DE69414879T2 - Gas-ionisations-netzdetektoren für die radiographie - Google Patents

Description

Bereich der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasionisationsdetektorgruppenvorrichtung für eine hochenergetische Röntgen oder Gammastrahlradiographie, welche zum Bereich nukleartechnischer Anwendungen gehört.
Hintergrund der Erfindung
• Im bekannten Stand der Technik offenbart das Chinesische Patent Nr. 86 108 035 eine Gasentladungsdetektorgruppenvorrichtung, welche vorwiegend durch die Wechselwirkung eines Festkörperplattenkonverters aus einem Material hoher Ordnungszahl (zum Beispiel Ta) und mit einem kleinen Annäherungswinkel (1º oder kleiner) bezüglich der einfallenden Röntgen- bzw. Gammaphotonen mit den Strahlen erzeugte Sekundärelektronen verwendet, um eine Gasentladung zum Ausgeben eines Signals zu verursachen. Eine derartige Vorrichtung von Detektoren verwendet dünne Anodendrähte, welche in einer Gruppe angeordnet sind, um Röntgen- oder Gammastrahlintensitätssignale an verschiedenen Positionen zu erhalten. Jeder (oder jedes Paar) der Anodendrähte bildet ein Pixel, dessen Entladungssignal die Röntgen- oder Gammastrahlintensität an seiner Position darstellt. Das Nutzgas wird üblicherweise durch ein Gasflußsystem eingebracht, wobei der Druck auf etwa einer Atmosphäre gehalten wird. In diesem Patent wurde auch erwähnt, daß es auch möglich ist, ein Nutzgas mit einem Druck von weniger als 10&sup6; Pascal in einem versiegelten Behälter zu verwenden, um die Gasflußsysteme zu beseitigen. Durch Stahlgasflaschen versorgte Gasflußsysteme werden jedoch immer noch bei Produkten der Gegenwart verwendet. Das eine derartige Vorrichtung von Gruppendetektoren verwendende, durch die Schlumberger Inc. hergestellte Containeruntersuchungssystem ("Sycoscan" (Warenzeichen)) ist auf den Markt gebracht worden.
• Der dynamische Bereich der Signale einer solchen Erfas sungsvorrichtung ist groß (10&sup5;), ebenso wie deren Erfassungswirkungsgrad und -empfindlichkeit hoch sind, was die grundlegenden Erfordernisse von Erfassungssystemen erfüllt. Dabei bestehen jedoch immer noch die folgenden Unzulänglichkeiten:
• (1) Die durch die einfallenden Röntgen- oder Gammaphotonen erzeugten Sekundärelektronen lassen sich nicht daran hindern, zwischen den Pixeln hindurchzutreten, da sich zwischen den aus den jeweiligen Anodendrähten und ohne weitere Isolatoren aufgebauten Pixeln lediglich Gas befindet. Die auf ein Pixel hin einfallenden Röntgen- oder Gammaphotonen veranlassen also nicht nur dieses Pixel, sondern auch dessen benachbarte Pixel, Signale auszugeben. Daher spiegelt das Ausgangssignal von jedem (oder jedem Paar) der Anodendrähte nicht nur den Einfall an Röntgen- oder Gammastrahlintensität auf den Fleck wider, sondern spiegelt auch die Einflüsse der auf anderen Positionen einfallenden Röntgen- oder Gammastrahlen wider, was das Bild "unscharf" machen wird. Um diesen nachteiligen Faktor zu überwinden, muß eine spezielle Computersoftware und ein Hochgeschwindigkeits- Hardwaresystem zum Ausführen einer großen Menge einer Entflechtungsberechnungsverarbeitung konfiguriert sein, was die Schwierigkeit einer Bildverarbeitung und damit die Kosten merklich erhöht.
• (2) Jeder der Anodendrähte ist sehr dünn (einige zehn um) und weist eine Länge von 200 bis 300 mm auf, wodurch leicht ein Rauschen infolge einer Vibration erzeugt werden kann.
• (3) Die gegenwärtig verwendete Gasflußarbeitsbetriebsweise ist darauf angewiesen, ein Gasversorgungssystem mit einer sperrigen unter Druck stehenden Stahlgasflasche zu bilden. Zusätzlich sollte die Stahlgasflasche jede Zeitdauer (zum Beispiel alle drei Monate) erneuert werden.
• (4) Eine Gasentladung erfordert eine Betriebsspannung von mehreren tausend Volt, welche gut geregelt sein sollte. Anderenfalls wird dies zur Schwankung des Gasverstärkungsverhältnisses führen.
• (5) Die Gase mit vielatomigen Molekülen (zum Beispiel CH&sub4;), welche dem Nutzgas beigemischt sein sollten, können während einer Gasentladung zersetzt werden und Ablagerungen erzeugen. Ferner kann der Entladungsvorgang selbst die Oberfläche der Anodendrähte beschädigen, daher ist die Lebensdauer einer derartigen Erfassungsvorrichtung ziemlich kurz.
Kurzfassung der Erfindung
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, die Ziele einer Abbildungserfassung erreichende Gasionisationsdetektorgruppenvorrichtung für eine hochenergetische Röntgen- oder Gammastrahlradiographie zu schaffen, welche die Ionisationswirkung der durch die Wechselwirkung der hochenergetischen Röntgen- oder Gammastrahlen mit dem besonderen unter Druck stehenden Nutzgas hoher Ordnungszahl erzeugten Sekundärelektronen verwendet, um Signale auszugeben.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
