KR20190022862A - 픽셀화된 감마 검출기 - Google Patents

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KR20190022862A
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세르게이 이바노비치 돌린스키
브라이언 데이비드 야노프
레나토 구이다
아드리안 이반
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

픽셀화된 감마 검출기는, 종방향 축을 따라 교번하는 신틸레이터 결정체(120) 및 광학 투명 엘리먼트(125)를 가진 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140), 콜리메이터 격막(114)에 의해 분리된 종방향 벽을 가진 콜리메이터 어셈블리(110), 및 제1 광센서(150) 및 제2 광센서(155)를 포함하고, 콜리메이터 격막(114)은 콜리메이터 채널(118)을 형성하기 위해 이격되고, 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)는, 각각의 신틸레이터 결정체(120)가 각각의 콜리메이터 채널(118)에 인접하여 배치되도록, 콜리메이터 어셈블리(110)에 인접하여 배치되고, 각각의 광학 투명 엘리먼트(125)는 각각의 콜리메이터 격막(114)에 인접하여 배치되고, 제1 및 제2 광센서는 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)의 양단부에 각각 접속된다. 또한, 오브젝트의 내부에서의 결함을 검사 및/또는 검출하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

픽셀화된 감마 검출기
계약서 DE-FE0024293 하에 미국 에너지부, 국가 에너지 기술 연구소에서 제공하는 정부 지원을 사용하여 제작되었다.
시추공 케이싱(borehole casing)의 무결성을 검사하기 위한 기기(instrumentation)는 감마선 및 감마 검출기를 사용할 수 있습니다. 일부 구현예에서, 케이싱 밀도, 용접 품질, 보이드(void) 등을 결정하기 위해 x 선 또는 케이싱으로부터 감마선 소스로부터의 방사선이 반사될 수 있다. 종래의 기기는 미리 결정된 길이만큼 분리된 감마선 소스 및 감마선 검출기를 포함하는 프로브 본체(probe body)를 포함할 수 있다. 수집된 데이터는 방사선이 소스로부터 시추공의 벽 구조물(wall formation)로 통과할 때 검출기에서 보이는 응답을 나타낼 수 있다. 일부 방사선은 손실될 것이지만, 일부는 산란되어 다시 검출기로 반사될 것이고, 이 반사된 방사선은 구조물의 특성을 결정하는 데 유용하다.
픽셀화된 감마 검출기는, 종방향 축을 따라 교번하는 신틸레이터 결정체 및 광학 투명 엘리먼트를 가진 신틸레이터 컬럼 어셈블리, 콜리메이터 격막에 의해 분리된 종방향 벽을 가진 콜리메이터 어셈블리, 및 제1 광센서 및 제2 광센서를 포함하고, 콜리메이터 격막은 콜리메이터 채널을 형성하기 위해 이격되고, 신틸레이터 컬럼 어셈블리는, 각각의 신틸레이터 결정체가 각각의 콜리메이터 채널에 인접하여 배치되도록, 콜리메이터 어셈블리에 인접하여 배치되고, 각각의 광학 투명 엘리먼트는 각각의 콜리메이터 격막에 인접하여 배치되고, 제1 및 제2 광센서는 신틸레이터 컬럼 어셈블리의 양단부에 각각 접속된다. 또한, 오브젝트의 내부에서의 결함을 검사 및/또는 검출하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다.
도 1은 실시형태에 따른 픽셀화된 감마 검출기의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 실시형태에 따른 인케이싱된 신틸레이터 컬럼 어셈블리(encased scintillator column assembly)의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 실시형태에 따른 픽셀화된 감마 검출기의 성능을 그래픽으로 도시한다.
도 4는 실시형태에 따른 도 1의 픽셀화된 감마 검출기를 포함하는 검사 시스템을 도시한다.
