DE4216929A1 - Einrichtung zur abbildung von streustrahlung - Google Patents

Description

Einrichtung zur Abbildung von Streustrahlung 1. Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein­ richtung zur Abbildung gestreuter Strahlung, die Einrich­ tung ist in der Lage, ein gutes Bild von Stoffen mit nied­ rigem Z zu gewinnen, beispielsweise Plastiksprengstoffen und Narkotika, die bei der bisherigen Technologie unent­ deckbar waren, zu dem Zwecke, das Eintreten solcher Gegen­ stände in das Sicherheitsfeld, insbesondere einen Flugha­ fen oder andere Bereiche festzustellen, die als gefährlich betrachtet werden (wie beispielsweise Plastiksprengstoffe) oder durch Gesetz geregelt sind (wie beispielsweise Narko­ tika).

Beschreibung des Standes der Technik

Eine herkömmliche Technik zur Feststellung von Stoffen mit niedrigem Z, die bei dem früheren Stand der Technik verwendet wird, ist beispielsweise von Annis et al in US- PS 47 99 247 angegeben.

Die beschriebene Einrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. In dieser Einrichtung liefert eine Röntgenstrahlenquelle 1 einen im allgemeinen konischen Strahl von Röntgenstrahlen, der auf eine strahlungsundurchlässige Platte 2 mit einem Schlitz 3 gerichtet ist. Der Schlitz 3 gestattet den Durchtritt eines blattartigen Röntgenstrahls zu einer ro­ tierenden Scheibe 4, in der ein Schlitz 5 gebildet ist. Wenn die Drehscheibe 4 rotiert, so schneidet die Dreh­ scheibe 4 den blattförmigen Strahl, und der Schlitz 5 ge­ stattet den Durchtritt eines bündelförmigen Strahles 6. Der bündelförmige Strahl 6 tastet einen zu prüfenden Ge­ genstand 7 ab, und ein Transportband 9 trägt den Gegen­ stand 7 in Richtung eines Pfeiles 8 über eine Linie des bündelförmigen Strahls 6.

Ein Rückstreudetektor 10 spricht auf rückgestreute Röntgenstrahlen (insbesondere durch Compton-Streuung) an, wenn sie von dem Gegenstand 7 zurückreflektiert wird, und sie gibt Rückstreusignale entsprechend dem rückgestreuten Röntgenstrahl ab.

Die Rückstreusignale werden an die Streuelektronik 11 geführt, wo sie summiert und zur Entwicklung eines Video­ signals zur Speisung eines Displays 12 verwendet werden mögen, die eine Streuabbildungseinrichtung ist.

Der übertragene Detektor 13 spricht auf Röntgenstrah­ lung an, die durch den Gegenstand 7 übertragen worden ist, und gibt übertragene Signale an eine Übertragungselektro­ nik 14 entsprechend dem übertragenen Röntgenstrahl ab.

In der gleichen Weise zeigt ein Display 15 ein Bild übertragener Röntgenstrahlung auf der Basis von übertrage­ nen Signalen.

Da die Materialien mit hohem Z ohne weiteres mehr Röntgenstrahlung absorbieren als Materialien mit niedrigem Z, kann das übertragene Bild ohne weiteres zur Erkennung der Form irgendeines Materials mit hohem Z durch die spe­ zielle Form des Schattens verwendet werden, den das Mate­ rial mit hohem Z erzeugt.

Das Bild der Streuung kann in gleicher Weise zur Er­ kennung der Form irgendeines Materials mit niedrigem Z durch die spezielle Form des Schattens verwendet werden, den das Material mit niedrigem Z erzeugt.

Diese Einrichtung gemäß Fig. 1 ist wirksam bei der Ausführung der Prüfung des Gegenstandes, jedoch ist es auch bekannt, daß sie die folgenden Nachteile hat.