• Im einzelnen nutzt diese Erfassungsvorrichtung hauptsächlich die Driftbewegungen der Ionen und Elektronen unter der Wirkung eines elektrischen Felds, um Signale auszugeben, ohne die Verwendung irgendeines Gasentladungsmechanismus, wobei die Ionen und Elektronen durch die Ionisation der durch die Wechselwirkung der Röntgen- oder Gammastrahlen hauptsächlich mit dem Hochdruck-Nutzgasmedium erzeugten Sekundärelektronen erzeugt werden.
• Die abhängigen Ansprüche beschreiben besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung ist unter Abzielung auf eine Strahlungsquelle einer Röntgen- oder Gammmaphotonenenergie bis 20 MeV betrachtet und entwickelt worden, was verschieden von der Erfassungsvorrichtung für die Röntgen- oder Gammastrahlquelle mit einer Maximalenergie unter 150 keV und der Quelle radioaktiver Isotope mit einer Energie unter 150 keV im Bereich medizinischer Diagnose ist. Zur Unterscheidung sind ein Röntgenstrahl mit einer Maximalenergie über 150 keV und ein Gammastrahl mit einer Energie über 150 keV durchgängig durch die Beschreibung der vorliegenden Erfindung als "hochenergetische Röntgen- oder Gammastrahlung (-strahl)" bezeichnet.
• Die Inhalte der vorliegenden Erfindung umfassen eine Gasionisationsdetektorgruppenvorrichtung für eine hochenergetische Röntgen- oder Gammastrahlradiographie, welche eine Vielzahl von auf einem Rahmen angebrachten unter einem Gasdruck stehenden Ionenkammereinheiten umfaßt. Jede der Ionenkammereinheiten umfaßt einen unter Druck stehenden Behälter, ein Fenster, ein Bandelektrodensystem, eine Elektrodensystemhalterung und darin eingefülltes unter Druck stehendes Gas. Das Fenster ist im Vorderabschnitt des versiegelten Behälters gebildet, das Bandelektrodensystem wird von der Halterung gehalten und umfaßt eine Vielzahl von Sätzen von Pixelionenkammerelementen, von welchen jedes aus einer Hochspannungselektrode und einer Sammelelektrode gebildet ist, die Bandelektrode von jedem der Pixelionenkammerelemente ist im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des auf dieses Pixel einfallenden Röntgen- oder Gammastrahls.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 zeigt ein schematisches Strukturdiagramm einer Ionenkammereinheit, welche die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.
• Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm der Struktur der Elektrodensystemhalterung.
• Fig. 3 zeigt die Form einer Elektrodenplatte.
• Fig. 4 zeigt das Überlappungsmuster von Elektroden.
• Fig. 5 zeigt das Aufteilungsmuster von Elektroden.
• Fig. 6 zeigt das Anordnungsmuster der Ionenkammereinheiten.
• Fig. 7 zeigt ein schematisches perspektivisches Diagramm eines Anwendungssystems der vorliegenden Erfindung.
Genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
• Die Inhalte der vorliegenden Erfindung werden im einzelnen unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, In Fig. 1 bezeichnet 1 die Abdeckung des versiegelten Behälters einer Gruppenionenkammereinheit, bezeichnet 2 ein Fenster, 3 das Elektrodensystem, 4 die Elektrodensystemhalterung, 5 eine Seitenwand des Behälters, 6 schmelzversiegelte Keramik-Metall-Isolatoren, 7 einen Gasauslaß, 8 Verstärkungsrippen; in den Fig. 2 bis 5 bezeichnet 9 Isolationsabstandshalter, 10 die Hochspannungselektrode, 11 die Sammelelektrode; in Fig. 6 bezeichnet 12 eine Standard- Gruppenionenkammereinheit, 13 eine Hilfs-Gruppenionenkammereinheit; in Fig. 7 bezeichnet 14 die Strahlungsquelle, 15 ein zu untersuchendes Objekt, bezeichnet 16 eine Vorrichtung von Gruppendetektoren für eine Radiographie gemäß der vorliegenden Erfindung, 17 ein Signalverarbeitungssystem und 18 eine Anzeige-Endeinrichtung.
• Wie oben erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung eine Detektorgruppenvorrichtung, welche die Ionisationswirkung der durch die Wechselwirkung des hochenergetischen Röntgen- oder Gammastrahls mit einem besonderen unter Druck stehenden Nutzgas hoher Ordnungszahl unmittelbar nutzt, um Signale auszugeben, wobei diese Vorrichtung eine Vielzahl von unter einem Gasdruck stehenden Gruppenionenkammereinheiten, welche auf einem besonderen Rahmen hinter einem Kollimator angebracht sind, umfaßt. Jede der Gruppenionenkammereinheiten umfaßt einen unter Druck stehenden Behälter 1, ein aus einer Vielzahl von Bandelektroden bestehendes Elektrodensystem 3 und ein darin eingefülltes unter Druck stehendes Nutzgas hoher Ordnungszahl. Jeder Satz einer Hochspannungselektrode (daran kann entweder eine positive oder eine negative Hochspannung angelegt werden) und einer Sammelelektrode 11 (Signalausgabeelektrode) bildet ein Pixelionenkammerelement, dessen Ausgangssignal die Intensität des Röntgen- oder Gammastrahls auf diesem Fleck widerspiegelt, was ein "Pixel" im Radiographen bildet. Die Querschnittsfläche eines Pixelionenkammerelements ist die eines