brake radiation). With a tube voltage of z. B. 150 kV can emit such an X-ray tube at least in the energy range between about 35 keV and 100 keV X-ray quanta. An almost "white" brake radiation spectrum (without the characteristic lines of the K edges) can be achieved with a molybdenum anode that combines a low K edge (approx. 20 KeV) with a high melting point (approx. 2600 °).

Die Röntgenstrahlung fällt auf eine Platte 21, die aus einem solchen Material besteht und so dick ist, daß sie die Röntgenstrahlung praktisch vollständig absorbieren kann. Jedoch ist die Platte 21 mit einem kreisringförmigen Schlitz 22 versehen, so daß dahinter 21 ein Primärstrah­ lenbündel 28 ausgeblendet wird, das die Form der Mantel­ fläche eines Kegelstumpfes hat. Die Platte 21 wird im folgenden auch als Primär-Blendenanordnung bezeichnet, weil sie das Primärstrahlenbündel definiert. Der halbe Öffnungswinkel des Primärstrahlenbündels beträgt im Bogen­ maß 0,041 rad bei einem Abstand zwischen Strahler 20 und Blende 21 von 744 mm.The X-ray radiation falls on a plate 21 which is made of such a material and is so thick that it can practically completely absorb the X-ray radiation. However, the plate 21 is provided with an annular slot 22 , so that behind it 21 a primary beam lenbündel 28 is hidden, which has the shape of the surface of a truncated cone. The plate 21 is also referred to below as the primary diaphragm arrangement because it defines the primary beam. Half the opening angle of the primary beam is in radians 0.041 rad with a distance between the radiator 20 and aperture 21 of 744 mm.

Die Primär-Blendenanordnung 21 ist außerdem mit einem Loch 23 versehen, das sich im Zentrum des kreisförmigen Schlitzes 21 befindet und somit einen Zentralstrahl 24 ausblendet, der den Untersuchungsbereich ebenfalls durch­ setzt und die Symmetrieachse der Anordnung bildet. Im vor­ liegenden Fall sind Symmetrie- und Systemachse somit iden­ tisch und der Zentralstrahl fällt mit diesen Achsen zusammen. Der Untersuchungsbereich, in dem sich das zu untersuchende Objekt 25 befindet, beispielsweise ein Koffer, wird durch die Blendenplatte 21 und durch eine dazu parallele, für die Röntgenstrahlung transparente Platte 26 begrenzt, die weiter vom Fokus 20 entfernt ist als die Platte 21 und von dieser beispielsweise einen Abstand von 450 mm aufweist.The primary diaphragm arrangement 21 is also provided with a hole 23 , which is located in the center of the circular slot 21 and thus suppresses a central beam 24 , which likewise passes through the examination area and forms the axis of symmetry of the arrangement. In the present case, the symmetry and system axes are thus identical and the central beam coincides with these axes. The examination area in which the object 25 to be examined is located, for example a suitcase, is delimited by the diaphragm plate 21 and by a parallel plate 26 which is transparent to the X-radiation and which is further away from the focus 20 than the plate 21 and from it for example, has a distance of 450 mm.

Das Objekt 25 und die Untersuchungsanordnung mit dem Rönt­ genstrahler 20 sind relativ zueinander in zwei zum Zentralstrahl 24 senkrechten Richtungen verschiebbar, so daß durch eine mäanderförmige Abtastbewegung das gesamte Objekt 25 nacheinander untersucht werden kann.The object 25 and the examination arrangement with the X-ray gene emitter 20 can be displaced relative to one another in two directions perpendicular to the central beam 24 , so that the entire object 25 can be examined in succession by a meandering scanning movement.

Zur Erfassung der durch das Primärstrahlenbündel 28 im Objekt erzeugten Streustrahlung ist eine ebene Detektor­ anordnung D mit einer Anzahl von zur Achse 24 konzen­ trischen, ringförmigen Detektorelementen vorgesehen, die in der Lage sind, die Energie der auf sie auftreffenden Röntgenquanten energieaufgelöst zu messen. Die Eingangs­ ebene der Detektoranordnung befindet sich in einem Abstand von 2744 mm vom Fokus. Die Detektoranordnung besteht aus zwölf ringförmigen, zur Achse 24 konzentrisch angeordneten Detektorelementen. Der Innenradius des innersten Detektor­ elements beträgt 5,465 mm und der Außenradius des äußersten Detektorelements 34,693 mm.To detect the scattered radiation generated by the primary beam 28 in the object, a flat detector arrangement D is provided with a number of concentric to the axis 24 , ring-shaped detector elements which are able to measure the energy of the X-ray quanta incident on them in an energy-resolved manner. The input level of the detector arrangement is at a distance of 2744 mm from the focus. The detector arrangement consists of twelve annular detector elements arranged concentrically to the axis 24 . The inner radius of the innermost detector element is 5.465 mm and the outer radius of the outermost detector element is 34.693 mm.

Unter diesen geometrischen Verhältnissen kann nur die­ jenige im Primärstrahlenbündel erzeugte Streustrahlung die Detektoranordnung D erreichen, die aus dem Primärstrahlen­ bündel unter einem Streuwinkel von weniger als 4° aus­ tritt. Die Streustrahlung in diesem Streuwinkelbereich ist im wesentlichen elastische Streustrahlung, die bekanntlich ihre Wellenlänge beim Streuprozeß nicht ändert (im Gegen­ satz zur Compton-Streustrahlung). Das Impulsübertragsspek­ trum von elastisch gestreuter Röntgenstrahlung ist kenn­ zeichnend für die (kristalline) Struktur des Körpers, in dem der Streuprozeß stattfindet. Daher können bestimmte Stoffe im Innern des Untersuchungsobjektes 25 anhand ihres Emissionsspektrums identifiziert werden. Es ist auf diese Weise möglich, bestimmte Stoffe, beispielsweise Spreng­ stoff, im Innern eines Gepäckstückes zu identifizieren.Under these geometric conditions, only that scattered radiation generated in the primary beam can reach the detector arrangement D, which emerges from the primary beam at a scattering angle of less than 4 °. The scattered radiation in this scattering angle range is essentially elastic scattered radiation, which, as is known, does not change its wavelength during the scattering process (in contrast to Compton scattered radiation). The pulse transmission spectrum of elastically scattered X-rays is characteristic of the (crystalline) structure of the body in which the scattering process takes place. Therefore, certain substances in the interior of the examination object 25 can be identified on the basis of their emission spectrum. It is possible in this way to identify certain substances, such as explosives, inside a piece of luggage.