Bei dieser Einrichtung sind die mit fliegendem Punkt arbeitenden Abtaster und Detektoren horizontal angeordnet, und der bündelförmige Strahl wird in horizontaler Richtung ausgestrahlt.

Die Form der Einrichtung ist daher horizontal. Somit nimmt die Einrichtung einen großen Bereich des Fußbodens ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zur Abbildung gestreuter Strahlung zu schaffen, bei der die Einrichtung nur eine geringe Fußbodenfläche beansprucht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung auf
erste Mittel zur Erzeugung von Strahlung,
erste Formungsmittel zur Formung von Strahlung, die durch die genannten ersten Erzeugungsmittel erzeugt worden sind, in einen bündelförmigen Strahl, der wie­ derholt entlang einer im wesentlichen horizontalen Li­ nie abgelenkt wird,
Transportmittel mit einem oberen und einem unteren Trum zum Tragen eines abzubildenden Gegenstandes in Richtung senkrecht zu der genannten Linie, derart, daß der genannte erste bündelförmige Strahl den genannten Gegenstand auf dem oberen Trum des Transportbandes abtastet,
einen ersten Streuungsdetektor zur Feststellung von Strahlung, die von dem ersten Gegenstand auf dem obe­ ren Trum des Transportbandes gestreut worden ist, um erste Streufeststellungsdaten zu gewinnen, wobei der Streuungsdetektor zwischen dem genannten oberen Trum und dem genannten unteren Trum des Transportbandes angeordnet und mit einem Schlitz ausgerüstet ist, durch den der genannte erste bündelförmige Strahl tritt,
erste Darstellungsmittel zur Darstellung eines Streu­ ungsbildes des genannten Gegenstandes, erzeugt von den genannten ersten Streuungsfeststelldaten, die von dem genannten ersten Streuungsdetektor gewonnen worden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische An­ sicht eines Röntgenstrahlinspektionssystems, das einen Sendedetektor und einen Rückstreu­ detektor jeweils zusammen mit zugehörigen Displays verwendet.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische An­ sicht und Blockdiagramm für eine Ausfüh­ rungsform einer Einrichtung zur Abbildung von gestreuter Strahlung gemäß der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt der Einrichtung ge­ mäß Fig. 2 zur Abbildung gestreuter Strah­ lung.

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm des Prinzips der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 ist eine schematische perspektivische An­ sicht einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zur Abbildung von gestreuter Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Rück­ streuungsdetektors zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Einrichtung zur Abbil­ dung der Streustrahlung.

Fig. 7 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B durch Fig. 6.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines Abwandlungs­ beispiels für einen Rückstreuungsdetektor in Fig. 6.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Abwandlungsbeispiels für einen Detektor in Fig. 6 für Rückstreuung.

Fig. 11 ist ein Vertikalschnitt C-C durch Fig. 10.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht in Richtung ei­ nes Pfeiles C in Fig. 11.

