EP3120364A1 - Schlitzblende für anwendungen in der radiographie - Google Patents
Schlitzblende für anwendungen in der radiographieInfo
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- EP3120364A1 EP3120364A1 EP15711190.7A EP15711190A EP3120364A1 EP 3120364 A1 EP3120364 A1 EP 3120364A1 EP 15711190 A EP15711190 A EP 15711190A EP 3120364 A1 EP3120364 A1 EP 3120364A1
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- slit
- block
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
- G21K1/04—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using variable diaphragms, shutters, choppers
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/203—Measuring back scattering
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- G—PHYSICS
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- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
Definitions
- a slit diaphragm in particular proposed for an imaging device, which is suitable, emanating from a radiation source high-energy radiation, in particular X-ray and / or
- a slot of the proposed slotted diaphragm at least two mutually opposite walls of at least partially identical shape. The said two walls are opposite each other within the slot block.
- a slit is proposed, wherein the radiation-absorbing part comprises lead, which is arranged between the walls of adjacent slots.
- the described embodiment ensures a reliable shielding effect, despite the barrier being only half as thick in the region of the beam and created by the slit diaphragm material of only one slit block.
- a slit is proposed, wherein at least two of the slots of the same slit block an identical
- an imaging device comprising a slit diaphragm
- the high energy radiation in the range of 50 keV to 20 MeV (including high energy gamma emitters such as 60 Co etc.), for example in the range 150 keV to 1000 keV, typically in the range 100 keV to 450 keV.
- Qualified personnel involved in the recording of images of the objects concerned are qualified to handle the standard X-ray tubes or radiation sources.
- a production method for a high-energy radiation slit as described above which comprises the following steps:
- Manufacturing method the step: - adjusting and aligning a first and a second slit block, so that in a first position of the slit blocks to each other, arranged in the first slit block at least one slot in exactly one arranged in the second slit block corresponding slot continues so that one through the first Slit of the first slit block beam passes unhindered through the second slit block, and in a second position, the slot of the first slit block on a slot-free area of the second slit block, so that a passing through the first slot of the first slit block beam on a to
- this barrier layer can be made of a more absorbent material.
- One possible combination of materials may be, for example, copper or brass for the visor body and tungsten for the barrier layer.
- Typical advantages of this embodiment relate to the mobile applicability of the device for imaging objects of interest. Due to the independence of the operation of a portable slit camera of the
- Slit diaphragm falls on the detector of the imaging device; and adjusting a slit width of the slit of the imaging device with respect to
- inclusions and / or inhomogeneities provide particularly good detectable signals, so that such structures, which are particularly critical for a failure behavior, can be detected beyond doubt.
- an imaging device comprising a slit diaphragm with at least one radiation-transmissive slit and a detector
- a high-energy radiation in particular X-ray, gamma and / or synchrotron radiation with respect to a radiation intensity by means of an adjustable slit width of the at least one radiation-permeable slit is adaptable so that emanating from an active radiating object and / or backscattered by an unknown object high-energy radiation at the set
- Slot width a suitable for generating an image proportion of high-energy Radiation passes through the slit on the detector, wherein the slit comprises a first slit block and a second slit block, each one
- Radiation-absorbing part and at least one radiation-transmissive slot and the first and the second slot block are mutually arranged so that in a first position of the arranged in the first slot block at least one slot in exactly one arranged in the second slot block corresponding slot continues so that one through the first Slit of the first slit block beam passes unhindered through the second slit block, and in a second position, the slot of the first
- Slit block the entire passageway for the passing beam from one side, for example from above (or for example from the left), and limited in the second from an opposite side, for example from below (or for example from the right).
- Advantages of this embodiment consist on the one hand in a simplified production of a slit diaphragm with a plurality of slots (multiple slit), primarily in a simple construction of a diaphragm comprising two mutually displaceable and at least one slot having plates.
- the resulting panel is much lighter, requires less material than known panels and is therefore easier to transport and / or mobile.
- the slit comprises at least one, for example 3, typically 5 or more radiation-transmissive slits.
- a suitable 3D printing process typically involves layer-by-layer sintering of a fine particulate metal powder, for example by means of a laser beam, layered according to a particular cross-section of the designed one
- Slot block is passed over a metal powder bed.
- lead-based powders can readily be formed into complex spatial shapes by sintering.
- Another suitable 3D printing process can be realized by means of a metal wire, analogously to established 3D fusion printing processes with a plastic strand, e.g. a wire comprising a lead-containing alloy.
- 3D printing processes which are predestined for the production of complex spatial structures, are particularly suitable for the production of slits in the slotted plate, which are present as defined cavities (undercuts) in solid material.
- solders in particular solder pastes, and corresponding metal powders.
- 1A is a conventional arrangement according to the prior art
- Fig. 2 is a scheme for the design of one of several materials composite visor body, starting from a solid visor body; the return of the shapes of different slits in a multi-slit to a common initial shape;
- Half-aperture simplified shape for a mount in which steeper incident radiation is absorbed by a corresponding frame The closed position of the panels is shown in the left part of the picture, the open position, after a corresponding
- Fig. 4 shows stepwise the transition from a fixed, or fixed multiple slit to the variable adjustable here proposed
- the partial image c) shows the division of the massive multi-slot block into two half-diaphragms.
- the partial image d) illustrates the reduction of the diaphragm mass. Further explanations in this regard are given in the description of FIGS. 5 and 6 given.
- FIG. 5 shows the two half-diaphragms from FIG. 4c in plan view with one of a plurality of possible slot progressions.
- the slot pattern of a closed aperture in the foreground of the image is drawn in black while its from
- Aperture body hidden back part (in the background) is shown in gray.
- the closed state of the panel is illustrated by the fact that the gray dotted line running from top left to bottom right along the top of the slot in the left slot block and along the bottom of the corresponding slot in the right slot
- Fig. 6 shows two half panels in a simplified form, intended for Brackets in which steeper incident radiation can be absorbed by a corresponding frame of the bracket.
- the closed position is shown in the left partial image, the open position in the right partial image results after a corresponding downward movement of the right part of the body.
- taken away parts of the half-panels can be moved into the holder, which takes over in any case in the areas outside the visor body and the shielding function.
- Fig. 7 illustrates the use of different dense materials for more effective shielding in the closed part of the beam path of the proposed aperture.
- the closed (left) and open panel (right) illustrations of Fig. 5 are supplemented with the transmitted and absorbed beams and those portions which may advantageously be made of denser material (see Fig. 8, hatched areas along the slot openings ).
- the rays pass through the first slit block (first slit) and are absorbed in the second slit block.
- only the portion of the first slit block for radiation absorption is available, which is located in a linear direction in front of the slot in the second.
- visor bodies can be made of denser material to compensate for the missing layer thicknesses. While the visor bodies may be made of copper or brass, as denser material e.g. Tungsten serve.
- the right part of the picture shows the aperture in (fully) opened position with the passing rays
- the slit diaphragm proposed herein comprises at least one, for example 3, typically 5 or more, for example 7, 8 or 9 slots.
- the original purpose of the trapezoidal slit shape was to increase the viewing angle (EP 2 333 786 B1, PCT WO 2011/069770 A1).
- the dotted line through this point forms the connection to the lower partial image, which shows a perspective side view of the visor body. It applies the same axis marking as before, the vanishing point is indicated by the wafer-thin dashed rays. For reasons of simplification, only the lower part of the visor body is shown in the lower partial image. The outermost lateral rays run at the edges of this body and intersect the dash-dotted sectional axis in front of the aperture in the manner shown in the upper partial image (in the plan view). Then they run apart again. Thus, two cutting axes are present in the beam path (dash-dotted lines
- the adjustment of the diaphragm is effected by means of a mechanical propulsion, for example by means of an electrically driven drive.
- Fig. 9 shows a side view of a mechanical propulsion for
- Slot width adjustment of a multi-slot shutter is a simplified form of partial apertures shown, as shown in Fig. 6. However, more slots can be placed up and down.
- Fig. 10 shows a top view of a possible mounting of a multi-slot shutter in a housing, which can be easily installed in a conventional shield ("Bleiburg") consisting of individual lead seals, so-called “dovetails "is composed.
- An opposite movement of the partial apertures can be achieved, for example, by opposing screw threads in the driving rods.
- a design of the imaging device is shown with reduced mass - the example of only one slot.
- the thickness (material thickness) of the two slit blocks is reduced (see arrows in the left part of the picture), resulting in a mass reduction of the entire device.
- a suitable combination of materials comprises two different materials.
- One for a slit (thick) sheet immediately adjacent the slit along the beam direction is a more absorbent first material which performs the function of a "barrier.” This barrier is hatched in Fig. 7.
- the remaining and majority of the slit blocks are of one It forms the major part of the slit diaphragm "diaphragm body" and bounds the slit on one side, on the side opposite the barrier layer of the more absorbent material.
- the barrier layer may comprise tungsten, for example, while copper, brass or bronze are selected as the diaphragm body.
- a dashed line indicates the original full-thickness slit, while the reduction in wall thickness is indicated by thick solid lines.
- the arrows in the plane (left half of the picture) indicate the reduction in the wall thickness, the vertical arrows (right half) illustrate that the slot in the illustration is pulled apart for better visualization, but much closer in the operating state.
- a design of the imaging device has already been described above, which is adapted for high-energy radiation in the range up to 300 keV: Compared to an imaging device adapted for a range of high-energy radiation by 1 MeV (1 MeV + 50 keV) is only 1/5 of the shielding thickness required. In case of Tungsten as the shielding material corresponds to a reduction of the wall thickness of the first and second slit blocks from 5 cm to 1 cm. This will be independent of
- Shielding material achieved a weight reduction of about 80%, e.g. on 30 kg of 150 kg.
- the width of the slit diaphragm (220) is maintained (compare FIG. 12). It is reduced only the wall thickness, the overall geometry of the thick-walled construction is maintained in principle.
- an imaging device comprising the described slit diaphragm and a detector, wearable and thus able to perform mobile.
- the corresponding device for example, carried by an operator on the
- Propulsion device for each slot would be disproportionately expensive, since all slots would have to be adjusted synchronously.
- Slit diaphragm is not necessarily designed mirror-symmetrically in the beam direction must have proposed the multi-slot shutter described here. It suffices that each imaging beam is wrapped somewhere on its way to the image detector as if it were passing through a collimator. In other words, the diaphragm body with its radiation-selecting property can, in principle, be located at any point in the beam path. Thus, the central axis, through which all the slit planes pass, does not have to
- the entire panel consists of a front and a rear partial panel (also referred to here as slot block), one of which is designed to be movable and the other permanently installed.
- the proposed solution is based on the fact that the slit diaphragm does not necessarily have to be designed mirror-symmetrically in the beam direction. It suffices that each imaging beam is wrapped somewhere on its way to the image detector as if it were passing through a collimator.