Pixels. Jede Elektrodensystemeinheit umfaßt eine bestimmte Anzahl von Pixelionenkammerelementen (zum Beispiel 16, 32, 64, ...), wobei die Bandelektrode jedes der Pixelionenkammerelemente im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des auf dieses Pixelionenkammerelement einfallenden Röntgen- oder Gammastrahls ist. Der einfallende Röntgen- oder Gammastrahl wird im Nutzgasmedium zwischen den Elektroden über eine Strecke gleich der Länge d der Elektrode laufen. Die einfallenden Röntgen- oer Gammaphotonen weisen auf dieser Strecke eine Wechselwirkung mit den Molekülen des Nutzgases auf, um Sekundärelektronen zu erzeugen und eine Gasionisation zu verursachen. Die große Menge von durch eine Ionisation erzeugten positiven Ionen und Elektronen wird unter der Wirkung des elektrischen Felds zwischen den Elektroden 10 und 11 driften und Ausgangsstromsignale erzeugen. Die über den Elektroden 10 und 11 angelegte Spannung (Ionenkammerbetriebsspannung) sollte geringer sein als der Spannungswert, der eine Gasentladung darin verursachen könnte (Thomson'sche Lawinenentladung).
• Aus der Figur ist zu ersehen, daß das Erfassen der Röntgen- oder Gammaphotonen hauptsächlich von deren Wechselwirkung mit dem Nutzgas zwischen den Elektroden abhängt. Der Erfassungswirkungsgrad des hochenergetischen Röntgen- oder Gammastrahls läßt sich durch Einfüllen eines (mit einem Druck P von 1 · 10&sup6; bis 1 · 10&sup7; Pascal) unter Druck stehenden Nutzgases einer hohen Ordnungszahl (Ar, Kr, Xe, usw. oder Mischungen mit diesen Gasen als Hauptbestandteilen) unter Verwendung von Hochdruckversiegelungstechniken und durch derartig ausreichend langes Wählen der Elektrodenlänge d, daß das Produkt (Pd) 2 · 10&sup5; Pascalmeter übersteigt, steigern. Falls zum Beispiel ein Xe-Gas eines Drucks von 5 · 10&sup6; Pascal und eine Elektrodenlänge d = 20 cm gewählt werden, kann der Erfassungswirkungsgrad bezüglich des &sup6;&sup0;Co- Gammastrahls in alleiniger Abhängigkeit von der Wechselwirkung der Moleküle eines Xe-Gases nahezu 30% erreichen, bei weiterer Berücksichtigung der Wechselwirkungen bezüglich des Röntgen- bzw. Gammastrahls des Vorderfensters 2 und der Kammerwände 5 kann der Erfassungswirkungsgrad einer derartigen Erfassungsvorrichtung bezüglich eines &sup6;&sup0;Co- Gammastrahls 30% übersteigen. Zusätzlich kann, obwohl der Abstand zwischen den Elektroden klein (zum Beispiel 2 mm) ist, die Signalempfindlichkeit der Erfassungsvorrichtung immer noch sehr hoch sein, da eine große Menge von Ionen/Elektronenpaaren durch die Sekundärelektronen der Röntgen- oder Gammaphotonen aufgrund einer hohen Gasdichte ebenso wie durch die rasche Vorwärtsbewegung und Streuung der Sekundärelektronen im Gas zwischen den Elektroden 10 und 11 erzeugt werden können.
• Falls das Nutzgas durch Gase von großem Reaktionsquerschnitt bezüglich langsamer Neutronen, wie zum Beispiel ³He und BF&sub3;, ersetzt wird, läßt sich die vorliegende Erfindung bei einem mit langsamen Neutronen arbeitenden radiographi schen System verwenden. Falls das Nutzgas durch Wasserstoff enthaltende Gase, wie zum Beispiel H&sub2; oder CH&sub4;, ersetzt wird, läßt sich die vorliegende Erfindung bei einem mit schnellen Neutronen arbeitenden radiographischen System verwenden.
• Um Hochdruck zu realisieren und Ausflußdichtheit zu gewährleisten, muß der Behälter 1 der Gruppenionenkammereinheit 12 druckfest und von außerordentlich gutem Einschluß sein. Seine Druckfestigkeitsfähigkeit sollte den tatsächlichen Druck des darin eingefüllten Gases um das 1,5fache übersteigen. Bei dem oben erwähnten Füllgas mit 5 · 10&sup6; Pascal sollte die Druckfestigkeitsfähigkeit des Behälters 1 8 · 10&supmin;&sup9; Pascal erreichen. Die Gesamtausflußgeschwindigkeit des versiegelten Behälters sollte geringer als 133,3 Pal/s (1 · 10 Torr Liter/Sekunde) sein und dies sollte durch wiederholtes Überprüfen eines massenspektrographischen Heliumausflußdetektors gewährleistet sein. Die Arbeitslebensdauer der Gruppenionenkammereinheit 12 läßt sich dadurch für mehr als zehn Jahre gewährleisten.
• Der Behälter 1 der Ionenkammereinheit kann durch Schweißen von rostfreiem Stahl, Hartstahl oder Platten aus einem anderen Metall hergestellt werden (durch Argonbogenschweißen, Plasmaschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, usw.). Ein längliches Fenster 2 ist im Vorderabschnitt des Behälters 1 zu dem Elektrodensystem 3 ausgerichtet vorgesehen. Die Breite des "Fensters" ist gleich oder geringfügig größer als die geforderte Pixelbreite und die Massendicke davon beträgt 0,1 bis 0,3 Gramm/cm², womit sich der Absorptionsverlust des durch das "Fenster" durchtretenden einfallenden Röntgen- oder Gammaphotonenstrahls verringern läßt. Eine bestimmte Anzahl von schmelzversiegelten Keramik-Metall-Isolatoren, welche größer als