구현하는 디바이스 및 방법은 최소 수의 광센서(예를 들어, 광전자증배관(photomultiplier tube; PMT), 고체 상태 광전자증배관)를 사용하여 세그먼트화된 검출기 엘리먼트를 제공한다. 구현하는 검출기 엘리먼트는 높은 신호 대 배경 잡음비를 유지하면서 최소 수의 광센서로 다수의 픽셀에 대한 방사선 검출을 제공한다. 구현하는 검출기는 시추공 케이싱에서 후방 산란된 감마선으로부터 각도 및 공간 분해능(spatial resolution)을 얻기 위한 다수의 구멍이 있는 콜리메이터(collimator)를 포함한다. 검출기는 방사선 검출 이벤트를 등록하기 위한 다수의 픽셀을 포함한다.
구현하는 검출기는 최고 200 ℃의 고온 환경에서 사용될 것으로 예상되므로 직접 변환 반도체 검출기가 사용될 수 없다. 구현하는 검출기는 검출된 방사선 이벤트 신호를 고온 광센서에 제공하는 신틸레이터 결정체(scintillator crystal)를 기반으로 하며, 이러한 고온 광센서는 이러한 높은 온도에서 동작할 수 있다.
시추공 및/또는 우물(well) 내의 제한된 공간 때문에, PMT로 구현된 종래의 검출기는 개별 검출기 신틸레이터 픽셀을 판독할 수 없다. 상업적으로 이용가능한 고온 PMT는 판독을 위한 단일 채널만을 갖는다. 실시형태에 따른 검출기는 2개의 PMT를 사용한 다수의 픽셀 판독을 제공할 수 있다. 종래의 접근법은 각각의 신틸레이터 픽셀을 자체의 개별 PMT 및 전용 판독 전자기기에 연결시켰다. 고온 PMT는 크고 부피가 크기 때문에, 종래의 접근법을 구현하는 높은 입도(granularity)(다수의 PMT)를 갖는 검출기를 갖는 것은 비실용적이다. 구현하는 검출기는 두 개의 PMT만을 사용하여 높은 입도와 다수의 검출 픽셀을 달성하고, 이에 따라 고온 애플리케이션에 적합한 실용적인 다운 홀 검출기(down-hole detector)를 제공한다.
실시형태에 따르면, 신틸레이터 및 광학적으로 투명한 스페이서의 스택이 검출기 로드(detector rod)를 형성하도록 조립된다. 구현하는 검출기 로드의 양 단부(opposing end)는 각각의 단일 채널 PMT에 연결된다. 각각의 이벤트에 대해, 2개의 각각의 PMT로부터의 신호 진폭의 비율은 방사선 검출 이벤트를 포착한(captured) 검출기 로드 내의 고유한 신틸레이터 픽셀을 식별하는데 사용될 수 있다. 구현하는 검출기는 비용이 낮을 수 있고, 배경 잡음에 덜 민감하며, 기존의 신틸레이팅 로드(scintillating rod)보다 공간 분해능이 우수하다.
신틸레이터 방사선 검출기는 방사선 양자를 신틸레이션 광으로 변환하기 위한 신틸레이터 물질, 및 신틸레이션 광을 검출하여 신틸레이션 광을 전기 신호로 변환하는 광센서를 필요로 한다. 기본적인 종래 구성에서, 하나의 신틸레이터가 선택적으로 하나의 광센서에 연결될 수 있다. 방사선 양자의 타입, 에너지, 및 검출 시간은 이 기본 구성으로부터 이용가능한 유일한 정보이다. 그러나, 이 구성은 신틸레이터의 민감한 볼륨 내부에서 발생하는 것 이외에 양자 검출 이벤트의 위치에 대한 공간 정보를 제공할 수 없다.
많은 응용분야(예를 들어, 의료용 핵 스캐너, 고 에너지 물리학 및/또는 천체 물리학 연구 장비)는 검출기의 사이즈보다 우수한 공간 분해능을 필요로 한다. 특정 정확도(Δx)로 공간 및 위치 분해능을 얻기 위해, 하나의 광센서에 대한 하나의 신틸레이터의 간단한 구성이, 미리 결정된 방사선 시야(field-of-view)를 커버하기 위해 필요한 만큼, 반복될 수 있다. 본 구현예에서, 개별 신틸레이터 유닛(픽셀)은 약 Δx(공간 분해능)의 사이즈를 갖는다. 이러한 종래의 접근법은 신틸레이터 픽셀 당 하나의 광센서 디바이스 및 그에 연관된 판독 전자 채널을 필요로 하는 오버헤드 단점을 가지며, 이는 큰 시야 애플리케이션에 대해 극히 비용 및 성능면에서 어려움이 된다. 또한, 높은 공간 분해능 애플리케이션의 경우, 수백 및 수천 개의 픽셀이 (대응하는 광센서 및 판독 전자기기와 함께) 필요할 수 있다.