Die Detektoranordnung D befindet sich im Innern eines rohrförmigen, mit einer Bodenplatte versehenen Gehäuses 29, das die gesamte Primärstrahlung und die Streustrah­ lung absorbieren kann, die die Begrenzungsplatte 26 durch­ setzt und die Detektoranordnung D nicht erreicht. Im Innern des Gehäuses ist außerdem eine Sekundär-Blenden­ anordnung 27 vorgesehen, die aus einer ebenen, kreisför­ migen Platte aus einem die Röntgenstrahlung absorbierenden Material besteht. Die Ebene der Blendenplatte ist 1774,65 mm vom Fokus entfernt; sie liegt in dem Schnitt­ punkt der Randstrahlen 30 und 31, die den inneren Rand des Primärstrahlenbündels 28 im Untersuchungsbereich mit dem äußeren Rand der Detektoranordnung bzw. den äußeren Rand des Primärstrahlenbündels mit dem inneren Rand der Detek­ toranordnung verbinden. Diese Position der Blendenplatte wird als 1:1-Position bezeichnet, weil durch eine Öffnung in der Platte 27 am Orte des Schnittpunktes hindurch das gesamte Primärstrahlenbündel im Untersuchungsbereich auf die Detektoranordnung D abgebildet werden könnte.The detector arrangement D is located inside a tubular, provided with a base plate housing 29 , which can absorb all the primary radiation and the scattered radiation, which the limiting plate 26 passes through and does not reach the detector arrangement D. In the interior of the housing a secondary diaphragm arrangement 27 is also provided, which consists of a flat, circular plate made of a material that absorbs the x-rays. The plane of the aperture plate is 1774.65 mm from the focus; it lies in the intersection of the marginal rays 30 and 31 , which connect the inner edge of the primary beam 28 in the examination area with the outer edge of the detector arrangement or the outer edge of the primary beam with the inner edge of the detector arrangement. This position of the diaphragm plate is referred to as a 1: 1 position because the entire primary beam in the examination area could be imaged onto the detector arrangement D through an opening in the plate 27 at the point of intersection.

Durch den erwähnten Schnittpunkt der Randstrahlen 30 und 31 und die Detektorelemente 2..12 werden auf dem Primär­ strahl von innen nach außen zwölf Abschnitte A..L defi­ niert. Wäre nämlich am Orte des Schnittpunktes eine Öffnung in der Blendenplatte, dann würden die Detektor­ elemente 1, 2, .. 11, 12 Streustrahlung aus den Abschnit­ ten L, K . . . B, A empfangen. Die Abschnitte im Primär­ strahlenbündel sind also jeweils einem Detektorelement zugeordnet. Die Abmessungen dieser Abschnitte - in Richtung der Achse 24 - nehmen von innen nach außen ab, wenn die Detektorelemente die weiter unten angegebenen Abmessungen haben.By the mentioned intersection of the marginal rays 30 and 31 and the detector elements 2 .. 12 twelve sections A..L are defi ned on the primary beam from the inside out. If there were an opening in the aperture plate at the point of intersection, then the detector elements 1 , 2 , .. 11, 12 would scatter radiation from the sections L, K. . . B, A received. The sections in the primary radiation beam are each assigned to a detector element. The dimensions of these sections - in the direction of the axis 24 - decrease from the inside to the outside if the detector elements have the dimensions given below.

Die Blendenplatte ist jedoch nicht mit einer Öffnung in dem erwähnten Schnittpunkt versehen, sondern mit zwei schlitzförmigen Öffnungen S1 und S2, die die Form von zur Achse 24 konzentrischen Ringen aufweisen. Die Schlitze S1, S2 haben Radien von 25,60 bzw. 38,67 mm und eine Breite von ca. 0,5 mm. Durch die beiden Schlitze hindurch wird der aus den Abschnitten A . . . F bestehende innere, dichter beim Röntgenstrahler liegende Teil des Untersuchungs­ bereichs auf die inneren Detektorelemente 6...1 und der verbleibende äußere, vom Röntgenstrahler 20 weiter entfernter liegende Teil des Untersuchungsbereichs aus den Abschnitten G bis L auf die restlichen Detektorelemente 12. .7 abgebildet. Die Abbildung erfolgt in der Weise, daß die Detektorelemente 1, 2..6 Streustrahlung aus den Abschnitten F, E..A erfassen, während die Detektorelemente 7, 8.. 12 durch die zweite schlitzförmige Öffnung S2 hindurch Streustrahlung aus den Abschnitten L, K..G erfassen.However, the diaphragm plate is not provided with an opening in the intersection mentioned, but with two slit-shaped openings S 1 and S 2 , which have the shape of rings concentric with the axis 24 . The slots S 1 , S 2 have radii of 25.60 and 38.67 mm and a width of approximately 0.5 mm. The sections A. . . F existing inner part of the examination area closer to the x-ray emitter to the inner detector elements 6 ... 1 and the remaining outer part of the examination area lying further away from the x-ray emitter 20 from sections G to L to the remaining detector elements 12 . .7 shown. The imaging takes place in such a way that the detector elements 1 , 2..6 detect scattered radiation from the sections F, E..A, while the detector elements 7 , 8 .. 12 Detect scattered radiation from the sections L, K..G through the second slot-shaped opening S2.

Grundsätzlich können die Abmessungen der Detektorelemente frei gewählt werden, z. B. so, daß alle Detektorelemente die gleiche Breite haben. Die Sekundärblendenanordnung kann dann jedoch nicht durch eine ebene Platte gebildet werden, sondern erfordert einen zur Achse 24 rotationssym­ metrischen Körper, der sich zum Röntgenstrahler 20 (oder zur Detektoranordnung D) hin öffnet. Die Form einer ebenen Platte kann die Sekundärblendenanordnung nur dann haben, wenn die Innenradien ri und die Außenradien ra der Detektorelemente den folgenden Gleichungen genügen:In principle, the dimensions of the detector elements can be chosen freely, e.g. B. so that all detector elements have the same width. However, the secondary diaphragm arrangement cannot then be formed by a flat plate, but rather requires a body which is rotationally symmetrical to the axis 24 and which opens towards the X-ray emitter 20 (or towards the detector arrangement D). The secondary aperture arrangement can only have the form of a flat plate if the inner radii r i and the outer radii r a of the detector elements satisfy the following equations:

ri(n) = R-Ro · exp (((no-n) · p + bi)/Ro) (1)r i (n) = RR o · exp (((n o -n) · p + b i) / Ro) (1)

ra(n) = R-Ro · exp (((no-n) · p - ba)/Ro) (2)r a (n) = RR o · exp (((n o -n) · p - b a) / Ro) (2)