die der Pixelionenkammerelemente ist, ist unter Verwendung eines Schweißlötens oder Argonbogenschweißens auf den Behälter 1 geschweißt, um die Ausgangssignale von jeder der Sammelelektroden der Pi xelionenkammerelemente auszuleiten und die äußere Hochspannung hineinzuleiten. Die verwendeten keramischen Elemente 6 sind Aluminiumoxidkeramiken einer Reinheit von über 95%, oder auch künstliche Edelsteine (Al&sub2;O&sub3;-Monokristalle). Der Isolationswiderstand der Isolatoren nach dem Versiegeln sollte größer als 1 · 10¹² Ω sein und die Ausflußgeschwindigkeit sollte kleiner als 133,3 Pal/s (1 · 10&supmin;¹&sup0; Torr Liter/Sekunde) sein. Um die Druckfestigkeitsintensität des Behälters 1 zu verbessern, können mehrere Verstärkungsrippen 8 auf die Seitenwand 5 des Behälters geschweißt sein, um den Behälter 1 an einer Verformung während eines Gaseinfüllens zu hindern.
• Die Bandelektrodenplatte besteht aus Metallen Al, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Ta, Nb, usw. oder deren Legierungen, wobei die Massendicke gleich oder größer als 0,1g/cm² sein sollte, um die durch die Röntgen- oder Gammaphotonen erzeugten Sekundärelektronen an einem Durchdringen der Elektrodenplatte und einem "Einbrechen" in andere benachbarte Pixelionenkammern zu hindern. Auf diese Weise lassen sich die Unzulänglichkeiten des "Durchdringens" oder "Einbrechens" der Sekundärelektronen bezüglich der oben erwähnten Gasentladungsgruppenerfassungsvorrichtung grundsätzlich vermeiden, wobei dies sehr vorteilhaft beim Verbessern der Qualität der Bilder ist.
• Um den Einfluß eines ausgeflossenen Stroms auszuschalten und es der unter Druck stehenden Gruppenionenkammer zu ermöglichen, sowohl im Pulsbetrieb als auch im durchschnittlichen Gleichstrombetrieb zu arbeiten, ist, wie in Fig. 2 dargestellt, bei der vorliegenden Erfindung eine besondere Halterungsstruktur für die Hochspannungselektrode und die Sammelelektrode besonders ausgestaltet. Bei dieser Struktur ist kein isolierendes Material zwischen der Hochspannungselektrode 10 und der Sammelelektrode 11 unmittelbar angeschlossen. Diese sind jeweils durch Bandisolationsabstandshalter 9 an der an Masse gelegten Halterung 4 des Elektrodensystems befestigt. Auf den Isolationsabstandshaltern 9, welche die Hochspannungselektroden 10 halten, besteht eine hohe Potentialdifferenz, der erzeugte ausgeflossene Strom wird jedoch über die an Masse gelegte Halterung 4 unmittelbar zur Masse des Instruments geleitet, ohne durch den Lastwiderstand in der Ausgangsschleife der Sammelelektroden 11 hindurchzugehen und sich auf die Ausgangssignale auszuwirken. Alle der Sammelelektroden 11 werden auf den gleichen Isolationsabstandshaltern 6 gehalten, es gibt jedoch kein Problem eines Stromausflusses, da sich diese auf einem ähnlichen Potential befinden.
• Da die Anzahl der Elektrodenplatten sehr groß ist, sind die Hochspannungselektroden 10 und die Sammelelektroden 11 derart ausgestaltet, daß sie wegen der Einfachheit einer Stanzfertigung die gleiche Form, wie in Fig. 3 gezeigt, aufweisen. Verschiedene Anzahlen von Vorsprüngen sind auf den Ober- und Unterseiten der Elektrodenplatte zum Einführen in bzw. zum Festklemmen an den Bandisolationsabstandshaltern vorgesehen. Während eines Montierens läßt sich entweder eine Hochspannungselektrode oder eine Sammelelektrode durch Vertauschen der Ober- und Unterseiten der Elektrodenplatte bilden. Alle der Hochspannungselektroden 10 sind in den gleichen Isolationsabstandshalterschlitzen befestigt, alle der Sammelelektroden sind in anderen Isolationsabstandshalterschlitzen befestigt, alle der Isolationsabstandshalter sind durch eine an Masse gelegte Elektrodenhalterung 4 voneinander isoliert. Da alle der Hochspannungselektroden 10 durch eine gemeinsame Versorgung mit Energie versorgt werden, lassen sie sich miteinander unter Verwendung einer metallischen Unterlegscheibe oder eines Leiters verbinden.
• Falls die unter Druck stehenden Gruppenionenkammern lediglich im Pulsbetrieb arbeiten und die Anforderung an das Signal/Rauschverhältnis nicht hoch ist, können die Sammelelektroden 11 und die Hochspannungselektroden 10 dann auf den gleichen Isolationsabstandshaltern 9 montiert werden, ohne den Einfluß eines ausgeflossenen Stroms zu vermeiden.