- the diaphragm body with its radiation-selecting property can, in principle, be located at any point in the beam path.
- the central axis, through which all slot planes pass need not necessarily be inside the visor body, but in front of or behind it. A changed beam passage at this point affects all slots in the aperture. So here only a mechanical slot width adjustment needs to be provided.
- the entire panel then consists of a front and a rear partial panel, one of which is movable and the other firmly installed. A mechanics on every single slot works, is unnecessary.
- Gap limitation with subsequent filling of the intermediate spaces to be able to form slit profiles that preclude overlaying / multiple exposure see FIGS. 2, 3;
- Exposure adjustment provided in a camera for high-energy beam imaging.
- Radiation absorbing part and at least one radiation-transmissive slot comprises.
- the first and the second slit block are mutually arranged so that in a first position of arranged in the first slit block at least one slot in exactly one arranged in the second slit block corresponding slot continues so that a passing through the first slot of the first slit block beam unhindered by the second slot block occurs - in other words: the aperture is open.
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Schlitzblende, insbesondere für eine bildgebende Einrichtung, welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle ausgehende hochenergetische Strahlung, insbesondere Röntgen- und/oder Synchrotronstrahlung, zu begrenzen. Weiterhin wird ein Herstellungsverfahren für diese Mehrfachschlitzblende und ihre Verwendung zur bildgebenden Darstellung eines Prüfkörpers vorgeschlagen. Die Schlitzblende umfasst: einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock, wobei der erste und der zweite Schlitzblock einen strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfasst und der erste und der zweite Schlitzblock zueinander so anordenbar sind, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position, der Schlitz des ersten Schlitzblocks auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt.
Description
Schlitzblende für Anwendungen in der Radiographie
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlitzblende, eine Vorrichtung zum Betrieb eine Schlitzblende und ein Verfahren zur Herstellung einer Schlitzblende für
Anwendungen in der Radiographie.
[0002] Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mehrfachschlitzblende, die für
Anwendungen basierend auf der Compton-Rückstreu-Radiographie angepasst ist.
[0003] DE 10 2005 029 674 B4 und EP 2 333 786 B 1 beschreiben eine Schlitzblende zur Begrenzung der von einer Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung. Derartige Blenden sind insbesondere für die Untersuchung von unbekannten Objekten interessant, die aktiv
(Gammastrahlung) oder passiv (rückgestreut) hochenergetische Strahlung aussenden. Eine praktisch bedeutsame Untersuchungstechnik nutzt nichtelastisch rückgestreute Röntgen- Photonen zur Bilddarstellung (Radiographie).
[0004] Das korrespondierende Radiographie- Verfahren wird als Compton
Rückstreutechnik bezeichnet. Objekte, die transparent für Röntgenstrahlung sind, scheinen durch die rückgestreute Strahlung geradezu zu "leuchten". Das betrifft vor allem organische Materialien und Elemente mit geringer Ordnungszahl in Abhängigkeit von deren Reihenfolge im Periodensystem. Röntgenstrahlen werden von Elementen mit hoher Ordnungszahl, beispielsweise Schwermetallen, hauptsächlich absorbiert, so dass die hier auftretende
Streustrahlung, wenn sie überhaupt nachweisbar ist, eine äußerst geringere Intensität aufweist.
[0005] Dieser Umstand lässt sich zur Erzeugung von vergleichsweise hochaufgelösten Bildern nutzen, beispielsweise für Belange einer Sicherheitsüberprüfung oder zur
zerstörungsfreien Materialprüfung, wenn eine angepasste Blende eingesetzt wird.
[0006] Die genannten Blenden sind gemäß den an sie zu stellenden Anforderungen vergleichsweise massiv. Messanordnungen, wie beispielsweise gemäß dem Lochkamera- Prinzip konstruierte bildgebende Einrichtungen, die eine Schlitzblende umfassen, sind somit - wenn überhaupt - nur begrenzt mobil einsetzbar. Außerdem sind zur Herstellung der
Schlitzblende geeignete Verfahren auf Grund der hohen Anforderungen an die Güte innerer Oberflächen der Blende typischerweise aufwendig und kostspielig.
[0007] Folglich stellen sich die nachfolgenden Aufgaben:
1. einerseits, einen strahlenden Körper möglichst scharf abzubilden und/oder
andererseits, mittels Rückstreutechnik Bildinformation über den Aufbau eines unbekannten Objektes zu gewinnen, die mit einem Einzelstrahl nicht erfassbar ist;
2. die Abbildungsfläche durch Verwendung einer neuartigen Blende (der hier
vorgeschlagenen Mehrfachschlitzblende) zu erweitern, und geeignete Verfahren zur
Herstellung der Blende bereitzustellen;
3. eine möglichst kompakte (leichte) und dennoch zuverlässig abblendende
Blendenvorrichtung bereitzustellen, deren Schlitzbreite einstellbar ist;
4. eine Vorrichtung zur mechanischen Einstellung der Schlitzbreite bereitzustellen
5. den Paralleldurchgang von Strahlen durch die Blende zu verhindern und eine
Überlagerung von Mehrfachaufnahmen zu unterbinden.
[0008] Vor diesem Hintergrund wird gemäß Anspruch 1 eine Schlitzblende, gemäß Anspruch 16 ein Herstellungsverfahren für eine Schlitzblende und gemäß Anspruch 21 die Verwendung der vorgeschlagenen Schlitzblende zur bildgebenden Darstellung mittels hochenergetischer Strahlung, gemäß Anspruch 22 ein Bilderzeugungsverfahren unter
Zuhilfenahme der besagten Schlitzblende und gemäß Anspruch 24 eine bildgebende
Einrichtung, umfassend die besagte Schlitzblende, vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen.
[0009] Gemäß einer ersten Ausführungsform wird eine Schlitzblende, insbesondere für eine bildgebende Einrichtung vorgeschlagen, welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle ausgehende hochenergetische Strahlung, insbesondere Röntgen- und/oder
Synchrotronstrahlung, zu begrenzen, umfassend einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock, wobei der erste und der zweite Schlitzblock einen strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfasst und der erste und der zweite Schlitzblock zueinander so anordenbar sind, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position, der Schlitz des ersten Schlitzblocks auf einen von
Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz
des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt. So wird im ersten Block der gesamte Durchtrittskanal für den passierenden Strahl von oben, um zweiten von unten begrenzt.
[0010] Vorteile dieser Ausführungsform bestehen einerseits in einer vereinfachten Fertigung einer Schlitzblende mit mehreren Schlitzen (Mehrfachschlitzblende), vorrangig in einer einfachen Konstruktionsweise einer Blende, die zwei zueinander verschiebbare und zumindest einen Schlitz aufweisende Platten umfasst. Die resultierende Blende ist wesentlich leichter, erfordert einen geringeren Materialeinsatz als bekannte Blenden und ist damit leichter zu transportieren und/oder mobil einsetzbar. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Schlitzblende mindestens einen, beispielsweise 3, typischerweise 5 oder mehr strahlungsdurchlässige Schlitze. Ein Vorteil des Vorhandenseins mehrerer Schlitze ergibt sich aus einem verglichen zum Einzelschlitz erweiterten Blickfeld für die Aufnahmen. Dabei wird die Auflösung durch einen schmaleren Spalt auf Kosten der Breite des Blickfeldes verbessert. In Abhängigkeit von der gegebenen Messsituation bzw. Aufgabenstellung kann somit zwischen einer gesteigerten Bildschärfe bei verringerter Schlitzbreite und einer zunehmenden Breite des Blickfelds (Abbildungsbreite) bei vergrößerter Schlitzbreite (weiter Öffnung) gewählt werden.
[0011] Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die zweite Position der Anordnung der beiden Schlitzblöcke wie vorgeschlagen einer Parallelverschiebung der Schlitze des ersten Schlitzblocks zu jenen des zweiten Schlitzblocks.
[0012] Daraus ergeben sich Vorteile für die Reproduzierbarkeit der Blendeneinstellung und die Gestaltung einer Vorrichtung, mit deren Hilfe eine solche Verschiebung erreicht wird.
[0013] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein angrenzender
Oberflächenbereich zwischen dem ersten und einem benachbarten zweiten Schlitz des zweiten Schlitzblocks zumindest eine Form auf , die sich aus einer Projektion der
Querschnittsfläche des ersten Schlitzes des ersten Schlitzblocks auf die dem ersten
Schlitzblock zugewandte Oberfläche des zweiten Schlitzblocks ergibt.
[0014] Daraus ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit eine Öffnung ohne
Scherung des Strahlenkanals und eines fehlerfreien Vergrößern oder Verengen der effektiven Blendenbreite.
[0015] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Schlitz der vorgeschlagenen Schlitzblende zumindest zwei einander gegenüberliegende Wandungen von zumindest
abschnittsweise identischer Form auf. Die besagten beiden Wandungen liegen einander innerhalb der Schlitzblocks gegenüber.
[0016] Vorteilhafterweise formen die beiden Wandungen somit eine abschnittsweise planparallele Umhüllung eines Strahlenbündels, sodass ein auf einer Seite des Schlitzblockes in den Schlitz eintretendes Strahlenbündel den Schlitzblock auf der anderen,
gegenüberliegenden Seite ungeschwächt verlassen kann.
[0017] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst zumindest eine der Wandungen der vorgeschlagenen Schlitzblende ein Blech.
[0018] Vorteile ergeben sich aus der vereinfachten Fertigung der Wandungen, insbesondere da sich Bleche vergleichsweise leicht in identische Form bringen lassen.
[0019] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei das Blech ausgewählt ist unter: Aluminium, Bronze, Eisen, Kupfer, Messing, Nickel, Stahl, Titan, Wolfram oder einer Legierung, umfassend zumindest eines der Elemente: AI, Be, Pb, Cu, Cr, Fe, Ni, Sn, Ti, W, Zn. Wenn es sich, gemessen an der Masse der Blende, um ein dünnes Blech handelte, dann verlöre die Wahl des Materials für das Blech an Bedeutung, würde doch die„Hauptlast" der Abschirmung durch das Füllmaterial zwischen den
Begrenzungsblechen der Schlitze übernommen.
[0020] Vorteile dieser Elemente umfassen die Verfügbarkeit von Blechen, umfassend Reinmetalle oder Legierungen dieser Elemente sowie die jeweilige Ordnungszahl dieser Elemente, welche ihre Eignung als Absorber hochenergetischer Strahlung begründet. Durch die Auswahl der Materialien und im Interesse einer portablen Ausführungsform der Blende ist die Schlitzblende für die Anwendung mit hochenergetischer Strahlung im Bereich von 50 bis 1000 keV, insbesondere im Bereich bis 500 keV, bevorzugt für Strahlungsenergien unterhalb von 400 keV angepasst.