Der Wert R stellt den Radius des Kreises dar, unter dem das Primärstrahlenbündel 28 die Eingangsebene des Detek­ tors schneiden würde. Mit den zuvor angegebenen Werten für den Abstand des Detektors D vom Fokus 20 und für den Öffnungswinkel errechnet sich für R ein Wert von 112,5 mm. Für n ist die von innen nach außen gezählte Nummer des Detektorelementes einzusetzen; im Ausführungsbeispiel reicht n von 1 bis 12. no ist eine ganze Zahl vorzugsweise zwischen 1 und 12; im vorliegenden Fall wurde no = 6 gesetzt. Ro ist die Differenz zwischen dem Radius R und dem Radius, auf dem sich das Detektorelement no befinden soll. Ein geeigneter Wert für Ro (bei no=6) ist 92,5 mm. Die Werte bi und ba geben an, wie weit von dem Kreis mit dem Radius R-Ro der innere bzw. der äußere Rand des Detektorelements no liegen soll; im Ausführungsbeispiel sind bi und ba jeweils 1 mm. Der Wert p muß größer sein als die Summe von bi und ba. Je größer dieser Wert im Vergleich zur Summe gewählt wird, desto größer ist der Zwischenraum zwischen den benachbarten Detektorelementen. Im Ausführungsbeispiel wurde p = 2,5 mm gewählt.The value R represents the radius of the circle under which the primary beam 28 would intersect the input plane of the detector. With the previously given values for the distance of the detector D from the focus 20 and for the opening angle, a value of 112.5 mm is calculated for R. For n, the number of the detector element counted from the inside out must be used; in the exemplary embodiment, n ranges from 1 to 12. n o is preferably an integer between 1 and 12; in the present case, n o = 6 was set. R o is the difference between the radius R and the radius on which the detector element n o is to be located. A suitable value for R o (when n o = 6) is 92.5 mm. The values b i and b a indicate how far from the circle with the radius R-Ro the inner and the outer edge of the detector element n o should lie; in the exemplary embodiment, b i and b a are each 1 mm. The value p must be greater than the sum of b i and b a . The larger this value is selected in comparison to the sum, the larger the space between the adjacent detector elements. In the exemplary embodiment, p = 2.5 mm was selected.

Es läßt sich zeigen, daß die Breite der auf diese Weise berechneten Detektorelemente (ebenso wie der Zwischenraum zwischen benachbarten Detektorelementen) proportional mit der Differenz zwischen dem Radius R und dem (in der Mitte gemessenen) Radius des betreffenden Detektorelementes zunimmt. It can be shown that the width of this way calculated detector elements (as well as the space between adjacent detector elements) proportional to the difference between the radius R and the (in the middle measured) radius of the detector element in question increases.  

Die Ausgangssignale der Detektorelemente können so verar­ beitet werden, wie das in den genannten Veröffentlichungen beschrieben ist, sowie insbesondere in der deutschen Patentanmeldung P 41 01 544.4. Diese Verarbeitung soll deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal im einzelnen erläutert werden. Es sei lediglich erwähnt, daß für jedes Detektorelement (mit Einschluß des Detektorelements im Zentrum, das den Zentralstrahl 24 erfaßt) ein Verarbei­ tungskanal vorgesehen ist, in dem das Signal verstärkt, digitalisiert und einem Impulshöhenanalysator zugeführt wird, der die Zahl der Röntgenquanten in den verschiedenen Energiebereichen registriert. Für jedes Detektorelement und für jeden Energiebereich wird diese Zahl durch die Zahl der Röntgenquanten dividiert, die mit Hilfe des zentralen Detektorelements 0 für den betreffenden Energie­ bereich registriert worden sind. Daraus ergibt sich für jedes Detektorelement das Energiespektrum, und zwar unabhängig von der Energieverteilung der von dem Röntgen­ strahler 20 emittierten Röntgenquanten und weitgehend unabhängig von der Schwächung der Streustrahlung durch das Objekt 25. Da der Impulsübertrag eines elastisch gestreu­ ten Röntgenquants dem Produkt aus seiner Energie und dem Sinus des halben Streuwinkels proportional ist und da der Streuwinkel bekannt ist, unter dem ein bestimmtes Detek­ torelement Streustrahlung aus dem ihm zugeordneten Abschnitt des Primärstrahlenbündels empfängt, lassen sich aus den Energiespektren, die mittels der verschiedenen Detektorelemente gewonnen wurden, die Impulsübertrags­ spektren für die Abschnitte A .. L berechnen, die den betreffenden Detektorelementen zugeordnet sind.The output signals of the detector elements can be processed as described in the publications mentioned, and in particular in the German patent application P 41 01 544.4. This processing will therefore not be explained again in detail here. It should only be mentioned that for each detector element (including the detector element in the center, which detects the central beam 24 ), a processing channel is provided in which the signal is amplified, digitized and fed to a pulse height analyzer which measures the number of X-ray quanta in the various Energy areas registered. For each detector element and for each energy range, this number is divided by the number of X-ray quanta that have been registered with the help of the central detector element 0 for the relevant energy range. This results in the energy spectrum for each detector element, specifically regardless of the energy distribution of the X-ray quanta emitted by the X-ray emitter 20 and largely independent of the attenuation of the scattered radiation by the object 25 . Since the momentum transfer of an elastically scattered X-ray quantum is proportional to the product of its energy and the sine of half the scattering angle, and since the scattering angle at which a certain detector element receives scattered radiation from the section of the primary beam bundle assigned to it is known, the energy spectra, which were obtained by means of the various detector elements, calculate the pulse transmission spectra for the sections A .. L, which are assigned to the detector elements in question.