Fig. 13 ist ein erläuterndes Diagramm und zeigt eine Erklärung des festen Winkels in den Fig. 10, 11.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo eine Ausfüh­ rungsform einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung zur Abbildung von Streustrahlung gezeigt ist. Die Einrichtung zur Abbildung der Streustrahlung weist eine Einheit 32 zur Erzeugung eines bündelförmigen Strahles für einen wandernden Fleck auf, einen Röntgenstrahlgenerator mit einer Röhre 19 zur fortwährenden Ausstrahlung eines Röntgenstrahles auf einen zu prüfenden Gegenstand, ein Blendenrad 20 (nicht gezeigt) zur Formung des von der Röntgenröhre 19 emittierten Röntgenstrahles zu einem sich drehenden, fächerförmigen Strahl und einen linearen Kolli­ mator 21 zur Formung des sich drehenden, fächerförmigen Strahls zu einem bündelförmigen Strahl mit einem wandern­ den Punkt, der sich wiederholt entlang einer Linie im Raum bewegt. Ein Transportband 22 dient zum Tragen eines Gegen­ standes in die Richtung quer zu der Linie, die abgetastet wird; ein Rückstreudetektor 24 dient zur Feststellung von Röntgenstrahlen, die von dem Gegenstand rückgestreut wor­ den sind, und eine übertragene Einrichtung 24 stellt über­ tragene Röntgenstrahlen fest, die von dem Gegenstand stam­ men. Eine Kontrolleinheit 25 für Röntgenstrahlen steuert die Emission der Röntgenstrahlung von der Röntgenröhre 19, eine Rückstreuungdatensammeleinheit 26 sammelt festge­ stellte Daten, die an dem Ausgang des Rückstreuungsdetek­ tor 24 erscheinen, und wandelt die abgetasteten Daten in Signaldaten durch Anwendung einer A/D-Wandlung und andere Vorverarbeitungsvorgänge um; Übertragungsdatensammelein­ heit 27 tastet abgetastete Daten ab, die von dem Übertra­ gungsdetektor 24 abgegeben werden und wandelt die abgeta­ steten Daten in Signaldaten durch Anwendung einer A/D- Wandlung und andere Vorverarbeitungsvorgänge um. Eine Ein­ gangssteuerung 28 gestattet die Ausführung verschiedener Steuervorgänge durch eine Bedienungsperson; eine CPU 29 steuert die Arbeitsweise der gesamten Einrichtung zur Ab­ bildung von Streustrahlung und erzeugt außerdem ein Rück­ streuungsbild und ein ausgesandtes Bild des zu prüfenden Gegenstandes aus den Signaldaten, die von der Rückstreuda­ tensammeleinheit 26 und der Übertragungsdatensammeleinheit 27 gewonnen worden sind; eine Displayeinheit 30 zeigt das Rückstreubild, und eine Displayeinheit 31 gibt das über­ tragene Bild wieder.

Bei Betrieb wird der Wanderpunktbündelstrahl, der von der Strahlung gebildet ist, die von der Röntgenröhre 19 ausgestrahlt wird, durch das Unterbrechungsrad 20 in einen konusförmigen Strahl und dann in einen wandernden, bündel­ förmigen Strahl 33 durch den linearen Kollimator 21 umge­ wandelt.

Der den wandernden Punkt erzeugende Strahl 32 ist un­ ter dem Transportband 22 angebracht.

Das Transportband 22 sorgt für eine Bewegung eines zu prüfenden Gegenstandes darauf in Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung des bündelförmigen Strahls 33.

Rückstreudetektor 23 ist zwischen oberem Trum 34 und unterem Trum 35 des Transportbandes 22 angeordnet und be­ findet sich darüber hinaus dicht zu dem oberen Trum 34.

Der Rückstreudetektor 23 ist mit einem Schlitz 36 aus­ gerüstet, durch den der wandernde, bündelförmige Strahl 33 hindurchtritt.

Der Übertragungsdetektor 24 ist über dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet und so ausgebildet, daß er den gesamten bündelförmigen Strahl aufnimmt, der durch den Gegenstand übertragen worden ist.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo eine Röntgen­ strahlfokusposition 37 senkrecht unter der Kante der hori­ zontalen Detektionsebene des Übertragungsdetektors 24 an­ geordnet ist.

Der bündelförmige Strahl 33 kann bis zu der Kante der horizontalen Detektionebene des Übertragungsdetektors 24 über einen Winkel α abgetastet werden.

Als Ergebnis wird der zu prüfende Gegenstand 38 voll­ ständig durch den bündelförmigen Strahl abgetastet unter der Voraussetzung, daß die Breite des Gegenstandes 38 kleiner ist als die Breite des oberen Trums 34.

Es sei nun auf die Fig. 2, 3 und 4 Bezug genommen, anhand deren die Arbeitsweise der Einrichtung zur Abbil­ dung von Streuung zur Prüfungs des Gegenstandes beschrie­ ben.