이 오버헤드를 감소시키기 위해, 종래의 신틸레이터 방사선 검출기는, 광센서 및 전자 기기의 수를 감소시키도록, 때로는 하나의 위치 감지형 광센서에 연결되는 다수의 픽셀화된 신틸레이터에 기초한다. 방사선 신틸레이션 이벤트의 위치는 픽셀들 사이에서의 제어된 광 공유 기술을 사용함으로써 미리 결정된 공간 분해능(Δx)으로 디코딩될 수 있다.
신틸레이터 대 광센서 오버헤드(scintillator-to-photosensor overhead)를 줄이기 위한 또 다른 종래의 접근법은 두 개 이상의 광센서와 광학적으로 연결된 모놀리식 신틸레이터를 사용하는 것이다. 이 접근법에서, 신틸레이션 이벤트의 위치는 위치 재구성 알고리즘(예를 들어, 무게 중심 계산)으로 광센서로부터의 정보를 프로세싱함으로써 디코딩될 수 있다. 이 접근법의 예로서, 긴 신틸레이터 결정체는 결정의 말단(end)에 위치한 2개의 광센서와 광학적으로 연결될 수 있다. 제1 광센서(TopPhS) 및 제2 광센서(BottomPhS)로부터 수신된 신호를 사용하는 간단한 알고리즘은 검출기 로드의 장축을 따라 방사선 신틸레이션 이벤트의 상대 위치(x)를 계산할 수 있다(예를 들어, x = (TopPhS-BottomPhS)/(TopPhS+BottomPhS)).
검출기에 입사되는 방사선의 방향을 결정하기 위해, 일부 종래의 검출기는 입사 방사선 플럭스를 형성하기 위해 추가적인 콜리메이팅 구조를 추가한다. 이 콜리메이터 구조는 방사선 흡수/차단 물질(예를 들어, 텅스텐, 납 등)로 만들어질 수 있다. 채널 또는 구멍은 신틸레이션 이벤트의 측정된 위치로부터 검출기에 부딪히는 방사선의 방향을 결정할 수 있도록 시야 내의 방사선에 노출된 상태로 유지된다. 종래의 콜리메이터(통상적으로 핵 의학 단일-광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(single-photon emission computed tomography; SPECT) 시스템에 사용됨)는, 평행-홀(parallel-hole) 콜리메이터, 핀홀 콜리메이터(작은 관심 오브제트의 확대 이미지를 생성할 수 있음), 및 수렴 콜리메이터(이것도 오브젝트를 확대할 수 있음)를 포함한다.
콜리메이터는 모놀리식(monolithic) 신틸레이터 검출기뿐만 아니라 픽셀화(pixelated) 용으로 사용될 수 있다. 콜리메이터가 있는 종래의 검출기 시스템에서, 신틸레이터 물질의 전체 부피는 콜리메이터 격막(collimator septa)을 관통하는 방사선 량에 민감하다. 또한, 방사선은 콜리메이터 흡수체(collimator absorber)에 의해 차단된 시야 밖의 각도로 신틸레이터 물질에 도달할 수 있다. 신틸레이터에 도달하는 이러한 외부 신호는 측정시 배경 잡음의 원인이 된다. 또한, 특정 후방 산란 시스템은 콜리메이터 및 소스 차폐가 미리 결정된 시야 외의 원치 않는 방향 또는 소스 위치로부터 도달하는 방사선 광자의 현저한 투과성을 겪을 수 있는 고활성 방사선 소스를 이용한다.