Ein Vorteil der Erfindung gegenüber der Anordnung nach der EP-OS 4 62 658 besteht darin, daß die Streuwinkel, unter denen die Detektorelemente 1 .. 12 Streustrahlung aus dem Primärstrahlenbündel empfangen können, nur verhältnismäßig wenig differieren. Das Verhältnis zwischen dem maximalen Streuwinkel und dem minimalen Streuwinkel beträgt nur noch etwa 1,37. Das bedeutet, daß die maximale von der Detek­ toranordnung gemessene Quantenenergie nur rund dreimal größer sein muß als die minimale Quantenenergie (bei der bekannten Anordnung ist dieser Faktor 4), wenn in allen Abschnitten ein Bereich des Impulsübertrages erfaßt werden soll, dessen Maximalwert 2,25mal größer ist als sein Minimalwert. Anstelle eines Quantenenergiebereichs von 30 keV bis 120 keV beim Stand der Technik würde also ein Bereich von 32 keV bis 99 keV genügen.An advantage of the invention compared to the arrangement according to EP-OS 4 62 658 is that the scattering angles, at which the detector elements 1 .. 12 can receive scattered radiation from the primary beam, differ only relatively little. The ratio between the maximum scattering angle and the minimum scattering angle is only about 1.37. This means that the maximum quantum energy measured by the detector arrangement only has to be around three times greater than the minimum quantum energy (in the known arrangement this factor is 4) if an area of the pulse transmission is to be recorded in all sections, the maximum value of which is 2.25 times is greater than its minimum value. Instead of a quantum energy range from 30 keV to 120 keV in the prior art, a range from 32 keV to 99 keV would suffice.

Damit das Impulsübertragsspektrum möglichst genau bestimmt werden kann, muß der Streuwinkel, den die von einem Detek­ torelement erfaßte Streustrahlung mit dem Primärstrahl einschließt, möglichst genau definiert sein. Deshalb sollte nur solche Streustrahlung registriert werden, bei der der Streustrahl in der Ebene verläuft, die durch den ihn hervorrufenden Primärstrahl und den Zentralstrahl 24 definiert wird, zumindest aber in einem sektorförmigen Bereich um diese Ebene herum.So that the pulse transmission spectrum can be determined as precisely as possible, the scattering angle, which includes the scattered radiation detected by a detector element with the primary beam, must be defined as precisely as possible. Therefore, only such scattered radiation should be registered in which the scattered beam runs in the plane which is defined by the primary beam and the central beam 24 causing it, or at least in a sector-shaped area around this plane.

Um die übrige Streustrahlung zu unterdrücken, ist ein zweiteiliger Kollimator vorgesehen. Dieser ist in Fig. 1 der Einfachheit halber fortgelassen und in Fig. 2 in einer Draufsicht dargestellt. Der zur Achse 24 symmetrisch gestaltete Kollimator besteht aus einem ersten Teil mit einem Rohr 35 aus einem die Röntgenstrahlung stark absor­ bierenden Material, durch das der Zentralstrahl 24 durch­ treten kann und der auf der Außenseite gleichmäßig auf dem Umfang verteilte, radial verlaufende Lamellen 36 auf­ weist. Der zweite Teil des Kollimators besteht aus einem Körper 37 aus einem die Röntgenstrahlung stark absor­ bierenden Material, der ein das Rohr 35 und die Lamellen 32 umschließendes Rohr 31 mit periodisch über seinen Umfang versetzten, nach innen gerichteten Lamellen 33 und 34 aufweist. Alle Lamellen liegen in Ebenen, die sich in der Systemachse 24 schneiden.A two-part collimator is provided to suppress the rest of the scattered radiation. For the sake of simplicity, this is omitted in FIG. 1 and is shown in a top view in FIG. 2. The symmetrical to the axis 24 collimator consists of a first part with a tube 35 made of a strong X-ray absorbing material through which the central beam 24 can pass and which has on the outside evenly distributed on the outside, radially extending fins 36 . The second part of the collimator consists of a body 37 made of a material which strongly absorbs the x-rays and which has a tube 31 enclosing the tube 35 and the fins 32 with periodically offset circumferentially offset, inwardly directed fins 33 and 34 . All slats lie in planes that intersect in the system axis 24 .

Der erste Teil wird nach seiner Herstellung in den zweiten geschoben, wobei der zweite für die Lamellen 32 vorzugs­ weise nicht näher dargestellte Nuten aufweist, so daß die beiden Kollimator relativ zueinander eine definierte Position einnehmen. Der Kollimator kann in Längsrichtung unterteilt sein, so daß ein erster Teil zwischen den Platten 26 und 27 und ein zweiter Teil zwischen den Platten 27 und der Detektoranordnung D angeordnet ist.The first part is pushed into the second after its manufacture, the second preferably having not shown grooves for the slats 32 , so that the two collimators assume a defined position relative to each other. The collimator can be divided in the longitudinal direction so that a first part is arranged between the plates 26 and 27 and a second part between the plates 27 and the detector arrangement D.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt, die eine noch stärkere Reduktion des für einen bestimmten Impulsübertragsbereich erforderlichen Energie­ bereiches der Röntgenquanten gestattet. Die Blendenplatte, die sich ebenfalls in der in Verbindung mit Fig. 1 be­ schriebenen 1:1-Position (1774,65 mm vom Fokus entfernt) befindet, ist mit drei zur Achse 24 konzentrischen ring­ förmigen Schlitzen S3, S4 und S5 versehen. Durch den inneren Schlitz S3 (mit einem Radius von 22,98 mm) hindurch wird Streustrahlung aus dem durch die inneren Abschnitte A-D des Primärstrahlenbündels gebildeten Teil des Untersuchungsbereiches von den Detektorelementen 1..4 erfaßt, und zwar derart, daß das Element 1 den Abschnitt D und das Element 4 den Abschnitt A "sieht". Durch den mittleren Schlitz S4 (mit einem Radius von 32,66 mm) hindurch wird ein mittlerer Teil des Untersuchungsbe­ reiches auf eine zweite aus den Detektorelementen 5 bis 8 bestehende Gruppe abgebildet. Dabei erfaßt das Element 5 Streustrahlung aus dem Abschnitt H und das Element 8 Streustrahlung aus dem Abschnitt E. Durch den äußeren Schlitz S5 (mit einem Radius von 40,46 mm) schließlich gelangt Streustrahlung aus dem äußeren die Abschnitte I bis L umfassenden Teil des Untersuchungsbereichs auf die Elemente 9-12, wobei das Detektorelement 9 den Abschnitt L und das Detektorelement 12 den Abschnitt I "sieht".In Fig. 3, an embodiment of the invention is Darge provides an even greater reduction in the energy range required for a certain pulse transmission range of the X-ray quanta. The aperture plate, which is also in the 1: 1 position described in connection with FIG. 1 (1774.65 mm from the focus), is with three concentric to the axis 24 ring-shaped slots S 3 , S 4 and S 5 Mistake. Through the inner slot S 3 (with a radius of 22.98 mm), scattered radiation from the part of the examination area formed by the inner sections AD of the primary beam is detected by the detector elements 1..4 , in such a way that the element 1 den Section D and element 4 section A "sees". Through the middle slot S 4 (with a radius of 32.66 mm) through a middle part of the investigation area is mapped onto a second group consisting of the detector elements 5 to 8 . The element 5 detects stray radiation from section H and the element 8 stray radiation from section E. Through the outer slot S 5 (with a radius of 40.46 mm), stray radiation finally arrives from the outer part of sections I to L examination region to elements 9-12, wherein the detector member 9 the section L and the detector element 12 to the section I "sees".