[0021] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei der Strahlungsabsorbierende Teil Blei umfasst, das zwischen den Wandungen benachbarter Schlitze angeordnet ist.
[0022] Vorteile von Blei als Absorber hochenergetischer Strahlung sind allfällig. Auch lässt sich ein Bleiblech besonders leicht formen.
[0023] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei eine erste Wandung ein erstes annähernd von der Dicke der maximal möglichen
Spaltbreite Blech umfasst, das eine höhere Absorptionsfähigkeit für die hochenergetische Strahlung aufweist, als ein Blech, das von einer zweiten Wandung umfasst ist.
[0024] Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich daraus, dass beim Schließen der Schlitzblende eine der beiden Wandungen des Schlitzes eines Schlitzblocks der
ungeschwächten Strahlung des durch den korrespondierenden Schlitz im gegenüberliegenden Schlitzblock tretenden Strahlenbündels ausgesetzt ist. Die beschriebene Ausführungsform sichert eine zuverlässige Ab Schirmwirkung trotz der im Bereich des Strahlenbündels nur halb so dicken, vom Schlitzblendenmaterial nur eines Schlitzblockes geschaffenen Barriere.
[0025] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei eine Dicke und/oder ein Profil des ersten Blechs des Schlitzes im ersten Schlitzblock zumindest eine Dicke und/oder ein Profil des korrespondierenden Schlitzes im zweiten Schlitzblock aufweist, und eine Dicke und/oder ein Profil des zweiten Blechs des Schlitzes im zweiten Schlitzblock zumindest eine Dicke und/oder ein Profil des korrespondierenden Schlitzes im ersten Schlitzblock aufweist.
[0026] Vorteile ergeben sich insbesondere für eine einstellbare Güte der Strahlprojektion bzw. Abbildung, d.h. entweder hohe Strahlendurchtrittsdosis auf Kosten der Bildschärfe oder ein scharfes Bild auf Kosten der Intensität, ähnlich wie bei der Blendeneinstellung an einem normalen Fotoapparat, wo es um Tiefenschärfe geht.
[0027] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei zumindest zwei der Schlitze ein und desselben Schlitzblocks eine identische
Querschnittsfläche und/oder Form aufweisen.
[0028] Die Vorteile dieser Ausführungsform entsprechen den zuvor genannten.
Insbesondere ermöglicht die Anordnung selbstähnlicher Schlitze - nichts anderes soll die vorstehend bezeichnete Ausführungsform beschreiben - eine hohe vergrößerte
Abbildungsfläche.
[0029] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei Ebenen, die durch die Schlitze im ersten Schlitzblock definiert sind, einander in einer Linie schneiden, die außerhalb des ersten Schlitzblocks auf einer dem zweiten Schlitzblock zugewandten Seite liegt.
[0030] Zur effektiveren Abschirmung hochenergetischer Strahlung im Schlitzbereich bei (teilweise) verschlossener Stellung durch entsprechende Verschiebung der vorderen und hinteren Blendenhälfte gegeneinander wird zur Auskleidung ein dichteres Material als
dasjenige des übrigen Blendenkörpers vorgeschlagen. Jeder Strahl, der nicht einen der Schlitze passiert, wird von der Blende in ihrer ganzen Schichtdicke abgeschirmt. Derjenige, der in einer verschlossenen Stellung die vordere Blendenhälfte durch einen Schlitz verläuft, kann nur durch den vorgeschobenen Teil der hinteren abgeschirmt werden (vgl. schraffierte Bereiche in Fig. 6). Um die fehlende Schichtdicke zur gesamten Blendendicke auszugleichen, wird ein dichteres Material in diesem Bereich vorgeschlagen. Besteht beispielweise der Blendenkörper aus Kupfer oder Messing, dann ist Wolfram ein für diesen Bereich geeignetes Material.
[0031] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine bildgebende Einrichtung, umfassend eine Schlitzblende vorgeschlagen, wobei die hochenergetische Strahlung im Bereich von 50 keV bis 20 MeV (einschließlich hochenergetischer Gammastrahler wie 60Co etc.), beispielsweise im Bereich 150 keV bis 1000 keV, typischerweise im Bereich 100 keV bis 450 keV liegt.
[0032] Vorteilhaft liegt die Energie hochenergetischer Gammastrahler, wie
beispielsweise die von 60 Co, 13V Cs, 192 Ir etc. innerhalb des angegebenen Bereichs. Der
Energiebereich handelsüblicher Röntgenröhren liegt typischerweise zwischen 100 keV und 450 keV, sodass die bildgebende Einrichtung zur Verwendung mit handelsüblichen Röntgenröhren geeignet ist und in ihrer konkreten baulichen Auslegung (Bauweise) an die jeweilige Messsituation angepasst werden kann. Vorteilhaft ist auch das betreffende
Fachpersonal, das mit der Aufnahme von Abbildungen betreffender Objekte befasst ist, für den Umgang mit den handelsüblichen Röntgenröhren bzw. Strahlenquellen qualifiziert.
[0033] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine bildgebende Einrichtung vorgeschlagen, wobei eine Abschirmdicke der Schlitzblende auf einen Energiebereich hochenergetischer Strahlung bis ca. 300 keV angepasst ist. Der mit„ca." bezeichnete Bereich soll 300 keV + 50 keV umfassen. Gemäß einer praktischen Ausführungsform wird so, gegenüber einer hochenergetischen Strahlung einer Energie um 1 MeV, lediglich 1/5 der Abschirmdicke der dort erforderlichen Abschirmdicke benötigt.
[0034] Daraus ergibt sich vorteilhaft, dass z.B. bei Verwendung von Wolfram als Abschirmmaterial die Wanddicke der bildgebenden Einrichtung von 5 cm auf 1 cm
reduzierbar ist. Das führt zu einer Gewichtsreduktion der bildgebenden Einrichtung um 80% unabhängig vom Abschirmmaterial. Wie ersichtlich, ist diese Gewichtsreduktion beträchtlich, und verbessert die Transportfähigkeit und mobile Einsetzbarkeit der Vorrichtung erheblich. Beispielsweise kann eine auf etwa 30 kg Gesamtmasse reduzierte bildgebende Einrichtung gegenüber einer 150 kg wiegenden Vorrichtung durchaus auch von nur einer einzelnen Person gehandhabt werden. Alternativ zu einer maßstäblichen Verkleinerung bleibt die ursprünglich
gewählte Breite der Schlitzblende erhalten. Die Gewichtsreduktion wird also allein durch eine Reduzierung der Wanddicke erzielt, wobei die von der dickwandigen Ausführungsform her bekannte Gesamtaufnahmegeometrie prinzipiell beibehalten wird.
[0035] Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt ein bevorzugter Bereich der Schlitzbreiteneinstellung zwischen 1 und 7 mm. Hierbei wird vom Fachmann in Abhängigkeit von der Messsituation und der Zielstellung zwischen einer gesteigerten Bildschärfe bei kleinem Schlitz bzw. kleiner Spalt und einer gewünschten maximalen Breite (Höhe) der Abbildung (weite Öffnung bzw. weiter Spalt) abgewogen. Eine bevorzugte Schlitzbreite kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm variiert werden. Ebenso kann der zumindest eine Spalt (bzw. synchron alle Spalte) durch eine relative Bewegung des ersten Schlitzblocks und des zweiten Schlitzblocks zueinander zwischen 0,75 mm und 8 mm oder zwischen 1 mm und 7 mm, wahlweise auch zwischen 2 mm und 5 mm fest eingestellt werden. Dabei beträgt eine Präzision der Einstellung typischerweise + 0,01 mm oder + 0,1 mm, beispielsweise + 0,25 mm. Gegebenenfalls erforderliche Antriebe zur automatischen Einstellung der gewünschten Spaltbreite, beispielsweise ein Schrittmotor (z.B. Zahnriemenantrieb-Schrittmotor) sind dem Fachmann bekannt. Zusätzlich kann über die geeignete Dimensionierung der im Getriebe verwendeten Zahnräder 5, 7 und 8 bzw. der Kette 6 die Schlitzbreite mit der geforderten Präzision auch manuell eingestellt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Kurbel, die geeignet mit einer Antriebsstage verbindbar ist. Aus einem eingestellten Winkel der Kurbel ergibt sich - bei vorheriger Kalibrierung - die jeweilige Spaltbreite.
[0036] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Herstellungsverfahren für eine wie vorstehend beschriebene Schlitzblende für hochenergetische Strahlung vorgeschlagen, welche die folgenden Schritte umfasst:
- Formen von zumindest zwei Blechen an einem Ausgangsformkörper;
- gleichbeabstandetes Verbinden von jeweils zwei Blechen miteinander, sodass die miteinander verbundenen Bleche einen Kanal bilden, wobei der Kanal ein erstes offenes Ende und ein diesem gegenüber liegendes zweites offenes Ende aufweist;
- Anordnen und Ausrichten des Kanals in einer Gießform;
- Füllen der Gießform mit einer bleihaltigen Schmelze derart, dass der Kanal nicht mit der Schmelze gefüllt wird;
- Entformen eines in der Gießform erhaltenen Gusskörpers umfassend den Kanal.
[0037] Vorteilhaft an diesem Herstellungsverfahren gegenüber bekannten Herstellungsverfahren ist, dass eine vorgegebene Schlitzform eines Schlitzblockes gewissermaßen additiv erzeugt werden kann. Es ist wesentlich aufwendiger einen Schlitz mit den geforderten Eigenschaften (bspw. Planparallelität von Wandabschnitten, Oberflächengüte etc.) durch spanabhebende Verfahren in einem massiven Material zu erzeugen, als einen - im Wesentlichen mit zwei Blechen geformten Schlitz - mit der Schmelze des massiven Materials zu umhüllen.
[0038] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Herstellungsverfahren für eine wie vorstehend beschriebene Schlitzblende für hochenergetische Strahlung vorgeschlagen, das den Schritt„Zurichten des Gusskörpers zu einem Schlitzblock" umfasst.
[0039] Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich daraus, dass mit nur wenigen Arbeits schritten gusstechnisch bedingte Grate und/oder Stützstrukturen oder
Materialüberschüsse abgetragen werden können.
[0040] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene
Herstellungsverfahren den Schritt: - Anpassen und Ausrichten eines ersten und eines zweiten Schlitzblocks, sodass in einer ersten Position der Schlitzblöcke zueinander sich der in dem ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem in dem zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position der Schlitz der ersten Schlitzblock auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum
korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt.
[0041] Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich aus der Assemblierung der Schlitzblende aus den zwei sie ausbildenden wesentlichen Bestandteilen: dem ersten und dem zweiten Schlitzblock.