Der bündelförmige Strahl 33 durchdringt beide Trums 34, 35 des Transportbandes 22 und tritt durch den Schlitz des Rückstreudetektors 23. Somit tastet der bündelförmige Strahl 33 den Gegenstand 38 auf dem oberen Trum 34 des Transportbandes ab.

Der Übertragungsdetektor 24 stellt die Röntgenstrahlen 39 fest, welche den Gegenstand 38 durchdringen, und Rück­ streudetektor 23 stellt die Röntgenstrahlen 40 fest, die durch den Gegenstand 38 gestreut werden.

Die von dem Gegenstand 38 gestreuten Röntgenstrahlen 40 durchdringen das obere Trum 34 des Transportbandes 22, und die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 werden durch den Rückstreudetektor 23 festgestellt.

Der Rückstreudetektor 23 ist dicht an dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet. Somit befindet sich der Gegenstand 38 dicht an dem Rückstreudetektor. Da die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 nur das obere Trum 34 durchdringen, bevor sie den Rückstreudetektor 23 errei­ chen, werden die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 nicht durch das untere Trum 35 des Transportbandes absorbiert. Die Dämpfung des geringen Energiepegels der rückgestreuten Röntgenstrahlen ist daher gering, und der Wirkungsgrad der Feststellung der rückgestreuten Röntgenstrahlen ist hoch.

Durch Kombination der Abtastwirkung des bündelförmigen Strahls 33 mit der relativen Bewegung des Gegenstandes 38 zu dem bündelförmigen Strahl 33 erfolgt eine Rasterabta­ stung des Gegenstandes 38 durch den bündelförmigen Strahl 33.

Jeder der beiden Detektoren 23, 24 erzeugt Detektions­ daten entsprechend den auf den Detektoren 23, 24 auftref­ fenden Röntgenstrahlen.

Die durch die Detektoren 23, 24 erzeugten Detektions­ daten werden in die Sammeleinheit 27 für übertragene Daten und Sammeleinheit 26 für Rückstreudaten eingespeist, wo sie in regelmäßigen Intervallen abgetastet werden.

Sammeleinheit 26 für übertragene Daten und Sammelein­ heit 27 für rückgestreute Daten liefern Signale an die CPU 29, wo sie summiert, kontrolliert und zur Bildung eines Videosignals für die Displayeinheit 30, 31 verwendet wer­ den.

Die Displayeinheit 30 zeigt ein Bild entsprechend dem übertragenen Bild des Gegenstandes 38. Die Displayeinheit 31 zeigt ein Bild entsprechend dem Rückstreubild des Ge­ genstandes 38.

Das gesendete Bild kann einfach zur Identifizierung der Form irgendeines Materials mit hohem Z verwendet wer­ den, z. B. einer Pistole oder einer aus Metall gefertigten Bombe. Das rückgestreute Bild kann in einfacher Weise zur Erkennung der Form irgendeines Materials mit niedrigem Z verwendet werden, z. B. einer Bombe, die aus Plastik gefer­ tigt ist, oder von Narkotika. Die Bedienungsperson kann die Bestandteile des Gegenstandes 38 prüfen.

Es sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo eine abgewan­ delte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.

Die Abwandlung verwendet einen Generator der oben be­ schriebenen Art zur Erzeugung eines aufwärts gerichteten Beleuchtungsstrahls und eine Wanderpunktstrahlenbündeler­ zeugungseinheit 41 oberhalb des Transportbandes zur Erzeu­ gung einer abwärts gerichteten Beleuchtung und einen Rück­ streudetektor 42.

Der Rückstreudetektor 42 ist zwischen der Wanderpunkt­ strahlenbündelerzeugungseinheit 41 und dem oberen Trum an­ geordnet.

Die Abwandlung kann somit ein rückgestreutes Bild für jede Seite des Gegenstandes erzeugen.

Jeder Rückstreudetektor 23, 42 wird vorwiegend Mate­ rialien mit niedrigem Z darstellen, die dichter an jedem Rückstreudetektor liegen.