Wenn nur die Blendenplatte 27 vorhanden wäre, wäre es un­ vermeidlich, daß Streustrahlung aus dem unteren Teil (I-L) des Untersuchungsbereiches durch den mittleren Schlitz S4 auf die innere Detektorgruppe (1-4) gelangt bzw. daß Streustrahlung aus dem inneren Teil (A-D) des Untersu­ chungsbereiches ebenfalls durch S4 auf die äußere Gruppe (9-12) von Detektorelementen fällt. Diese unerwünschte Streustrahlung könnte mit Hilfe von zwei entsprechend der Mantelfläche von Kegelstümpfen geformten, zueinander konzentrischen Kollimatorkörpern beseitigt werden, die die innere bzw. äußere Gruppe gegen die unerwünschte Streu­ strahlung abschirmen. Diese Abschirmmittel wären aber konstruktiv schwierig mit dem in Fig. 2 dargestellten Kollimator zu vereinen, der auch bei der Anordnung nach Fig. 3 erforderlich ist.If only the orifice plate would be provided 27, it would be un avoidable that scattered radiation from the lower portion (IL) of the examination zone by the middle slot S 4 to the inner detector group (1 - 4) passes and that scattered radiation from the inner part (AD ) of the investi also monitoring area by S 4 to the outer group (9 - 12 drops) of detector elements. This undesirable scattered radiation could be eliminated with the aid of two collimator bodies which are shaped in accordance with the outer surface of truncated cones and are concentric with one another and shield the inner or outer group against the undesired scattered radiation. However, these shielding means would be structurally difficult to combine with the collimator shown in FIG. 2, which is also required in the arrangement according to FIG. 3.

Deshalb sind zwei weitere Blendenplatten 271 und 272 in einem Abstand von 2100 bzw. 2410 mm vom Fokus 20 vorge­ sehen, von denen jede drei zur Achse 24 konzentrische ringförmige Schlitze S31, S41 und S51 bzw. S32, S42 und S52 aufweist. Die Breite dieser Schlitze ist so bemessen, daß die Streustrahlung (z. B. aus dem Bereich E-H) durch den zugehörigen Schlitz (S4) in der Sekundärblende 27 hindurch ungehindert die zugeordnete Gruppe (5-8) von Detektorelementen erreichen kann, daß aber Streustrahlung von anderen Bereichen auf ihrem Weg durch diesen Schlitz zu einer anderen Gruppe von Detektorelementen unterdrückt wird.Therefore, two further aperture plates 271 and 272 are provided at a distance of 2100 and 2410 mm from the focus 20 , each of which has three annular slots S 31 , S 41 and S 51 or S 32 , S 42 and S concentric with the axis 24 52 has. The width of the slots is dimensioned such that the scattered radiation (for example, from the field EH.) Through the associated slot (S 4) in the secondary diaphragm 27 passes unobstructed through the associated group (5-8) can reach of detector elements, but that Scattered radiation from other areas on its way through this slot to another group of detector elements is suppressed.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 muß der Kollimatorkörper 33..37 in mehrere Teile unterteilt sein, von denen einer zwischen dem Untersuchungsbereich und der Blendenplatte 27, ein weiterer zwischen der Blendenplatte 27 und der Platte 271, ein dritter zwischen den Platten 271, 272 und ein vierter schließlich zwischen der Platte 272 und der Detektoranordnung D angeordnet sein kann.In the arrangement of Fig. 3, the collimator must be divided into several parts 33..37, one of which between the examination zone and the orifice plate 27, another between the orifice plate 27 and the plate 271, and a third between the plates 271, 272 and a fourth can finally be arranged between the plate 272 and the detector arrangement D.

Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 3 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 ist darin zu sehen, daß der Streuwinkelbereich noch weiter reduziert wird, so daß der Quotient aus dem maximalen und dem minimalen Streuwinkel nur noch ca. 1,2 beträgt, was bei einem in allen Abschnitten zu erfassenden Impulsübertragsbereich von 2,25:1 einen Energiebereich der Röntgenquanten von ca. 2,7:1 erfordert, so daß die Rönt­ genquanten nur noch eine Energie im Bereich von ca. 36 keV bis 100 keV benötigen. Auf der anderen Seite werden im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1 Mittel benötigt, die - wie die Blenden 271 und 272 - die Detektorelemente vor Streustrahlung abschirmen, die nicht aus dem ihnen zugeordneten Teil des Untersuchungsbereichs stammt.The advantage of the arrangement according to FIG. 3 over that according to FIG. 1 can be seen in the fact that the scattering angle range is reduced even further, so that the quotient of the maximum and the minimum scattering angles is only approx. 1.2, which is the case with one in all sections the pulse transmission range of 2.25: 1 to be recorded requires an energy range of the x-ray quanta of approx. 2.7: 1, so that the x-ray quanta only need an energy in the range of approx. 36 keV to 100 keV. On the other hand, in contrast to the arrangement according to FIG. 1, means are required which, like the diaphragms 271 and 272 , shield the detector elements from scatter radiation which does not originate from the part of the examination area assigned to them.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind derartige Abschirm­ mittel überflüssig: Streustrahlung aus dem inneren Teil (A bis F) des Untersuchungsbereiches, die durch den äußeren Schlitz S2 hindurchtritt, trifft außerhalb des äußersten Detektorelementes 12 auf. Streustrahlung vom äußeren Abschnitt (F..L), die durch den inneren Schlitz S1 fällt, trifft auf den inneren Teil des Kollimatorkörpers 35 auf (vergl. Fig. 2) und wird von diesem absorbiert.In the arrangement according to FIG. 1, such shields are superfluous: scattered radiation from the inner part (A to F) of the examination area, which passes through the outer slot S 2 , strikes outside the outermost detector element 12 . Scattered radiation from the outer section (F..L), which falls through the inner slot S 1 , strikes the inner part of the collimator body 35 (see FIG. 2) and is absorbed by the latter.