[0042] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene
Herstellungsverfahren den Schritt: - Bereitstellen eines Antriebes für einen allmählichen Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Position, sodass eine resultierende Mächtigkeit eines den ersten und den zweiten Schlitzblock passierenden Strahlenbündels nach Bedarf einstellbar ist.
[0043] Vorteile ergeben sich aus der so erreichbaren Präzision der Einstellung der
Blende. Insbesondere wird bei einer Verengung der Schlitzbreite ein Teil der Strahlung nur von der Sperrschicht eines der beiden Blöcke abgeschirmt, alle übrigen nicht passierenden Anteile aber vom Material beider Blendenteile. Deshalb kann diese Sperrschicht aus einem stärker absorbierenden Material gefertigt sein. Eine mögliche Materialkombination kann z.B. Kupfer oder Messing für den Blendenkörper und Wolfram für die Sperrschicht darstellen.
[0044] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene
Herstellungsverfahren den Schritt: - Anordnen einer Bildaufnahmeeinheit auf einer Seite eines Schlitzblockes, sodass ein durch die Schlitzblende fallendes Strahlenbündel auf eine detektierende Fläche der Bildaufnahmeeinheit trifft.
[0045] Typische Vorteile dieser Ausführungsform betreffen die mobile Einsetzbarkeit der Anordnung zur Abbildung von interessierenden Untersuchungsobjekten. Aufgrund der Unabhängigkeit der Arbeitsweise einer portablen Schlitzblendenkamera von der
Einstrahlgeometrie mit dem Röntgenstrahler gelingen Aufnahmen, die mit herkömmlichen Röntgenrückstreuverfahren bisher nicht möglich waren. Das Rückstreuverhalten einzelner Materialschichten im Objekt kann durch gezielte Einstrahlung gesteuert werden. Somit ist es möglich, strahlenpassive Bauelemente unabhängig von einer Laborumgebung als Silhouette vor strahlendem Hintergrund darzustellen. Das ist insbesondere für Anwendungen mit sicherheitstechnischem Hintergrund von Bedeutung.
[0046] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verwendung einer
beispielsweise vorstehend beschriebenen Schlitzblende zur bildgebenden Darstellung eines Prüfkörpers mittels Exposition gegenüber hochenergetischer Strahlung vorgeschlagen, wobei eine Strahlungsquelle hochenergetischer Strahlung, ein Prüfkörper und die Schlitzblende so zueinander angeordnet werden, dass vom Prüfkörper rückgestreute Anteile der
hochenergetischen Strahlung durch die Schlitzblende auf eine Bildaufnahmeeinheit und/oder auf einen Detektor treffen.
[0047] Vorteile der Verwendung der beschriebenen Schlitzblende ergeben sich aus den bereits beschriebenen Vorteilen der vorgeschlagenen Vorrichtung. Sie betreffen insbesondere die Möglichkeit zu vergleichsweise deutlichen Abbildung mittels Compton-Rückstreuung eines wenig absorbierenden Bauteils vor dem Hintergrund eines stark absorbierenden
Bauteils. Vorausgesetzt ist eine separate Ausleuchtung des Bereiches hinter dem stark absorbierenden Bauteil im Objekt durch entsprechende KoUimierung einer seitlich schräg zur Blickrichtung der Kamera ins Objekt einfallenden Röntgenstrahlung. Somit wird ein strahlender Hintergrund erzeugt, vor dem sich ein absorbierendes Bauteil dann
silhouettenartig abhebt. Eine derartige Abbildungsgeometrie ist mit keiner anderen
Röntgenrückstreuvorrichtung erreichb ar .
[0048] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Bilderzeugungsverfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung eines Objektes mit hochenergetischer Strahlung, insbesondere mit Röntgen-, Gamma- und/oder Synchrotronstrahlung vorgeschlagen. Das Bilderzeugungsverfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer bildgebenden Einrichtung, umfassend eine Schlitzblende gemäß zumindest einer der vorstehenden Ausführungsformen und einen Detektor; Anordnen der bildgebenden Einrichtung und des Objektes, sodass vom Objekt ausgehende und/oder rückgestreute hochenergetische Strahlung durch die
Schlitzblende auf den Detektor der bildgebenden Einrichtung fällt; und Einstellen einer Schlitzbreite der Schlitzblende der bildgebenden Einrichtung hinsichtlich einer
Strahlenintensität, sodass bei der eingestellten Schlitzbreite ein zur Erzeugung eines Bildes geeigneter Anteil der von dem Objekt ausgehenden und/oder rückgestreuten
hochenergetischen Strahlung auf den Detektor geleitet wird.
[0049] Vorteile dieser Ausführungsform ergeben sich mit der Befriedigung eines Bedarfs an zuverlässigen Verfahren der zerstörungsfreien Materialprüfung, beispielsweise auf dem Gebiet von Verbundmaterialien, welche die Vorteile einer bildgebenden Untersuchung mit hochenergetischer Strahlung erschließen. Wie beschrieben, kann die Bildaufnahme mit einer angepassten mobil einsetzbaren Vorrichtung vor Ort erfolgen. Anwendungen reichen vom Fahrzeugbau (Automobilbau, Luftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge) über den Bau und die Überwachung von Windenergieanlagen bis zu Anwendungen auf dem Gebiet des Schutzes von Kunst- und Kulturgütern (Restaurierung) und betreffen ebenso unmittelbar
sicherheitstechnische Aspekte (Lagerung von Gefahrgütern; Zollkontrolle).
[0050] Gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst das Bilderzeugungsverfahren die Inspektion eines Verbundmaterials, wobei die zerstörungsfreie Materialprüfung einen Nachweis eines Einschlusses und/oder einer Inhomogenität im Verbundmaterial zulässt.
[0051] Vorteilhaft liefern gerade Einschlüsse und/oder Inhomogenitäten besonders gut nachweisbare Signale, sodass derartige für ein Versagensverhalten besonders kritische Strukturen zweifelsfrei nachweisbar werden.
[0052] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine bildgebende Einrichtung, umfassend eine Schlitzblende mit zumindest einem strahlungsdurchlässigen Schlitz und einen Detektor vorgeschlagen, wobei eine hochenergetische Strahlung, insbesondere Röntgen-, Gamma- und/oder Synchrotronstrahlung hinsichtlich einer Strahlenintensität mittels einer einstellbaren Schlitzbreite des zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitzes so anpassbar ist, dass von einem aktiv strahlenden Objekt ausgehende und/oder von einem unbekannten Objekt rückgestreute hochenergetische Strahlung bei der eingestellten
Schlitzbreite einen zur Erzeugung eines Bildes geeigneten Anteil der hochenergetischen
Strahlung durch die Schlitzblende auf den Detektor leitet, wobei die Schlitzblende einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock umfasst, die jeweils einen
Strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfassen und der erste und der zweite Schlitzblock zueinander so anordenbar sind, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position, der Schlitz des ersten
Schlitzblocks auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und das Strahlenbündel so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt. So wird im ersten
Schlitzblock der gesamte Durchtrittskanal für den passierenden Strahl von einer Seite, beispielsweise von oben (oder beispielsweise von links), und im zweiten von einer gegenüberliegenden Seite, beispielsweise von unten (oder beispielsweise von rechts), begrenzt.
[0053] Vorteile dieser Ausführungsform bestehen einerseits in einer vereinfachten Fertigung einer Schlitzblende mit mehreren Schlitzen (Mehrfachschlitzblende), vorrangig in einer einfachen Konstruktionsweise einer Blende, die zwei zueinander verschiebbare und zumindest einen Schlitz aufweisende Platten umfasst. Die resultierende Blende ist wesentlich leichter, erfordert einen geringeren Materialeinsatz als bekannte Blenden und ist damit leichter zu transportieren und/oder mobil einsetzbar. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Schlitzblende mindestens einen, beispielsweise 3, typischerweise 5 oder mehr strahlungsdurchlässige Schlitze. Ein Vorteil des Vorhandenseins mehrerer Schlitze ergibt sich aus einem verglichen zum Einzelschlitz erweiterten Blickfeld für die Aufnahmen. Dabei wird die Auflösung durch einen schmaleren Spalt auf Kosten der Breite des Blickfeldes verbessert. In Abhängigkeit von der gegebenen Messsituation bzw. Aufgabenstellung kann somit zwischen einer gesteigerten Bildschärfe bei verringerter Schlitzbreite und einer zunehmenden Breite des Blickfelds (Abbildungsbreite) bei vergrößerter Schlitzbreite (weiter Öffnung) gewählt werden.
[0054] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Schlitz der vorgeschlagenen bildgebenden Einrichtung zumindest zwei einander gegenüberliegende Wandungen von zumindest abschnittsweise identischer Form auf. Die besagten beiden Wandungen liegen einander innerhalb des jeweiligen Schlitzblocks gegenüber.
[0055] Vorteilhafterweise formen die beiden Wandungen somit eine abschnittsweise planparallele Umhüllung eines Strahlenbündels, sodass ein auf einer Seite des Schlitzblockes
in den Schlitz eintretendes Strahlenbündel den Schlitzblock auf der anderen, gegenüberliegenden Seite ungeschwächt verlassen kann und ungeschwächt auf den Detektor trifft, wodurch eine hohe Bildgüte erreichbar ist.
[0056] Gemäß weiteren Ausführungsformen wird vorgeschlagen, die Fertigung zumindest eines der beschriebenen Schlitzblöcke mit Hilfe eines alternativen
Herstellungsverfahrens vorzunehmen, wobei das Herstellungsverfahren auf einem 3-D- Druckverfahren beruht. Ein geeignetes 3D-Druckverfahren umfasst typischerweise ein schichtweises Sintern eines feinpartikulären Metallpulvers, beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls, der schichtweise gemäß einem jeweiligen Querschnitt des konzipierten
Schlitzblocks über ein Metallpulverbett geführt wird. Beispielsweise lassen sich bleibasierte Pulver ohne weiteres mittels Sintern zu komplexen räumlichen Gebilden formen. Ein anderes geeignetes 3D-Druckverfahren kann - analog zu etablierten 3D-Schmelz-Druckverfahren mit einem Plastikstrang - mit Hilfe eines Metalldrahtes realisiert werden, z.B. eines Drahtes, der eine bleihaltige Legierung umfasst. 3D-Druckverfahren, die für die Fertigung komplexer räumlicher Strukturen prädestiniert sind, eignen sich besonders für die Herstellung der Schlitze in der Schlitzplatte, die als definierte Hohlräume (Hinterschneidungen) in massivem Material vorliegen. Für beide hier beschriebenen 3D-Druckverfahren kann bezüglich der zum 3D-Drucken nutzbaren Materialien auf Know-how aus dem Fachgebiet der Herstellung von Loten, insbesondere von Lotpasten, und entsprechende Metallpulver aufgebaut werden.