• Während der Untersuchung eines großen Ziels 15 (zum Beispiel eines Containers) muß die Gruppenerfassungsvorrichtung weit von der Strahlungsquelle 14 (zum Beispiel einem Elektronenlinearbeschleuniger) um einen Abstand (von zum Beispiel 10 Metern oder mehr) entfernt sein, um zu verhindern, daß die Richtungsungleichförmigkeit der Strahlungsintensität im Strahlungsfeld zu schwerwiegend wird. Dann läßt sich jedes der Pixelionenkammerelemente in der Gruppenionenkammereinheit parallel in der mittleren Richtung der Strahlung anordnen. Der Gesamtöffnungswinkel jeder der Gruppenionenkammereinheiten 12 oder 13 bezüglich der Strahlungsquelle 14 sollte 2º nicht überschreiten, um zu verhindern, daß die durch die Unterschiede der Winkel zwischen jedem der Pixelionenkammerelemente und den einfallenden Röntgen- oder Gammaphotonen verursachte Verschiedenheit der Erfassungswirkungsgrade zu groß ist. Die Anzahl der Pixelionenkammerelemente innerhalb jeder der Gruppenionenkammereinheiten wird durch diesen Öffnungswinkel und die geforderte Pixelhöhe bestimmt. Eine vollständige Erfassungsvorrichtung wird durch eine Vielzahl von in einem Abschnitt angeordneten Gruppenionenkammereinheiten 12 oder 13 gebildet, wobei die Mittelachse jeder der Einheiten auf die Strahlungsquelle 14 weist.
• Wo das untersuchte Ziel 15 relativ klein ist, ist der Abstand von der Gruppenerfassungsvorrichtung kurz, wobei das Elektrodensystem innerhalb der Gruppenionenkammereinheit über einen Abschnitt verteilt ist, wobei jede der Elektroden auf die Mitte des Abschnitts, das heißt, die Strahlungsquelle, weist. Währenddessen kann der Öffnungswinkel der Gruppenionenkammereinheit 12 bezüglich der Strahlungsquelle 14 ziemlich groß sein, wobei die Anzahl der Pixel hauptsächlich von technologischen Bedingungen abhängt. Die gesamte Gruppenvorrichtung läßt sich durch le diglich eine oder eine geringe Anzahl von Gruppenionenkammereinheiten 12 bilden.
• Es gibt zwei Anordnungsfolgen der Hochspannungselektroden 10 und der Sammelelektroden 11 im Elektrodensystem 3 der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 5 gezeigt. Eine davon ist die unter (a) dargestellte, bei der die Hochspannungselektroden 10 (durch "+" in der Zeichnung bezeichnet, wobei beim Verwenden entweder eine positive Hochspannung oder eine negative Hochspannung daran angelegt werden kann) mit den Sammelelektroden 11 verschachtelt sind. Die Struktur dieser Anordnung ist einfach, und sowohl die Hochspannungselektrode 10 als auch die Sammelelektrode 11 können aus dem gleichen metallischen Material bestehen. Jedoch sind zwei Hochspannungselektrodenoberflächen erforderlich, um ein Pixelionenkammerelement mit einer darin eingeschlossenen Sammelelektrode zu bilden. Die Höhe jedes Pixels innerhalb der Gruppenionenkammer wird daher größer als der doppelte Abstand zwischen den Elektroden, was relativ geeignet für eine Situation ist, wo die Größe eines Pixels relativ groß (zum Beispiel 5mm) ist. Die andere Anordnung der Elektroden ist unter (b) dargestellt. Ein Pixelionenkammerelement ist durch eine Hochspannungselektrodenoberfläche und eine gegenüberliegende Sammelelektrode gebildet, wobei eine weitere Elektrode eng an diese Sammelelektrode angrenzt, sie aber mit einer dünnen Schicht eines isolierenden Materials voneinander isoliert sind, und ein weiteres Pixelionenkammerelement mit einer weiteren gegenüberliegenden Hochspannungselektrodenoberfläche bildet. Wo die Höhe jedes Pixels innerhalb der Gruppenionenkammereinheit im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den Elektroden ist, ist dies für die Situation, daß eine kleine Pixelgröße (zum Beispiel kleiner als 2 mm) gefordert ist, geeignet. Die Sammelelektrode dabei ist jedoch von der Hochspannungselektrode verschieden und sollte besonders hergestellt sein. Erfindungsgemäß wird die Sammelelektrode 11 durch Verfahren eines Klemmens eines strahlungsfesten Kunststoffilms (wie zum Beispiel einer Polyimidmembran) zwischen zwei dünne Metallplatten und des Aufbringens metallisierter Schichten auf die Oberflächen von Keramik- oder anderen isolierenden Materialien hergestellt.
• Während einer Untersuchung eines großen Ziels 15, wie zum Beispiel eines Containers, läßt sich die Gruppenerfassungsvorrichtung durch Verbinden einer Vielzahl von Gruppenionenkammereinheiten 12 bilden. Da die Dicke des Behälters 1 des unter Druck stehenden Gruppenionenkammerelements relativ groß ist und die Halterung des internen Elektrodensystems ebenfalls einen Abschnitt des Raums belegt, wird die Gesamthöhe des gesamten empfindlichen Bereichs daher um einen bestimmten Wert (wie zum Beispiel einige zehn mm) kleiner als die des Behälters der Ionenkammer. Falls die gesamte Gruppenerfassungsvorrichtung durch Anordnen jeder der Gruppenionenkammereinheiten 12 der Reihe nach entlang des Strahlungsfelds gebildet ist, muß ein "toter Bereich" an der Grenze zweier benachbarter Gruppenionenkammereinheiten vorhanden sein, wobei die in diesen "toten Bereich" einfallenden Röntgen- oder Gammaphotonen keinerlei Signal erzeugen werden. Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verbindungsschema, wie in Fig. 6 gezeigt, vor. Jede der Gruppenionenkammereinheiten ist nach wie vor durch aufeinanderfolgendes Überlappen angeordnet. Die Mittelachse jeder Einheit ist zur Strahlungsquelle ausgerichtet angeordnet, so daß deren Neigungswinkel voneinander verschieden sind. Desweiteren ist ein Satz von Hilfs-Gruppenionenkammereinheiten 13 vor diesem Satz angeordneter Standard-Ionenkammereinheiten 12 und in der dem "toten Bereich" entsprechenden Richtung vorgesehen. Die Höhe dieser Einheiten ist klein (lediglich gleich der Höhe des "toten Bereichs") und lediglich eine kleine Anzahl von Pixelionenkammerelementen ist in jeder der Einheiten eingeschlossen, wobei die oberen und unteren Kammerwände davon daher relativ dünn sein können und der Unterschied zwischen den Höhen des empfindlichen Bereichs und dessen Form sehr klein wird. Dieser Satz von Hilfs-Ionenkammereinheiten 13 wird durch die vorliegende Erfindung dazu genutzt, die Verteilungsinformation der Röntgen- oder Gammastrahlintensität an der Position des ursprünglichen "toten Bereichs" zu liefern. Dennoch sollten die oberen und unteren Wände der Hilfs-Ionenkammer eine gewisse Dicke aufweisen, daher muß es einen Bereich, in welchem Information verloren geht, geben, doch falls die Abmessung dieses Bereichs kleiner als die Höhe eines Pixels ist, wird sich dies nicht auf die Genauigkeit eines Erfassens auswirken, und dies ist leicht zu erreichen. Es ist vorzuziehen, die Elektrodenanschlüsse dieser Hilfs-Ionenkammereinheiten aus den Seitenwänden hinauszuleiten, um den empfindlichen Bereich der Haupt-Gruppenionenkammereinheiten 12 vor einer Störung zu schützen.
• Die Druckbeständigkeit des versiegelten Behälters einer typischen unter Druck stehenden erfindungsgemäß gefertigten Ionenkammer beträgt 8 · 10&sup6; Pascal, wobei 32 Pixelionenkammerelemente aus 65 Elektroden zusammengesetzt sind, die nach dem Schema von Fig. 5(a) angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt 2 mm, die Dicke der Elektrodenplatte beträgt 0,5 mm, womit die Höhe eines Pixels 5 mm beträgt, und dessen Breite beträgt ebenfalls 5 mm. Die Länge der Elektrodenplatte beträgt 20 cm, diese kann aus Metallen, wie zum Beispiel Al, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Ta, Nb usw. oder deren Legierungen bestehen. Die Leiter von jeder Sammelelektrode treten durch die schmelzversiegelten Keramik-Metall-Isolatoren hindurch, deren Isolationswiderstand höher als 10¹² Ω ist und die Gasausflußgeschwindigkeit ist niedriger als 133,3 · 10&supmin;¹&sup0; Pal/s (1 · 10&supmin;¹&sup0; Torr Liter/Sekunde). Das interne Nutzgas ist eine Mischung von Xe eines Drucks von 5 · 10&sup6; Pascal. Das Elektrodensystem verwendet die Struktur von Fig. 4, um den Einfluß des ausgeflossenen Stroms zu beseitigen.
• Bei der Anwendung des durch einen Elektronenlinearbeschleuniger (4 bis 5 MeV) erzeugten Röntgenstrahls kann der Erfassungswirkungsgrad der oben beschriebenen Ionenkammereinheit 30% oder mehr erreichen, wobei die Signalempfindlichkeit höher als 3 · 10&sup5; elektronische Ladung/uGy ist. Bei einer Betrachtung des Arbeitens in einem Container- (oder Großziel-) Untersuchungssystem ist, wenn ein Elektronenlinearbeschleunigers als "Bremsstrahlen"-Strahlungsquelle verwendet wird, die Strahlung jedes Röntgenstrahlpulses am Ort der Erfassungsvorrichtung im Ruhezustand mehrere hundert uGy. Die Signalpulsladung der Erfassungsvorrichtung im Ruhezustand wird daher etwa 1 · 10&sup8; elektronische Ladungen erreichen, was das Pulsamplitudenniveau der G-M-Zählersignale ist, was sehr vorteilhaft für eine Informations- und Bildverarbeitung ist.
• Da der Abstand zwischen den Elektroden lediglich 2 mm beträgt, ist die Reaktionszeit von Signalen auch dann immer noch sehr schnell, in der Größenordnung von 10&supmin;&sup7; s, wenn die Betriebsspannung nicht sehr hoch ist. Dies ist von Vorteil für eine Verbesserung der Datenerfassungsgeschwindigkeit.
• Die vorliegende Erfindung ist an erster Stelle zur radiographischen Untersuchung von großen Zielen, wie zum Beispiel Containern, Automobilen und Zügen, entwickelt und geschaffen worden. Die vorliegende Erfindung läßt sich jedoch auch bei vielen anderen Anwendungen, wo eine relativ hochenergetische Röntgen- oder Gammastrahlradiographie erforderlich ist, anwenden. Sie läßt sich zum Beispiel bei der radiographischen nichtzerstörenden Erfassungsvorrichtung für industrielle Teile oder Erzeugnisse (Translationsabtastabbildungsvorrichtung oder industrielle CT) verwenden.
• Wenn der Röntgen- oder Gammastrahl durch einen Vielschlitzkollimator in eine Vielzahl von streifenartigen Strahlungsfeldern kollimiert werden, läßt sich die Geschwindigkeit eines Abtastens und Abbildens nach Vorsehen einer Vielzahl von Gruppenerfassungsvorrichtungen beachtlich verbessern, sogar eine zweidimensionale radiographische Projektionsabbildung läßt sich unmittelbar erhalten, oder sie läßt sich zum Erhalten der dreidimensionalen Raumverteilungsinformation, welche mit dem Zielobjekt verbunden ist, verwenden.