Es leuchtet ein, daß eine weitere Reduzierung des Streuwinkelbereiches und damit des für einen bestimmten Impulsübertragsbereich erforderlichen Energiebereiches der Röntgenquanten erreicht werden kann, wenn - bei unverän­ derter Position dem Blendenplatte 27 - in dieser mehr als drei Schlitze derart angeordnet sind, daß durch jeden Schlitz hindurch jeweils eine Gruppe von Detektorelementen Streustrahlung aus einem Teil des Untersuchungsbereichs erfassen kann. Die durch verschiedene Schlitze hindurch erfaßten Teile sollen aneinander angrenzen, dürfen sich jedoch nicht überlappen. Der Aufwand für die Abschirmung der Detektorelemente gegen Streustrahlung, die aus Teilen des Untersuchungsbereichs stammt, die der betreffenden Gruppe von Detektorelementen nicht zugeordnet sind, nimmt mit steigender Zahl der Schlitze in der Platte 27 zu.It is obvious that a further reduction in the scattering angle range and thus the energy range of the X-ray quanta required for a specific pulse transmission range can be achieved if - with the position of the diaphragm plate 27 unchanged - more than three slots are arranged in such a way that through each slot a group of detector elements can detect scattered radiation from part of the examination area. The parts caught through different slots should adjoin each other, but must not overlap. The effort for shielding the detector elements against scattered radiation, which comes from parts of the examination area that are not assigned to the relevant group of detector elements, increases with an increasing number of slots in the plate 27 .

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt, die in Richtung der Systemachse 24 ein besseres räumliches Auflösungsvermögen aufweist als die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 oder 2. Die Sekundärblende 27 befindet sich dabei in einer 2:1-Position, d. h. durch einen einzigen Schlitz, in dieser Position könnten die zwölf Detektorelemente stets nur die Streustrahlung von sechs aufeinanderfolgenden Abschnitten erfassen, z. B. von den Abschnitten D. H. Jeweils zwei benachbarte Detektor­ elemente würden dabei einen Abschnitt erfassen, wobei das Innere dieser beiden Elemente den äußeren Teil des betref­ fenden Abschnitts und das äußere Detektorelement den inneren Teil dieses Abschnitts erfassen würde. In der 2:1- Position hat die Blendenplatte 27 von dem Fokus einen Abstand von 1503 mm.In Fig. 4, an embodiment of the invention is Darge, which has a better spatial resolution in the direction of the system axis 24 than the embodiment according to Fig. 1 or 2. The secondary aperture 27 is in a 2: 1 position, ie by a single slot, in this position the twelve detector elements could only ever detect the scattered radiation from six successive sections, e.g. B. from the sections DH Two adjacent detector elements would capture a section, the inside of these two elements would capture the outer part of the relevant section and the outer detector element would capture the inner part of this section. In the 2: 1 position, the diaphragm plate 27 has a distance of 1503 mm from the focus.

In der Platte befinden sich zwei zur Achse 24 konzen­ trische ringförmige Schlitze S6 und S7. Durch den äußeren Schlitz S6 hindurch, dessen Radius 43,5 mm beträgt, empfangen die Detektorelemente 7..12 Streustrahlung aus den Abschnitten J..L, wobei Streustrahlung aus dem inneren Teil des Abschnitts J das Element 12 und aus dem äußeren Teil des Elements des Abschnitts J das Element 11 trifft; die Streustrahlung aus dem Abschnitt L wird von den Detek­ torelementen 7 und 8 erfaßt. In the plate there are two concentric annular slots S 6 and S 7 to the axis 24 . Through the outer slot S 6 , the radius of which is 43.5 mm, the detector elements 7..12 receive scattered radiation from the sections J..L, with scattered radiation from the inner part of the section J the element 12 and from the outer part of the Element of section J meets element 11 ; the scattered radiation from section L is detected by the detector elements 7 and 8 .

Der innere Schlitz S7 hat einen Radius von 36,5 mm. Durch ihn hindurch könnten die Elemente 1..12 von Streu­ strahlung aus den Abschnitten D. .1 getroffen werden. Eine Abschirmblende 271 mit Schlitzen S21 und S31 verhindert jedoch, daß die Detektorelemente 7..12 durch den Schlitz S7 hindurch von Streustrahlung (aus den Abschnitten D..F) getroffen werden. Somit ist jedem Detektorelement nur ein einziger Teilabschnitt des Primärstrahlenbündels zuge­ ordnet, wobei die Teilabschnitte sich nicht überlappen und einen zusammenhängenden Teil des Untersuchungsbereichs bilden. Man erkennt, daß die Streuwinkel, aus denen die Detektorelemente Streustrahlung empfangen können, nur vergleichsweise wenig variieren, so daß auch hier wieder das Verhältnis von maximaler zu minimaler Quanten­ energie nur geringfügig größer sein muß als das Verhältnis von maximalem Impulsübertrag zu minimalem Impulsübertrag, der innerhalb der Teilabschnitte nachgewiesen werden soll.The inner slot S 7 has a radius of 36.5 mm. The elements 1..12 of stray radiation from sections D. .1 could be taken through it. A shielding aperture 271 with slots S 21 and S 31 , however, prevents the detector elements 7..12 from being hit by stray radiation (from sections D..F) through slot S 7 . Thus, each detector element is assigned only a single section of the primary beam, the sections not overlapping and forming a coherent part of the examination area. It can be seen that the scattering angles from which the detector elements can receive scattered radiation vary only comparatively little, so that again the ratio of maximum to minimum quantum energy only has to be slightly larger than the ratio of maximum pulse transmission to minimum pulse transmission within the subsections should be verified.

Es wäre bei der Anordnung nach Fig. 4 weiterhin möglich, einen dritten Schlitz vorzusehen, durch den hindurch Streustrahlung aus den Abschnitten A..C die Detektorele­ mente 6..1 treffen würde. Wenn dann die Abschirmblende 271 weggelassen würde, würde der gesamte Untersuchungsbereich A..L von den Detektorelementen erfaßt, und zwar in der Weise, daß jedes Detektorelement zwei verschiedene Teilab­ schnitte sehen würde (beispielsweise das Detektorelement 12 den inneren Teilabschnitt von D und von J). Die Auswer­ tung wird dadurch schwieriger, ist aber möglich, wie in der europäischen Patentanmeldung 4 62 658 in Verbindung mit deren Fig. 5 erläutert.It would also be possible in the arrangement according to FIG. 4 to provide a third slot through which scattered radiation from sections A..C would hit the detector elements 6..1 . If the shielding aperture 271 were then omitted, the entire examination area A..L would be covered by the detector elements in such a way that each detector element would see two different sections (for example the detector element 12 the inner section of D and J) . The evaluation is thereby more difficult, but is possible, as explained in the European patent application 4 62 658 in connection with FIG. 5.