[0057] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
[0058] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile. Dabei zeigt:
Fig. 1A eine gemäß dem Stand der Technik übliche Anordnung einer
Bildaufnahmeeinheit zur Untersuchung eines Objektes mittels
Compton-Rückstreuung über eine„Abtastung mit einem
Bleistiftstrahl"
Fig. 1B das Prinzip der hier verfolgten Abbildung eines Objektes mittels
Compton-Rückstreuung über die Gesamtanstrahlung
(Feldausleuchtung) des untersuchten Objektes
Fig. 2 ein Schema zum Gestaltung eines aus mehreren Materialien
zusammengesetzten Blendenkörpers, ausgehend von einem massiven Blendenkörper; die Zurückfuhrung der Formen verschiedener Schlitzverläufe in einer Mehrfachschlitzblende auf eine gemeinsame Ausgangsform;
Schritte von einer festen Mehrfachschlitzblende zur variabel einstellbaren Version;
Halbblenden in Aufsicht mit einem (von mehreren möglichen) Schlitzverlauf vorne (schwarz) und hinten (grau) in "geschlossener" Stellung (links) und in geöffneter Stellung (rechts);
Halbblenden vereinfachter Form für eine Halterung, in der steiler einfallende Strahlung durch einen entsprechenden Rahmen absorbiert wird. Die geschlossene Stellung der Blenden ist im linken Teilbild dargestellt, die geöffnete Stellung, nach einer entsprechenden
Abwärtsbewegung des rechten Teilkörpers, ist im rechten Teilbild gezeigt; die Verwendung von Konstruktionsmaterialien unterschiedlicher Dichter zur effektiveren Abschirmung im geschlossenen Teil des Strahlengangs; die Aufstellung eines trapezoiden Blendenkörpers mit seiner schmalen Seite zum Objekt, sodass sich die durch die Blende fallenden Strahlen vor der Blende in einer senkrechten Achse kreuzen; eine Seitenansicht eines mechanischen Vortriebs zur
Schlitzbreiteneinstellung einer Mehrfachschlitzblende;
Ansicht von oben auf eine mögliche Montierung einer
Mehrfachschlitzblende in einem Gehäuse, das sich in einer "Bleiburg" mit Bleiziegeln ("Schwalbenschwänzen") einbauen lässt;
Ansicht von unten auf den Antrieb der Schlitzeinstellung mit
Stellrädern, den Achsen des Vortriebgestänges und deren Verbindung über eine in Fig. 10 dargestellte Antriebskette;
Fig. 12 Perspektivische Ansicht einer Schlitzblende für eine Ausführungsform mit verminderter Masse, wobei beispielhaft nur ein Schlitz dargestellt ist.
[0059] Insbesondere zeigt Fig. 1A eine gemäß dem Stand der Technik typischerweise benutzte Anordnung zur Untersuchung eines unbekannten Objektes mittels Compton- Rückstreuung. Von einer als Strahlungsquelle genutzten Röntgenröhre 100 ausgehende Röntgenstrahlung wird durch eine Lochblende 200 auf das zu untersuchende Objekt 300 gerichtet. Die Röntgenstrahlung wird als„Bleistriftstrahl" auf das Objekt 300 gelenkt.
Typischerweise wird das Objekt (vgl. senkrechter Pfeil links in Fig. 1A) mittels
Punktbeleuchtung abgetastet. Von der Oberfläche, ggf. auch aus der Tiefe des Objektes rückgestreute Compton-Strahlung 400 wird von einer Detektionseinheit 500 erfasst und mittels geeigneter Verfahren in Bildinformation umgewandelt (bspw. Mittels
Röntgenfluoreszenz-Folie, Array-Detektor etc.). Eine Abschirmung 600 dient zum Schutz gegen Fremdbelichtung/- Strahlung .
[0060] Im Unterschied dazu kann gemäß dem hier verfolgten Ansatz wie in Fig. 1B übersichtsartig gezeigt, unter Verwendung einer Schlitzblende 220 die vom Objekt rückgestreute Röntgenstrahlung 400 direkt zur Bildgebung verwendet werden. Die
Schlitzblende 220 ist Bestandteil einer Kamera 700, die eine die Detektionseinheit 500 umschließende Abschirmung 600 umfasst.
[0061] In Fig. 2 ist schematisch der Übergang von einem massiven Blendenkörper zu einem aus mehreren Materialien zusammengesetzten Blendenkörper dargestellt. Dabei zeigt das Teilbild a) den Verlauf von drei Schlitzverläufen mit ihrer gemeinsamen Zentralachse (strichpunktierte Linie). Die Umsetzung dieses Konzepts in einem massiven Blendenkörper wurde zuvor beschrieben (EP 2333786 Bl). Erfindungsgemäß muss ein absorbierender Blendenkörper den Strahlengang der hochenergetischen Strahlung durch die gezeichneten Schlitzverläufe nicht auf der gesamten Strecke umschließen, sondern es reichen Teilbereiche wie z.B. in den grau gezeichneten Flächen aus, solange die erforderliche Abschirmdicke erhalten bleibt. Das Teilbild b) zeigt dementsprechend eine Anordnung von Blechen, welche die Schlitzverläufe umschließen, wobei zwischen Blechen benachbarter Schlitzverläufe ein absorbierendes Material hoher Dichte eingelagert ist. Die formgebenden Bleche brauchen selbst nicht so stark absorbieren, wie das zwischen ihnen eingelagerte Material, sodass die Abschirmung durch das zwischen benachbarten Blechen eingelagerte dichtere Material gewährleistet wird.
[0062] Fig. 3 zeigt, wie die Formen verschiedener Schlitzverläufe in einer
Mehrfachschlitzblende auf eine gemeinsame Ausgangsform (Mutterform) zurückgeführt
werden können. Das Teilbild 3a) zeigt zwei übereinander liegende Schlitzverläufe, die auf eine gemeinsame Zentralachse (strichpunktiert, quer zur Strahlrichtung) ausgerichtet sind. Diese Schlitzverläufe können jeweils oben und unten mit einem Metallblech abgedeckt sein, bzw. direkt an ein Metallblech angrenzen. Das Teilbild 3b) zeigt die Überführung des unteren Schlitzverlaufes (dunkler dargestellt) in eine gemeinsame Ebene mit dem oberen durch einfache Linksverschiebung. Die Schlitze umgebenden Wandungen aus einem Blech können somit für alle Schlitzverläufe aus einer gemeinsamen Mutterform hergestellt werden, z.B. indem die Bleche mit ein und derselben Stanze gestanzt werden. Bleche zur Umhüllung der Schlitzverläufe in den einzelnen Lagen können ausgehend von dieser„Urform", die natürlich breiter als die einzelnen Schlitzverläufe ist, sodann durch einfaches Kürzen entsprechend zugeschnitten werden.
[0063] Fig. 4 zeigt schrittweise den Übergang von einer fest eingestellten, bzw. festen Mehrfachschlitzblende zur hier vorgeschlagenen variabel einstellbaren
Mehrfachschlitzblende. Dabei zeigt das Teilbild a) eine Mehrfachschlitzblende im Block, wie sie zuvor in EP 2333786 Blbeschrieben worden ist. Das Teilbild b) zeigt die Unterbrechung eines Schlitzes (oberes Teilbild) etwa in seiner Mitte (unteres Teilbild), wobei der
Strahlengang selbst unbeeinflusst bleibt. Das Teilbild c) zeigt die Aufteilung des massiven Mehrfachschlitzblocks in zwei Halbblenden. Das Teilbild d) illustriert die Verringerung der Blendenmasse. Weitere Erläuterungen hierzu werden bei der Beschreibung der Fign. 5 und 6 gegeben.
[0064] Fig. 5 zeigt die beiden Halbblenden aus Fig. 4c in Aufsicht mit einem von mehreren möglichen Schlitzverläufen. Im linken Teilbild ist der Schlitzverlauf einer geschlossenen Blende im Bildvordergrund schwarz gezeichnet, während sein vom
Blendenkörper verdeckter hinterer Teil (im Bildhintergrund) grau dargestellt ist. Der verschlossene Zustand der Blende wird dadurch verdeutlicht, dass die von links oben nach rechts unten verlaufende grau punktierte Line längs der Oberseite des Schlitzes im linken Schlitzblock und entlang der Unterseite des korrespondierenden Schlitzes im rechten
Schlitzblock verläuft. Ein direkter Strahlendurchtritt durch die Blende ist somit nicht möglich, die Blende ist geschlossen. Jeder Strahl durch den Innenraum des Schlitzes in einem der beiden als Schlitzblöcke ausgeführten Teilkörper wird vom anderen Teilkörper, bzw. dem korrespondierenden zweiten Schlitzblock blockiert. Im rechten Teilbild ist die Blende in geöffneter Stellung gezeigt, geöffneter Stellung, nachdem der rechte Schlitzblock um ca. eine Spaltenbreite nach unten bewegt wurde. Die erforderliche Abschirmung in geschlossenem Zustand der Blende erfolgt nur durch die Schichtdicke eines der beiden Schlitzblöcke. Dieser Aspekt wird in der folgenden Fig. 6 weiterverfolgt.
[0065] Insbesondere zeigt Fig. 6 zwei Halbblenden in vereinfachter Form, vorgesehen für
Halterungen, in denen steiler einfallende Strahlung durch einen entsprechenden Rahmen der Halterung absorbiert werden kann. Die geschlossene Stellung ist im linken Teilbild dargestellt, die geöffnete Stellung im rechten Teilbild ergibt sich nach einer entsprechenden Abwärtsbewegung des rechten Teilkörpers. Die Abschirmschicht der jeweils
weggenommenen Teile der Halbblenden kann in die Halterung verlagert werden, die auf jeden Fall in den Bereichen außerhalb der Blendenkörper auch die Abschirmfunktion übernimmt.
[0066] Fig. 7 illustriert die Verwendung unterschiedlich dichter Materialien für eine effektivere Abschirmung im geschlossenen Teil des Strahlengangs der vorgeschlagenen Blende. Die Darstellungen der geschlossenen (links) und der offenen Blendenstellung (rechts) aus Fig. 5 sind mit den durchtretenden und absorbierten Strahlen und jenen Teilen ergänzt, die vorteilhaft aus dichterem Material gefertigt sein können (vgl. Fig. 8, schraffierte Bereiche längs der Schlitzöffnungen). Bei geschlossener Stellung (links) gelangen die Strahlen durch den ersten Schlitzblock (erste Teilblende) und werden erst im zweiten Schlitzblock absorbiert. Zudem steht nur der Teil des ersten Schlitzblocks zur Strahlenabsorption zur Verfügung, der sich in linearer Richtung vor dem Schlitz im zweiten befindet. Diese Teile der Blendenkörper sind grau hervorgehoben. Sie können aus dichterem Material zum Ausgleich der fehlenden Schichtdicken gefertigt werden. Während die Blendenkörper aus Kupfer oder Messing bestehen können, kann als dichteres Material z.B. Wolfram dienen. Das rechte Teilbild zeigt die Blende in (vollständig) geöffneter Stellung mit den durchtretenden Strahlen
( strichpunktiert) .