Eine Bedienungsperson kann somit exakt die Innenseite des Gegenstandes prüfen.

Es sei nun auf die Fig. 5, 6 und 7 Bezug genommen und die Konstruktion des Rückstreudetektors 23 beschrieben. Es ist erwünscht, daß der Rückstreudetektor 23 wirksam auf Rückstreuröntgenstrahlen 40 von dem Gegenstand 38 an­ spricht.

Daher muß der Rückstreudetektor 23 enger zu dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet sein. Es ist au­ ßerdem erwünscht, daß der Rückstreudetektor 23 in der Lage ist, dem Gewicht des Gegenstandes 38 auf dem oberen Trum 34 zu widerstehen. Somit ist der Rückstreudetektor 23 die­ ser Ausführungsform in einem Gehäuse 45 gehalten, das mit Verstärkungsstreben 43 versehen ist, die die beiden Seiten des Gehäuses 45 überspannen.

Es ist außerdem erwünscht, daß das Material der Front­ platte 44 für Röntgenstrahlen durchlässig ist und einen niedrigen Kontaktwiderstand hat.

Die untere Kante jeder Verstärkungsstrebe 43 erreicht nicht den Boden des Gehäuses 45, vielmehr berührt die obe­ re Kante die Frontplatte 44.

Die Innenflächen des Gehäuses 45 und die Verstärkungs­ streben 43 sind mit einer fluoreszierenden Substanz 46 be­ deckt, die rückgestreute Röntgenstrahlen in Licht umwan­ deln.

Eine Reihe von Fotovervielfacherröhren 47 (nachfolgend abgekürzt FVR) sind auf dem Boden des Gehäuses 45 unter­ halb jeder der Verstärkungsstreben 43 gehalten. Somit ist der Wirkungsgrad der Röntgenstrahlfeststellung maximiert, während die Zahl der erforderlichen FVRs 47 verringert ist.

Es sei nun auf Fig. 9 Bezug genommen, wo eine weitere Abwandlung des Rückstreudetektors gezeigt ist.

Bei dieser Abwandlung ist das Gehäuse 45 durch die Verstärkungsstreben 48 in getrennte Kammern unterteilt, und die FVRs 47 sind innerhalb der Kammern des Gehäuses 45 angeordnet.

Es sei nun auf die Fig. 10, 11 und 12 Bezug genommen, wo eine weitere Abwandlung des Rückstreudetektors gezeigt ist, bei der die Basis des Gehäuses 49 als ein Paar von gegenüberliegend geneigten Flächen ausgebildet ist. Somit ist die Tiefe der Kammern 50, 51 innerhalb des Gehäuses in Richtung auf die Mittellinie bei der Position des Schlit­ zes 36 zunehmend geringer, wobei die Formen der Kammern 50, 51 zu dem Schlitz 36 symmetrisch sind, und eine Ver­ stärkungsstrebe 43 ist für jede der Kammern vorgesehen.

Die obere Kante der Verstärkungsstrebe 43 berührt die Unterseite der Frontplatte 44. Ein FVR 47 ist zu jeder Seite des Gehäuses mit Blick nach innen in Richtung auf die geneigte, durch die Grundplatte gebildete Basis ge­ richtet, wie das in Fig. 11 gezeigt ist. Aus Fig. 14 ist zu ersehen, daß somit der feste Winkel 8 von FVR 47 errei­ chendem Licht vergrößert ist, und die Detektionsebene von FVR 47 befindet sich dicht an dem Erzeugungspunkt von ge­ streuter Röntgenstrahlung. Der Wirkungsgrad der Röntgen­ strahlfeststellung ist somit verbessert.