Das anhand von Fig. 4 für eine 2:1-Abbildung gesagte gilt auch für eine 3:1- bzw. 4:1-Abbildung entsprechend. Diese Position ist noch dichter am Untersuchungsbereich als die 2:1-Position gem. Fig. 4 (für eine 3:1-Position beträgt der Abstand vom Fokus nur noch 1381,9 mm). Bei einer 3:1- Abbildung können jeweils sechs Detektorelemente zwei Abschnitte "sehen". Wenn die Detektorelemente jeweils nur aus einem einzigen Teilabschnitt von Streustrahlung getroffen werden, erfordern die Abschirmmittel, mit denen Streustrahlung unterdrückt werden soll, die durch den "falschen" Schlitz verläuft, einen komplizierteren Aufbau. Läßt man hingegen zu, daß die Detektorelemente die Streustrahlung aus mehr als einem Teilabschnitt erfassen (bei der 3:1-Abbildung aus drei Teilabschnitten, bei der 4:1-Abbildung aus vier Teilabschnitten, usw.), dann wird die Auswertung komplizierter, weil jedes Detektorelement von mehr Teilabschnitten getroffen wird, die darüber hinaus enger beieinander liegen.The statements made with reference to FIG. 4 for a 2: 1 mapping also apply accordingly to a 3: 1 or 4: 1 mapping. This position is even closer to the examination area than the 2: 1 position according to Fig. 4 (for a 3: 1 position, the distance from the focus is only 1381.9 mm). In a 3: 1 image, six detector elements can "see" two sections. If the detector elements are struck by scattered radiation from a single section in each case, the shielding means with which scattered radiation is to be suppressed, which passes through the "wrong" slot, require a more complicated structure. If, on the other hand, you allow the detector elements to detect the scattered radiation from more than one section (in the 3: 1 mapping from three sections, in the 4: 1 mapping from four sections, etc.), the evaluation becomes more complicated because each detector element is hit by more sections, which are also closer together.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert sein. Dazu können verschiedene Sekundärblendenanordnungen vorhanden sein, von denen jeweils eine in den Strahlengang gebracht wird. Es kann aber auch - wie in der EP-OS 4 62 688 im einzelnen er­ läutert - eine Blendenplatte mit einer Anzahl von Schlitzen vorgesehen sein, von denen jeweils ein Teil freigelassen und der Rest abgedeckt wird, und die in axialer Richtung verschiebbar ist.The embodiments described above can be combined with each other. Various can do this Secondary aperture arrays are present, one of which one is placed in the beam path. It can but also - as in EP-OS 4 62 688 in detail refines - an aperture plate with a number of Slits may be provided, part of each released and the rest is covered, and the in is axially displaceable.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen ist eine Rotationssymmetrie gegeben. Grundsätzlich ist jedoch keine Symmetrie erforderlich; es kann beispielsweise auch mit einem Primärstrahlenbündel mit halbkreisförmigem Quer­ schnitt gearbeitet werden, wenn der bzw. die Schlitze in der Blendenanordnung 27 und die Detektorelemente ebenfalls Halbkreisform haben. Ebenso ist es nicht erforderlich, daß der Querschnitt des Primärstrahlenbündels die Schlitze und die Detektorelemente Kreisform haben. Allgemein gilt, daß das Primärstrahlenbündel sich im Untersuchungsbereich auf der Mantelfläche eines Kegels (oder auf einem Sektor einer solchen Mantelfläche ausbreiten muß. Das Primärstrahlen­ bündel kann ein ebener Strahlenfächer sein. Zu einem derartigen Fächer entartet ein Sektor auf der Mantelfläche eines Kegels, dessen halber Öffnungswinkel gerade 90° beträgt. Die Systemachse verläuft in diesem Fall senkrecht zu dem Strahlenfächer durch den Fokus des Röntgenstrah­ lers. - Auf der anderen Seite entartet das Primärstrahlen­ bündel im Untersuchungsbereich zu einem Nadelstrahl, wenn der Öffnungswinkel des Kegels 0° beträgt. Die Erfindung ist auch in diesen Fällen anwendbar. Der Begriff "Kegel" muß daher in diesem Sinne weit interpretiert werden.In the exemplary embodiments explained above, there is rotational symmetry. In principle, however, no symmetry is required; it can also be used, for example, with a primary beam with a semicircular cross section if the slit or slits in the diaphragm arrangement 27 and the detector elements also have a semicircular shape. Likewise, it is not necessary that the cross section of the primary beam, the slits and the detector elements have a circular shape. In general, the primary ray bundle must spread in the examination area on the lateral surface of a cone (or on a sector of such a lateral surface. The primary ray bundle can be a planar fan of rays. To such a fan, a sector on the lateral surface of a cone degenerates, whose half opening angle The system axis in this case runs perpendicular to the fan beam through the focus of the X-ray emitter - On the other hand, the primary beam degenerates into a needle beam in the examination area if the opening angle of the cone is 0 °. The invention is also applicable in these cases, so the term "cone" must be interpreted broadly in this sense.

Claims (6)