Claims (14)

1. Gasionisationsdetektorgruppenvorrichtung für eine hochenergetische Röntgen- oder Gammastrahlradiographie zum Untersuchen großer Objekte (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) durch eine Vielzahl von Ionenkammereinheiten (12) gebildet ist, wobei jede Ionenkammer einen Behälter (1), unter Druck stehendes Gas und ein durch eine Vielzahl von im wesentlichen parallel zur mittleren Richtung der auf diese Ionenkammereinheit einfallenden Strahlen angeordneten Bandelektrodenplatten gebildetes Elektrodensystem (3) umfaßt und das Objekt (15) durch Bewirken, daß das Gas ionisiert wird, um Ausgangssignale zu erzeugen, untersucht wird, wobei die Vielzahl der Ionenkammereinheiten unter Gasdruck stehende Gruppenionenkammereinheiten (12) sind, welche auf einen Rahmen montiert sind; jede Gruppenionenkammereinheit (12) ihr eigenes versiegeltes Gehäuse besitzt und jeweils eine Vielzahl von Pixelionenkammerelementen umfaßt; die. Mittelachse jeder der Gruppenionenkammereinheiten mit einem Öffnungswinkel von unter 2º auf eine Strahlungsquelle (14) weist; das durch den Gesamtöffnungswinkel der kombinierten Gruppendetektoren bezüglich der Strahlungsquelle (14) definierte Strahlungsfeld das zu untersuchende Objekt (15) unterbringt; jede der Gruppenionenkammern (12) mit einem Fülldruck über 1 · 10&sup6; Pascal und unter 1 · 10&sup7; Pascal mit unter Druck stehendem Gas gefüllt ist und das Produkt Pd eines Drucks P und einer Länge d der Elektrodenplatte entlang der Laufrichtung des Strahls größer als 2,5 · 10&sup5; Pascalmeter ist.

2. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz von Hilfs-Gruppenionenkammereinheiten (13) vor jeder Grenze jeweils zweier Gruppenionenkammereinheiten (12) vorgesehen ist, um den durch den Behälter (1) der Gruppenionenkammereinheit (12) bewirkten toten Bereich einer Erfassung zu vermeiden.

3. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppenionenkammereinheiten (12, 13) einen unter Druck stehenden Behälter (1), ein Fenster (2), ein Elektrodensystem (3), unter Druck stehendes Gas und Leitungen aus schmelzversiegelten Isolatoren umfaßt.

4. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Druck stehende Behälter (1) durch ein Schweißverfahren aus rostfreiem Stahl oder Hartstahl hergestellt ist.

5. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster als ein längliches Fenster (2) ausgerichtet zum Elektrodensystem im Vorderabschnitt des Behälters (1) vorgesehen ist, wobei die Breite des Fensters (2) gleich der oder geringfügig größer als die geforderte Pixelbreite ist.

6. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Gas eines von Ar, Kr, Xe und Mischungen davon ist.

7. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodensystem (3) in jeder Gruppenionenkammereinheit (12) Hochspannungselektroden (10), Sammelelektroden (11) und Isolationsabstandshalter (9) umfaßt und das Elektrodensystem (3) auf einen Halterungsrahmen (4) montiert ist.

8. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen von allen der Hochspannungselektroden (10) und Sammelelektroden (11) ähnlich sind, wobei die Form jeder der Elektrodenplatten ein schmales Band ist, dessen Breite der Abmessung eines Gruppenionenkammerpixels entspricht und dessen Länge d ist, wobei eine Vielzahl von Vorsprüngen auf beiden Seiten jeder Elektrode vorgesehen ist und entweder Sammelelektroden oder Hochspannungselektroden durch Vertauschen der Richtungen, in welchen sie auf dem Elektrodenhalterungsrahmen (4) montiert sind, gebildet sind.

9. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektroden (10) und Sammelelektroden (11) verschachtelt angeordnet sind und jede Hochspannungselektrodenoberfläche und Sammelelektroden ein Pixelionenkammerelement bilden.

10. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatte jeder Sammelelektrode (11) aus einer dünnen Schicht eines isolierenden Materials, welches auf beiden Seiten mit Metall bedeckt ist, hergestellt ist, wobei jede der Metallschichten und deren gegenüberliegende Hochspannungselektrodenoberfläche ein Pixelionenkammerelement bilden.

11. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten aus irgendeinem der metallischen Materialien Al, Fe, Ni, Cu, W, Ta, Nb oder deren Legierungen bestehen, wobei die Massendicke gleich oder größer als 0,1g/cm² ist.

12. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalterungsrahmen (4) hauptsächlich aus zwei gegenüberliegenden an Masse gelegten metallischen Platten besteht, in welche eine Anzahl von Streifenschlitzen von Isolationsabstandshaltern (9) eingelassen ist, wobei die rechtwinkligen Vorsprünge der Sammelelektrodenplatten oder der Hochspannungselektrodenplatten in jeweilige verschiedene Schlitze der Isolationsabstandshalter im Rahmen eingeführt sind, wobei alle der Sammelelektrodenplatten in die gleichen mehreren Schlitze von Streifenisolaltionsabstandshaltern eingeführt sind und alle der Hochspannungselektrodenplatten in andere mehrere Schlitze von Streifenisolationsabstandshaltern eingeführt sind.

13. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß schmelzversiegelte Keramik-Metall-Isolatoren oder schmelzversiegelte Metall-Kunstedelstein- Isolatoren als Anschlüsse der Elektrodenleiter auf den Behälter geschweißt sind.

14. Anwendung der Erfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung zum Erhalten der radiographischen Abtastabbildung von großen Objekten (15), wie zum Beispiel Containern, Automobilen und Zügen, einschließlich der durch eine Rotationsabtastung erhaltenen Röntgen- oder Gammastrahlabtastschnittabbildung verwendet wird.