[0067] Während in den vorstehenden Figuren das abzubildende Objekt typischerweise hinter der Blende angeordnet ist, zeigt Fig. 8 eine Anordnung der Blende zum Objekt, bei der das Objekt vor der Blende steht, sich die Abbildungsebene somit hinter der Blende befindet: Dargestellt ist also der Strahlenverlauf durch die trapezoide Schlitzblende bei„umgekehrter" Aufstellung. Die Blende ist hier mit ihrer schmalen Seite zum Objekt hin ausgerichtet, so dass sich die Strahlen vor der Blende in einer senkrechten Achse kreuzen. Diese Anordnung bringt gezielt für Mehrfachschlitz-Arrangements Vorteile und wurde speziell erdacht, um
bestehende Nachteile einer streng parallelen Schlitz-Anordnung (vgl. die in den Absätzen [0003] und [0052] zitierten Druckschriften) auszugleichen. In Fig. 8 ist nur ein Schlitz von mehreren übereinander angeordneten Schlitzen gezeigt. Eine zeichnerische Darstellung der in der Blende angeordneten mehreren Schlitze läuft Gefahr, unübersichtlich und somit unverständlich zu werden, deshalb die hier gezeigte Auswahl von nur einem Schlitz. Diese Auswahl stellt jedoch ausdrücklich keinen Verzicht auf eine Ausführungsform mit typischerweise mehreren übereinander angeordneten Schlitzen dar. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst die hier vorgeschlagene Schlitzblende mindestens einen, beispielsweise 3, typischerweise 5 oder mehr, beispielsweise 7, 8 oder 9 Schlitze.
[0068] Der ursprüngliche Zweck der trapezoiden Schlitzblendenform war die Vergrößerung des Blickwinkels (EP 2 333 786 B 1, PCT WO 2011/069770 AI). Somit ergab sich eine Lage der Bildebene vor dem Schnittpunkt der Schenkelverlängerungen der
Trapezform. In der nun vorgeschlagenen Form wird ein anderer Zweck verfolgt. Nachdem sich bei einer Mehrfachanordnung paralleler Schlitze, d.h. enger Anordnung nicht trapezoid geformter breiter Schlitze, eine Überlagerung von Parallelbildern feststellen ließ (DE10 2008 025 109 AI, EP 2 124 231 A2), wird nun zur Behebung dieses Mangels die trapezoide Form in der hier gezeigten Anordnung vorgeschlagen. Die verlängerten Schenkel der trapezoiden Grundform treffen sich auf der dem Objekt zugewandten Seite der Blende und formen dort eine zweite„Brennachse", die senkrecht zur ersten innerhalb der Blende liegt. Somit wird vermieden, dass parallel auf den Blendenkörper treffende Strahlen gleichzeitig durch benachbarte Schlitze auf die Bildfläche treffen können. Dadurch wird die Bildgüte wesentlich verbessert, da die störende Überlagerung von Parallelbildern vermieden wird.
[0069] Im oberen Teil ist die Blende in der Aufsicht (von oben) zu sehen. Mit einer kurz gestrichelten Linie ist die Mittelachse, mit einer lang gestrichelten Linie der äußerste laterale Strahlenverlauf gezeigt. Mit einer strichpunktierten Linie, die durch den Blendenkörper verläuft, ist die sich ergebende gemeinsame Schnittachse aller Strahlen gezeigt, die durch den Blendenschlitz gelangen. Auf Grund der Trapezform des Blendenkörpers ergibt sich vor der Blende eine zweite Schnittachse senkrecht dazu, die hier als fetter Punkt dargestellt ist, und die senkrecht zur Bildebene verläuft.
[0070] Die strichpunktierte Linie durch diesen Punkt bildet die Verbindung zum unteren Teilbild, das eine perspektivische Seitenansicht des Blendenkörpers zeigt. Es gilt die gleiche Achsenkennzeichnung wie zuvor, der Fluchtpunkt ist durch die hauchdünn gestrichelten Strahlen angedeutet. Aus Gründen der Vereinfachung ist im unteren Teilbild nur der untere Teil des Blendenkörpers dargestellt. Die äußersten lateralen Strahlen verlaufen an den Kanten dieses Körpers und schneiden die strichpunktierte Schnittachse vor der Blende in der Weise, wie im oberen Teilbild (in der Aufsicht) dargestellt. Danach laufen sie wieder auseinander. Somit sind im Strahlenverlauf zwei Schnittachsen vorhanden (mit strichpunktiert
ausgeführten Linien dargestellt), eine im Schlitz der Blende und eine Weitere senkrecht dazu davor.
[0071] Ein Vorteil dieser Ausführungsformen besteht darin, dass auf Grund der quasi parallelen Schlitze entstehende und einander überlagernde Mehrfachbilder vermieden werden. Für eine Abbildung des Objekts muss jedoch der Abstand des Objekts zur Blende
(Objektabstand) deutlich größer sein als der Abstand der senkrechten Schnittachse zur Blende. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Objektabstand beispielsweise mindestens das 1, 5 -fache, bevorzugt das Doppelte oder ein Mehrfaches des Abstands der
senkrechten Schnittachse zu der zum Objekt ausgerichteten Seite des Schlitzblocks (Blende).
[0072] Gemäß bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Einstellung der Blende mit Hilfe eines mechanischen Vortriebs, beispielsweise mit Hilfe eines elektrisch betriebenen Antriebs. Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht eines mechanischen Vortriebs zur
Schlitzbreiteneinstellung einer Mehrfachschlitzblende. Hier ist eine vereinfachte Form von Teilblenden dargestellt, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind. Jedoch können mehr Schlitze nach oben und nach unten angebracht werden.
[0073] Fig. 10 zeigt eine Aufsicht, bzw. Ansicht von oben, auf eine mögliche Montierung einer Mehrfachschlitzblende in einem Gehäuse, das sich ohne weiteres in einer üblichen Abschirmung („Bleiburg") einbauen lässt, die aus einzelnen Bleiziegeln, sogenannten „Schwalbenschwänzen", zusammengesetzt ist. Eine gegenläufige Bewegung der Teilblenden lässt sich beispielsweise durch entgegengesetzte Schraubgewinde in den Vortriebsstangen erreichen.
[0074] Schließlich zeigt Fig. 11 eine Ansicht von unten auf den Antrieb der
Schlitzeinstellung mit Stellrädern, die Achsen des Vortriebgestänges und deren Verbindung über eine Antriebskette.
[0075] Hier, wie in allen Fign. 9 bis 11 bezeichnen die Bezugszeichen die folgenden Bauteile:
1 vordere Teilblende in Blickrichtung auf das Einstellrad zur
Schlitzbreiteneinstellung;
2 hintere Teilblende;
3 Blendenhalterungen mit innenliegenden Gewinden für den Einstellvortrieb, mit entgegengesetzten Gewinden für die jeweiligen Teilblenden;
4 Achsen der Antriebs Stangen für die Einstellung;
5 Zahnräder auf den Achsen der Stangen für den Einstellvortrieb;
6 verbindende Kette zwischen allen Achsen für die Einstellung;
7 großes Zahnrad auf der linken vorderen Achse für die Einstellvortriebsstange als Verbindung zum Einstellrad;
8 Einstellrad;
9 Halterung für das Einstellrad;
10 vordere Abschirmung über der Einstellmechanik, überlappend mit der
eigentlichen Blende;
11 Verbindungsschrauben zwischen Blenden und Halterung, quer zur
Strahlrichtung (um Lecks zu vermeiden);
12 schräg verlaufende Stirnflächen zwischen Blendenkörper und Halterungen zur Vermeidung von Durchtrittsstellen von Strahlung (Leckvermeidung);
13 Teil des Blendengehäuses, hier zum Einbau in ein experimentelles
Gesamtgehäuse für eine Kamera mit Bleiziegeln gestaltet.
[0076] In Fig. 12 ist - am Beispiel nur eines Schlitzes - eine Bauform der bildgebenden Einrichtung mit verminderter Masse dargestellt. Die Dicke (Materialstärke) der beiden Schlitzblöcke ist reduziert (vgl. Pfeile im linken Teil des Bildes), woraus eine Massereduktion der gesamten Vorrichtung erwächst. Eine geeignete Materialkombination umfasst zwei unterschiedliche Materialien. Eines für ein den Schlitz entlang der Strahlbündelrichtung unmittelbar begrenzendes (dickes) Blech ist ein stärker absorbierendes erstes Material, das die Funktion einer„Sperrschicht" erfüllt. Diese Sperrschicht ist in Fig. 7 schraffiert gezeichnet. Der verbleibende und überwiegende Teil der Schlitzblöcke wird von einem zweiten schwächer absorbierenden zweiten Material gebildet. Es bildet den überwiegenden Teil der Schlitzblende„Blendenkörper" und begrenzt den Schlitz einseitig, auf jener Seite, die der Sperrschicht des stärker absorbierenden Materials gegenüberliegt. Die Sperrschicht kann beispielsweise Wolfram umfassen, während als Blendenkörper Kupfer, Messing oder Bronze ausgewählt sind. In der Figur bezeichnet eine gestrichelte Linienführung die ursprüngliche Schlitzblende mit voller Wanddicke, während die Reduktion der Wanddicke mit dicken, durchgehenden Linien eingezeichnet ist. Die Pfeile in der Ebene (linke Bildhälfte) zeigen die vorgenommene Verringerung der Wanddicke an, die senkrechten Pfeile (rechte Bildhälfte) sollen verdeutlichen, dass der Schlitz in der Darstellung zur besseren Visualisierung auseinander gezogen ist, im Betriebszustand jedoch wesentlich enger ist.