1. Anordnung zum Messen des Impulsübertragsspektrums von Röntgenquanten mit
  • - einem polychromatischen Röntgenstrahler (20),
  • - einer zwischen dem Röntgenstrahler und dem Untersu­ chungsbereich angeordneten Primär-Blendenanordnung (21) zum Ausblenden eines den Untersuchungsbereich auf der Mantelfläche eines Kegels durchsetzenden Primärstrahlenbündels (28),
  • - einer aus mehreren Detektorelementen (1..12) bestehenden Detektoranordnung zum Erfassen von im Untersuchungs­ bereich elastisch gestreuter Röntgenquanten und
  • - einer zwischen dem Untersuchungsbereich und der Detek­ toranordnung (D) angeordneten Sekundär-Blendenanordnung (27), die mit schlitzförmigen, eine durch den Röntgen­ strahler verlaufende Systemachse (24) kreisbogenförmig umschließenden Öffnungen (S1, S2..) versehen ist,
1. Arrangement for measuring the pulse transmission spectrum of X-ray quanta with
  • - a polychromatic x-ray emitter ( 20 ),
  • a primary diaphragm arrangement ( 21 ) arranged between the X-ray emitter and the examination area for masking out a primary beam ( 28 ) penetrating the examination area on the lateral surface of a cone,
  • - A detector arrangement consisting of several detector elements ( 1..12 ) for detecting X-ray quanta and elastically scattered in the examination area
  • - A between the examination area and the detector arrangement (D) arranged secondary diaphragm arrangement ( 27 ), which is provided with slot-shaped openings (S 1 , S 2 ..) which extend through the X-ray radiator system axis ( 24 ) in a circular arc shape,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so ausgebildet und die schlitzförmigen Öffnungen in der Sekundär-Blenden­ anordnung so angeordnet sind, daß durch jede der Öffnungen (z. B. S2) die Streustrahlung jeweils nur aus einem Teil des Untersuchungsbereichs zur Detektoranordnung gelangen kann, wobei die Streustrahlung aus einem näher bei dem Röntgenstrahler befindlichen Teil (A..F) des Unter­ suchungsbereichs von in geringerem Abstand von der System­ achse befindlichen Detektorelementen (1..6) erfaßt wird als Streustrahlung aus einem weiter vom Röntgenstrahler entfernten Teil (G..L) des Untersuchungsbereichs und daß die Teile des Untersuchungsbereiches, deren Streustrahlung durch die Öffnungen hindurch von der Detektoranordnung erfaßt wird, sich nicht überlappen. characterized in that the arrangement is so designed and the slit-shaped openings in the secondary diaphragm arrangement are arranged such that through each of the openings (e.g. S 2 ) the scattered radiation can only reach part of the examination area from the detector arrangement, whereby the scattered radiation from a part closer to the x-ray source (A..F) of the examination area of detector elements ( 1..6 ) located at a smaller distance from the system axis is detected as scattered radiation from a part further away from the x-ray source (G .. L) of the examination area and that the parts of the examination area, the scattered radiation of which is detected by the detector arrangement through the openings, do not overlap. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär-Blendenanordnung mit nur zwei schlitzförmigen Öffnungen (S1, S2) in unter­ schiedlichen Abständen von der Systemachse versehen ist und daß durch die Öffnung (S1) mit dem geringeren Abstand von der Systemachse (24) der näher am Röntgenstrahler be­ findliche Teil (A.F) des Untersuchungsbereichs auf die näher an der Systemachse (24) befindlichen Detektorele­ mente (1..6) abgebildet wird und daß der restliche Teil (G..L) des Untersuchungsbereichs durch die andere Öffnung (S2) auf die übrigen Detektorelemente (7..12) abgebildet wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary diaphragm arrangement is provided with only two slit-shaped openings (S 1 , S 2 ) at different distances from the system axis and that through the opening (S 1 ) with the smaller distance from the system axis ( 24 ) of the part closer to the X-ray source (AF) of the examination area is mapped to the detector elements ( 1..6 ) closer to the system axis ( 24 ) and that the remaining part (G..L) of the examination area through the other opening (S 2 ) onto the other detector elements ( 7..12 ). 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzblende mit nur drei schlitzförmigen Öffnungen (S3, S4, S5) versehen ist, von denen die erste (S3) einen kleineren Abstand von der Systemachse (24) hat als die zweite (S4) und die zweite (S4) einen kleineren Abstand von der Systemachse hat als die dritte (S5), daß ein erster Teil (A..D) des Untersu­ chungsbereichs durch die erste (S3) Öffnung auf eine erste Gruppe von Detektorelementen (1..4) abgebildet wird, die am dichtesten an der Systemachse (24) liegt, daß ein zweiter, an den ersten anschließender Teil (E...H) des Untersuchungsbereiches durch die zweite Öffnung (S4) hindurch auf eine zweite, an die erste anschließende Gruppe von Detektorelementen (5..8) abgebildet wird, daß der restliche Teil des Untersuchungsbereichs (I...L) durch den dritten Schlitz (S5) auf eine dritte, aus den rest­ lichen Detektorelementen (9..12) bestehende Gruppe ab­ gebildet wird und daß die erste Gruppe (1..4) von Detek­ torelementen gegen Streustrahlung aus dem dritten Teil (I...L) des Untersuchungsbereichs und die dritte Gruppe (9..12) von Detektorelementen gegen Streustrahlung aus dem ersten Teil (A..D) des Untersuchungsbereichs abgeschirmt ist. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the slit diaphragm is provided with only three slit-shaped openings (S 3 , S 4 , S 5 ), of which the first (S 3 ) has a smaller distance from the system axis ( 24 ) than the second (S 4 ) and the second (S 4 ) have a smaller distance from the system axis than the third (S 5 ) that a first part (A..D) of the examination area through the first (S 3 ) opening a first group of detector elements ( 1..4 ), which is closest to the system axis ( 24 ), is imaged, that a second part (E ... H) of the examination area adjoining the first through the second opening (S 4 ) is mapped onto a second group of detector elements ( 5..8 ) adjoining the first, that the remaining part of the examination area (I ... L) through the third slit (S 5 ) onto a third, out of the rest Lichen detector elements ( 9..12 ) existing group is formed and that the first group pe ( 1..4 ) of detector elements against scattered radiation from the third part (I ... L) of the examination area and the third group ( 9..12 ) of detector elements against scattered radiation from the first part (A..D) of Examination area is shielded. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Abschirmungszwecken zwi­ schen dem Untersuchungsbereich und der Detektoranordnung Abschirmblenden (271, 272) vorgesehen sind, die sich paral­ lel zur Systemachse erstrecken und die durch den zweiten Schlitz zur ersten oder dritten Detektoranordnung verlau­ fende Streustrahlung absorbieren.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that shielding screens ( 271 , 272 ) are provided for shielding purposes between the examination area and the detector arrangement, which extend paral lel to the system axis and the leakage through the second slot to the first or third detector arrangement absorb. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärblendenanordnung (27) sich in einer n:1-Position - wobei n größer ist als 1 - befindet, daß in der Sekundärblendenanordnung (27) wenigstens zwei schlitzförmige Öffnungen (S6, S7) vorge­ sehen sind, durch die hindurch alle Detektorelemente (1..12) Streustrahlung nur aus einem Teil (G..L) des Untersuchungsbereiches erfassen, und daß Abschirmmittel (271) vorgesehen sind, die die Detektorelemente gegen Streustrahlung aus dem restlichen Teil (A..F) des Unter­ suchungsbereiches abschirmen.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary diaphragm arrangement ( 27 ) is in an n: 1 position - wherein n is greater than 1 - that in the secondary diaphragm arrangement ( 27 ) at least two slit-shaped openings (S 6 , S 7 ) are seen through which all detector elements ( 1..12 ) detect scattered radiation from only a part (G..L) of the examination area, and that shielding means ( 271 ) are provided which protect the detector elements against scattered radiation from the rest of the part Shield (A..F) the examination area.
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DE4445679B4 (en) * 1994-12-21 2005-08-04 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Arrangement for measuring the pulse transmission spectrum of elastically scattered X-ray quanta

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