Abwandlungen und Änderungen der obigen Ausführungsfor­ men können ausgeführt werden, ohne daß damit die neuen und vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung verlorengehen und der Schutzumfang der beigefügten Ansprü­ che verlassen wird.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Abbildung gestreuter Strahlung, gekennzeichnet durch,
erste Generatormittel zur Aussendung von Strahlung,
erste Mittel zur Umformung der genannten emittierten Strahlung in einen ersten Bündelstrahl, der wiederholt entlang einer im wesentlichen horizontalen Linie aus­ lenkt,
Transportmittel mit einem oberen und einem unteren Trum, um einen abzubildenden Gegenstand in einer Rich­ tung senkrecht zu der genannten Linie zu transportie­ ren, so daß der genannte erste Bündelstrahl den ge­ nannten Gegenstand auf dem oberen Trum des genannten Transportbandes abtastet,
einen ersten Streudetektor zur Feststellung der von dem Gegenstand auf dem oberen Trum des Transportbandes befindlichen Gegenstand gestreuten Strahlung, um erste Streudetektionsdaten zu gewinnen, wobei der Streude­ tektor zwischen dem genannten oberen Trum und dem ge­ nannten unteren Trum des genannten Transportbandes angeordnet und mit einem Schlitz versehen ist, durch den der genannte erste Bündelstrahl tritt,
Displaymittel zur Darstellung eines Streubildes des genannten Gegenstandes, das von den genannten ersten Streudetektionsdaten erzeugt ist, die von dem genann­ ten ersten Streudetektor gewonnen worden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch,
einen Übertragungsdetektor zur Feststellung von Strah­ lung, die den genannten Gegenstand durchdringt, um Übertragungsdetektionsdaten zu gewinnen, wobei der Übertragungsdetektor oberhalb der Transportmittel an­ geordnet ist,
zweite Displaymittel zur Darstellung eines Bildes des Gegenstandes, das aus den Übertragungsdetektionsdaten erzeugt worden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch,
zweite Erzeugungsmittel für Aussendung von Strahlung, wobei die zweiten Erzeugungsmittel oberhalb der ge­ nannten Transportmittel angeordnet sind,
zweite Mittel zur Umformung der genannten emittierten Strahlung in einem zweiten Bündelstrahl, der wieder­ holt senkrecht zur Bewegungsrichtung der genannten Transportmittel wandert, wobei die genannten zweiten Umformmittel oberhalb der genannten Transportmittel angeordnet sind,
einen zweiten Streudetektor zur Feststellung von Strahlung, die von dem Gegenstand auf dem oberen Trum des Transportbandes gestreut worden ist, um zweite Streudetektionsdaten zu gewinnen, wobei der zweite Streudetektor zwischen den zweiten Umformmitteln und den genannten Transportmitteln angeordnet und mit ei­ nem Schlitz versehen ist, durch den der genannte zwei­ te Bündelstrahl tritt, und
dritte Displaymittel zur Darstellung eines zweiten Bildes des Gegenstandes, das aus den zweiten Streude­ tektionsdaten erzeugt worden ist, die durch den zwei­ ten Strahlungsdetektor gewonnen worden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Streudetektor aufweist eine dunkle Gehäuseverstärkungsstrebe in dem Gehäuse zum Tragen des Gewichts des Gegenstandes,
erste Umwandlungsmittel zur Umwandlung von Strahlung innerhalb des Gehäuses in Lichtsignale und
zweite Umwandlungsmittel zur Umwandlung des genannten Lichts in elektrische Signale, um die genannten ersten Streudetektionsdaten zu bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Streudetektor aufweist
ein Gehäuse mit einer Basis mit einer geneigten Flä­ che,
Mittel auf den inneren Flächen des Gehäuses zur Um­ wandlung von das Innere des Gehäuses erreichender Strahlung in Licht, und Wandlermittel, die wenigstens auf einer Seite des Gehäuses gegenüber der geneigten Fläche angeordnet sind, um die genannten Lichtsignale in elektrische Signale umzuwandeln, um die genannten ersten Streudetektionsdaten zu bilden.