[0077] Oben wurde bereits eine Bauform der bildgebenden Einrichtung beschrieben, die für eine hochenergetische Strahlung im Bereich bis 300 keV angepasst ist: Gegenüber einer bildgebenden Einrichtung, angepasst für einen Bereich hochenergetischer Strahlung um 1 MeV ( 1 MeV + 50 keV) wird dabei nur 1/5 der Abschirmdicke benötigt. Im Falle von
Wolfram als Abschirmmaterial entspricht das einer Verringerung der Wanddicke des ersten und des zweiten Schlitzblockes von 5 cm auf 1 cm. Dadurch wird unabhängig vom
Abschirmmaterial eine Gewichtsreduktion um ca. 80% erreicht, z.B. auf 30 kg von 150 kg. Im Vergleich zu einer alternativ möglichen maßstäblichen Verkleinerung der Blende bleibt hierbei die Breite der Schlitzblende (220) erhalten (vgl. Fig. 12). Es wird nur die Wanddicke reduziert, wobei die Gesamtaufnahmegeometrie aus der dickwandigen Ausführung prinzipiell beibehalten ist. Mit der leichteren Bauform ergibt sich die Möglichkeit, eine bildgebende Einrichtung, umfassend die beschriebene Schlitzblende und einen Detektor, tragbar und somit mobil einsetzbar ausführen zu können. Mit einem geeigneten Tragegestell kann die entsprechende Vorrichtung beispielsweise von einem Bediener getragen, auf das
Untersuchungsobjekt ausgerichtet und bedient werden, sodass ein hochaufgelöstes Bild auch unter komplizierten Mess-Bedingungen erhältlich ist, etwa unter räumlich beengten
Verhältnissen an einem feststehenden Objekt.
[0078] Mit der bekannten Schlitzblendenkamera (DE 10 2005 029 674 B4) wurden erfolgreich mit der Compton-Rückstreuung erfolgreich Gegenstände abgebildet, die mit einer Röntgenröhre angestrahlt wurden (zuletzt vorgestellt auf der ICNDT 2012: N. Wrobel, K. Osterloh, M. Jechow, U. Ewert: X-ray backscattering: Variable Irradiation geometry facilitates new insights (vgl. http://www.ndt.net/article/wcndt2012/papers/282_
wcndtfinal00282.pdf ). Aufgrund der Unabhängigkeit der Arbeitsweise der
Schlitzblendenkamera von der Einstrahlgeometrie mit dem Röntgenstrahler gelangen
Aufnahmen, die mit den herkömmlichen Röntgenrückstreuverfahren bisher nicht möglich waren. Das Rückstreuverhalten einzelner Material schichten im Objekt konnte durch gezielte Einstrahlung gesteuert werden. Somit war es möglich, strahlenpassive Bauelemente als Silhouette vor strahlendem Hintergrund darzustellen.
[0079] In der praktischen Handhabung dieser Schlitzblende gab es im experimentellen Aufbau folgendes Problem: Die Schlitzbreite war variabel gestaltet und konnte per
Mikrometerschraube eingestellt werden. Es zeigte sich jedoch schnell, dass bei großer Öffnung die Bilder zusehends unscharf wurden, bei zu geringer Blendenöffnung jedoch zu wenig Strahlung zum Detektor gelangt, um ein erkennbares Bild zu erhalten. Das bereits erteilte EP 2333786 Bl, das eine Blende mit mehrfachen Schlitzen zur Vergrößerung der abgebildeten Fläche und zur Erhöhung der auf den Bilddetektor fallenden Strahlung beschreibt, sieht keine Verstellbarkeit der Schlitzbreiten vor. Eine mechanische
Vortriebeinrichtung für jeden einzelnen Schlitz wäre unverhältnismäßig aufwändig, da alle Schlitze synchron verstellt werden müssten.
[0080] Vor diesem Hintergrund wird ausgehend von der Erkenntnis, dass die
Schlitzblende nicht zwangsläufig spiegelsymmetrisch in der Strahlrichtung gestaltet sein
muss, die hier beschriebene Mehrfachschlitzblende vorgeschlagen. Es genügt, dass jeder Abbildungsstrahl irgendwo auf seinem Weg zum Bilddetektor so umhüllt wird, als würde er einen Kollimator passieren. Mit anderen Worten, der Blendenkörper mit seiner Strahlen selektierenden Eigenschaft kann sich prinzipiell an jeder Stelle des Strahlengangs befinden. Somit muss die zentrale Achse, durch die alle Schlitzebenen verlaufen, sich nicht
zwangsläufig innerhalb des Blendenkörpers befinden, sondern kann ebenso davor oder dahinter angeordnet sein. Ein veränderter Strahlendurchtritt an dieser Stelle wirkt sich auf alle Schlitze in der Blende aus.
[0081] Somit wird vorgeschlagen, nur eine mechanische Schlitzbreitenverstellung vorzusehen. Die gesamte Blende besteht hernach aus einer vorderen und einer hinteren Teilblende (hier auch als Schlitzblock bezeichnet), wovon eine beweglich und die andere fest eingebaut gestaltet ist. Damit erübrigt sich vorteilhafterweise das Erfordernis an einer Einstellmechanik, die auf jeden einzelnen Schlitz wirkt. Details hierzu sind an Hand der beigefügten Figuren erläutert, insbesondere die Herleitung der vorgeschlagenen Schlitzblende aus der vorbekannten Schlitzblende in Fig. 3, das Funktionsprinzip der neuen Blende in den Fign. 4 bis 7 sowie eine angepasste Antriebsmechanik in den Fign. 8 bis 10.
[0082] Dabei lässt sich zwar nicht vermeiden, dass im abgesperrten Teil des
Strahlengangs die Abschirmung nur durch eine Teilblende, bzw. nur durch einen Schlitzblock erfolgt, jedoch wird dessen Dicke und/oder das Material zumindest eines Teils einer Wandung der die Schlitze umhüllenden Bleche so gewählt, dass seine Ab Schirmwirkung für die vorgesehene Anwendung ausreicht. Insbesondere ist in Fig. 6 gezeigt, dass dieser zunächst nachteilig erscheinende Umstand durch die Verwendung eines dichteren Materials erfolgreich ausgeglichen werden kann. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen umfasst ein Schlitzblock beispielsweise Wolfram, während die übrigen Teile der Blendenkörper Kupfer oder Messing umfassen oder daraus bestehen.
[0083] Die vorgeschlagene Lösung beruht auf der Tatsache, dass die Schlitzblende nicht zwangsläufig spiegelsymmetrisch in der Strahlrichtung gestaltet sein muss. Es genügt, dass jeder Abbildungsstrahl irgendwo auf seinem Weg zum Bilddetektor so umhüllt wird, als würde er einen Kollimator passieren. Mit anderen Worten, der Blendenkörper mit seiner Strahlen selektierenden Eigenschaft kann sich prinzipiell an jeder Stelle des Strahlengangs befinden. Somit muss die zentrale Achse, durch die alle Schlitzebenen verlaufen, sich nicht zwangsläufig innerhalb des Blendenkörpers befinden, sondern davor oder dahinter. Ein veränderter Strahlendurchtritt an dieser Stelle wirkt sich auf alle Schlitze in der Blende aus. Es braucht hier also nur eine mechanische Schlitzbreitenverstellung vorgesehen werden. Die gesamte Blende besteht hernach aus einer vorderen und einer hinteren Teilblende, wovon eine beweglich und die andere fest eingebaut ist. Eine Mechanik, die auf jeden einzelnen Schlitz
wirkt, erübrigt sich damit.
[0084] Zusammenfassend, bestehen erreichte Vorteile der vorgeschlagenen
Ausführungsformen in einer Leichtbauweise einer Blende für Röntgenstrahlung < 400 keV; das Formen der Schlitzblenden aus Blechen anstatt durch Fräsen aus massivem Material; der erleichterten Herstellung zahlreicher Schlitze in einer Mehrfachschlitzblende; der Aufteilung eines Gesamtkörpers in zusammengefügte Bestandteile; einer verbesserten Strahlenausbeute durch das Vorhandensein mehrerer Schlitze; der Verwendung gut formbarer Materialien für das Formen der Schlitze; dem Eingießen von absorbierendem Material zwischen vorgeformte Schlitze; der Möglichkeit der Herstellung aller Schlitze ausgehend von einer (größeren) Ausgangsform und die damit erleichterte Serienherstellung der portable
Mehrfachschlitzblende.
[0085] Weitere Vorteile betreffen bzw. basieren auf der Aufteilung einer massiven Blende in Teilblendenkörper bzw. zueinander verstellbar angeordnete Schlitzblöcke; der einfachen Verstellbarkeit mehrerer Schlitze durch Verschiebung der Teilblendenkörper (Schlitzblöcke) gegeneinander; der Möglichkeit einer erleichterten Anpassung an eine vorhandene Strahlenintensität; einer schärferen Abbildung bei genügender Strahlenintensität; der Bereitstellung einer angepassten Einstellmechanik; einer Gewichtsreduktion bei
Anpassung der Bauform der Mehrfachschlitzblende an niedrigere Strahlenenergien
(Röntgen); der Verwendung unterschiedlich dichter Materialien; der zueinander
selbstähnlichen Gestaltung der Schlitzwände im Überschneidungsbereich; der weiteren Öffnung, welche kürzere Expositionszeiten für eine unverändert hohe Bildgüte zulässt;
[0086] Die vorstehend beschrieben Ausführungsformen sind vorteilhaft geeignet,
1. sowohl von aktiv strahlenden (Gammastrahlung aussendenden) Körpern als auch von unbekannten Untersuchungsobjekten rückgestreute hochenergetische Strahlung zur
Erzeugung eines Bildes zu nutzen, das durch eine einfache Lochblende nicht erfassbar ist,
2. die für die Bildgebung verwendete Abbildungsfläche durch Verwendung von
Mehrfachschlitzen zu vergrößern und durch die Verwendung von Blechen zur
Spaltbegrenzung mit anschließender Füllung der Zwischenräume Schlitzverläufe formen zu können, die eine Überlagerung / Mehrfachbelichtung ausschließen (vgl. Fign. 2, 3);
3. die Einstellbarkeit der Schlitzbreite durch Aufteilung in Teilblöcke (vgl. Fign. 4 bis 6), zu gewährleisten, wobei die Schlitzwand, die in den Strahlengang verschiebbar ist, mit einem dichteren Material verstärkt wird (vgl. Fig. 7);
4. eine mechanische Stellvorrichtung bereitzustellen, die mit einem geeigneten Antrieb gekoppelt, eine zuverlässige Einstellung einer gewünschten Schlitzbreite gewährleistet (vgl. Fign. 9 und 10);
5. durch Wahl geeignet zueinander verkippter Mehrfachschlitze und einer trapezoiden Form des Strahl Verlaufs durch den Blendenkörper, Paralleldurchgänge bzw.
Mehrfachbelichtung bei Verwendung der Mehrfachschlitzblende zuverlässig zu vermeiden, und so eine hohe Abbildungsgüte zu erzielen.
[0087] Es wird also einerseits eine rationelle Leichtbauweise einer
Mehrfachschlitzblende zur Anwendung in der Compton-Rückstreuradiographie bereitgestellt und andererseits eine verstellbare Version einer Mehrfachschlitzblende zur
Belichtungseinstellung in einer Kamera für Abbildungen mit hochenergetischen Strahlen bereitgestellt.
[0088] Zusammenfassend wird eine Schlitzblende vorgeschlagen, insbesondere für eine bildgebende Einrichtung, welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle ausgehende hochenergetische Strahlung, insbesondere Röntgen- und/oder Synchrotronstrahlung, zu begrenzen. Weiterhin wird ein Herstellungsverfahren für diese Mehrfachschlitzblende und ihre Verwendung zur bildgebenden Darstellung eines Prüfkörpers unbekannter stofflicher Zusammensetzung vorgeschlagen. Die Schlitzblende umfasst: einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock, wobei der erste und der zweite Schlitzblock einen
Strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfasst. Der erste und der zweite Schlitzblock sind zueinander so anordenbar, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt - mit anderen Worten: die Blende ist geöffnet. In einer zweiten Position der beiden Blöcke zueinander weist der zumindest eine Schlitz des ersten
Schlitzblocks auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und kann so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringen - mit anderen Worten: die Blende ist geschlossen. Zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung der Blende können die beiden Schlitzblöcke präzise hin und her bewegt werden, sodass eine Abschwächung einer zur Abbildung genutzten Strahlung stufenlos regelbar ist.
[0089] Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende
Erfindung verstanden werden. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.
Claims
Patentansprüche
1. Schlitzblende (220) für eine bildgebende Einrichtung (700), welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (100) ausgehende hochenergetische Strahlung (400), insbesondere Röntgen-, Gamma- und/oder Synchrotronstrahlung, zu begrenzen, umfassend: einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock, wobei der erste und der zweite Schlitzblock einen Strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfasst und der erste und der zweite Schlitzblock zueinander so anordenbar sind, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position, der Schlitz des ersten Schlitzblocks auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt.
2. Schlitzblende gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Position einer
Parallelverschiebung der Schlitze des ersten Schlitzblocks zu jenen des zweiten Schlitzblocks entspricht.
3. Schlitzblende gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein angrenzender
Oberflächenbereich zwischen dem ersten und einem benachbarten zweiten Schlitz des zweiten Schlitzblocks zumindest eine Form aufweist, die sich aus einer Projektion der Querschnittsfläche des ersten Schlitzes des ersten Schlitzblocks auf die dem ersten Schlitzblock zugewandte Oberfläche des zweiten Schlitzblocks ergibt.
4. Schlitzblende gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Schlitz zumindest zwei einander gegenüberliegende Wandungen von zumindest abschnittsweise identischer Form aufweist.
5. Schlitzblende nach Anspruch 4, wobei zumindest eine Wandung ein Blech umfasst.
6. Schlitzblende gemäß Anspruch 5, wobei das Blech ausgewählt ist unter: Aluminium, Bronze, Eisen, Kupfer, Messing, Nickel, Stahl, Titan, Wolfram oder einer Legierung, umfassend zumindest eines der Elemente: AI, Be, Pb, Cu, Cr, Fe, Ni, Sn, Ti, W, Zn.
7. Schlitzblende gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der strahlungsabsorbierende Teil Blei umfasst, das zwischen den Wandungen benachbarter Schlitze angeordnet ist.
8. Schlitzblende gemäß Anspruch 6, wobei eine erste Wandung ein erstes Blech umfasst, das eine höhere Absorptionsfähigkeit für die hochenergetische Strahlung aufweist, als ein Blech, das von einer zweiten Wandung umfasst ist.
9. Schlitzblende gemäß Anspruch 8, wobei eine Dicke und/oder ein Profil des ersten Blechs des Schlitzes im ersten Schlitzblock zumindest eine Dicke und/oder ein Profil des korrespondierenden Schlitzes im zweiten Schlitzblock aufweist, und eine Dicke und/oder ein Profil des zweiten Blechs des Schlitzes im zweiten Schlitzblock zumindest eine Dicke und/oder ein Profil des korrespondierenden Schlitzes im ersten Schlitzblock aufweist.
10. Schlitzblende gemäß den vorstehenden Ansprüchen, wobei zumindest zwei der
Schlitze ein und desselben Schlitzblocks eine identische Querschnittsfläche und/oder Form aufweisen.
11. Schlitzblende gemäß den vorstehenden Ansprüchen, wobei Ebenen, die durch die Schlitze im ersten Schlitzblock definiert sind, einander in einer Linie schneiden, die außerhalb des ersten Schlitzblocks auf einer dem zweiten Schlitzblock zugewandten Seite liegt.
12. Schlitzblende gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Röntgen-,
Gamma- und/oder Synchrotronstrahlung mittels einer einstellbaren Schlitzbreite des zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitzes so anpassbar ist, dass ein zur Erzeugung eines Bildes geeigneter Anteil der hochenergetischen Strahlung durch die Schlitzblende fällt.
13. Schlitzblende gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die hochenergetische Strahlung im Bereich von 50 keV bis 20 MeV, beispielsweise im Bereich 150 keV bis 1000 keV, typischerweise im Bereich 100 keV bis 450 keV liegt.
14. Schlitzblende gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Abschirmdicke der Schlitzblende auf einen Engergiebereich hochenergetischer Strahlung bis 300 keV angepasst ist.
15. Schlitzblende gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Schlitzbreite
zwischen 1mm und 7 mm einstellbar ist.
Herstellungsverfahren für eine in den Ansprüchen 1 bis 15 beschriebene Schlitzblende (220) für hochenergetische Strahlung umfassend:
Formen von zumindest zwei Blechen an einem Ausgangsformkörper;
Gleichbeabstandetes Verbinden von jeweils zwei Blechen miteinander, sodass die miteinander verbundenen Bleche einen Kanal bilden, wobei der Kanal ein erstes offenes Ende und ein diesem gegenüber liegendes zweites offenes Ende aufweist;
Anordnen und Ausrichten des Kanals in einer Gießform;
Füllen der Gießform mit einer bleihaltigen Schmelze derart, dass der Kanal nicht mit der Schmelze gefüllt wird;
Entformen eines in der Gießform erhaltenen Gusskörpers umfassend den Kanal.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 16, weiterhin umfassend: Zurichten des Gusskörpers zu einem Schlitzblock.
18. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend:
Anpassen und Ausrichten eines ersten und eines zweiten Schlitzblocks, sodass in einer ersten Position der in dem ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz sich in genau einem in dem zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position der Schlitz der ersten Schlitzblock auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt.
19. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 18, weiterhin umfassend:
Bereitstellen eines Antriebes für einen allmählichen Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Position, sodass eine resultierende Mächtigkeit eines den ersten und den zweiten Schlitzblock passierenden Strahlenbündels nach Bedarf einstellbar ist.
20. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 19, weiterhin umfassend:
Anordnen einer Bildaufnahmeeinheit auf einer Seite eines Schlitzblockes, sodass ein durch die Schlitzblende fallendes Strahlenbündel auf eine detektierende Fläche der Bildaufnahmeeinheit trifft.
21. Verwendung einer gemäß den Ansprüchen 1 bis 15 beschriebenen Schlitzblende (220) zur bildgebenden Darstellung eines Prüfkörpers mittels Exposition gegenüber hochenergetischer Strahlung, wobei eine Strahlungsquelle hochenergetischer
Strahlung, ein Prüfkörper und die Schlitzblende so angeordnet werden, dass vom Prüfkörper rückgestreute Anteile der hochenergetischen Strahlung durch die
Schlitzblende auf eine Bildaufnahmeeinheit und/oder auf einen Detektor treffen.
22. Bilderzeugungsverfahren zur zerstörungsfreien Materialprüfung eines Objektes (300) mit hochenergetischer Strahlung, insbesondere mit Röntgen-, Gamma- und/oder Synchrotronstrahlung, umfassend:
Bereitstellen einer bildgebenden Einrichtung (700) umfassend eine Schlitzblende (220) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15 und einen Detektor (600);
Anordnen der bildgebenden Einrichtung und des Objektes, sodass vom Objekt ausgehende und/oder rückgestreute hochenergetische Strahlung durch die Schlitzblende auf den Detektor der bildgebenden Einrichtung trifft;
Einstellen einer Schlitzbreite der Schlitzblende der bildgebenden Einrichtung hinsichtlich einer Strahlenintensität, sodass bei der eingestellten Schlitzbreite ein zur Erzeugung eines Bildes geeigneter Anteil der von dem Objekt ausgehenden und/oder rückgestreuten hochenergetischen Strahlung auf den Detektor geleitet wird.
Bilderzeugungsverfahren nach Anspruch 22, wobei das Objekt ein Verbundmaterial umfasst und die zerstörungsfreie Materialprüfung einen Nachweis eines Einschlusses und/oder einer Inhomogenität im Verbundmaterial erlaubt.
Bildgebende Einrichtung (700), umfassend eine Schlitzblende (220) mit zumindest einem strahlungsdurchlässigen Schlitz und einen Detektor (600), wobei eine hochenergetische Strahlung (400), insbesondere Röntgen-, Gamma- und/oder
Synchrotronstrahlung, hinsichtlich einer Strahlenintensität mittels einer einstellbaren Schlitzbreite des zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitzes so anpassbar ist, dass von einem aktiv strahlenden Objekt ausgehende und/oder von einem unbekannten Objekt rückgestreute hochenergetische Strahlung bei der eingestellten Schlitzbreite einen zur Erzeugung eines Bildes geeigneten Anteil der hochenergetischen Strahlung (400) durch die Schlitzblende auf den Detektor leitet, wobei die Schlitzblende einen ersten Schlitzblock und einen zweiten Schlitzblock umfasst, die jeweils einen Strahlungsabsorbierenden Teil und zumindest einen strahlungsdurchlässigen Schlitz umfassen und der erste und der zweite Schlitzblock zueinander so anordenbar sind, dass sich in einer ersten Position der im ersten Schlitzblock angeordnete zumindest eine Schlitz in genau einem im zweiten Schlitzblock angeordneten korrespondierenden Schlitz fortsetzt, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel ungehindert durch den zweiten Schlitzblock tritt, und in einer zweiten Position, der Schlitz des ersten Schlitzblocks auf einen von Schlitzen freien Bereich des zweiten Schlitzblocks weist, sodass ein durch den ersten Schlitz des ersten Schlitzblocks verlaufendes Strahlenbündel auf einen zum korrespondierenden Schlitz benachbarten Bereich des zweiten Schlitzblocks trifft und das Strahlenbündel so den zweiten Schlitzblock nicht durchdringt.
25. Bildgebende Einrichtung nach Anspruch 24, wobei der strahlungsdurchlässige Schlitz zumindest zwei einander gegenüberliegende Wandungen von zumindest
abschnittsweise identischer Form aufweist.
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