실시형태에 따르면, 픽셀의 수가 광센서의 수보다 많은 픽셀화된 감마 검출기가 제공된다. 구현하는 검출기는, 요구되는 공간 분해능(Δx)을 만족시키면서 디자인 요구사항이 신틸레이터 볼륨의 작은 부분(small fraction)에만 방사선을 투영하는 콜리메이터 지오메트리(collimator geometry)를 결정하는 패플리케이션에 사용될 수 있다.
구현하는 검출기는, 배경 방사선 광자에 노출된 검출기 부분의 감도를 감소시킴으로써 고 활성 방사선 소스를 사용하는 후방 산란 시스템 애플리케이션에 이점이 있다. 이것은, 측정 신호/잡음 비율을 보존하고 시스템 프로세싱 대역폭보다 낮게 카운트 레이트(count rate)를 감소시킨다. 실시형태에 따르면, 시야 외측의 신틸레이터 영역은, 위치 재구성 및 에너지 측정을 위해 신틸레이션 광이 여전히 광센서로 이동하게 할 수 있는 방사선 감응 물질로 대체된다.
도 1은 실시형태에 따른 픽셀화된 감마 검출기(100)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 픽셀화된 감마 검출기(100)는 대략 평행한 콜리메이터 격막(114)에 의해 분리된 대략 평행 한 종방향 벽(미도시)을 갖는 콜리메이터(110)를 포함하며, 2개의 콜리메이터 격막은 2개의 격막과 종방향 벽 사이의 각각의 콜리메이터 채널(118)을 규정한다. 신틸레이터 결정체(120)는 콜리메이터 채널에 인접하여, 즉 콜리메이터 격막의 그림자가 아닌 곳에 위치한다. 신틸레이터 결정체는 요오드화 나트륨 : 탈륨(Nal : Tl), 루테튬 이트륨, 옥시-오르토실리케이트(Lutetium Yttrium Oxy-orthosilicate; LYSO), 또는 다른 방사선 반응 결정으로 만들어질 수 있다. 이 논의의 목적을 위해, 화살표 A는 픽셀화된 감마 검출기에 입사되는 후방 산란 방사선의 방향을 도시한다.
광학 투명 엘리먼트(125)는 신틸레이터 결정체와 교번되고(alternate) 콜리메이터 격막에 의한 그림자 영역에 위치한다. 이러한 광학 투명 엘리먼트는 입사 방사선 하에서 신틸레이션 광을 발광하지 않는다. 따라서, 종래의 검출기와 달리, 광학 투명 엘리먼트(125)는 콜리메이터 격막을 관통하는 방사선 양자에 민감하지 않기 때문에, 콜리메이터 격막 그림자 영역에서 원하지 않는 배경 방사선이 검출되지 않는다. 광학 투명 엘리먼트는 방사선 하에서의 신틸레이션을 위해 비활성인 물질, 예를 들어, 유리, 아크릴, 광학 에폭시 등으로 만들어질 수 있다. 실시형태에 따르면, 광학 투명 엘리먼트(125) 각각은 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140) 내의 광 분포를 제어하기 위해 상이한 지향성 광학 반사 특성을 가질 수 있다.
도 1은 10개의 신틸레이터 픽셀의 검출기 스택을 가진 픽셀화된 감마 검출기를 도시한다. 구현하는 픽셀화된 감마 검출기는 더 적거나 더 많은 신틸레이터 픽셀을 가질 수 있다는 것이 용이하게 인해되어야 한다.
신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)는 광학적으로 투명하기 때문에, 신틸레이터 결정체(120)에 의해 생성된 신틸레이션 광은, 컬럼 어셈블리를 통해 광센서(150, 155)로 전파될 수 있다. 광센서는 컬럼의 양측 단부에서 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)에 접속된다. 광센서는 신틸레이터 컬럼 어셈블리로부터의 광자를 전기 펄스로 변환한다. 전기 펄스의 타이밍 및 진폭은 상술된 바와 같이 방사선 상호작용의 위치(예를 들어, 상대 위치(x)) 및 신틸레이터에 증착된 에너지에 관한 정보를 제공하도록 프로세싱될 수 있다.
도 2는 실시형태에 따른 인케이싱된 신틸레이터 컬럼 어셈블리(144)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 인케이싱된 신틸레이터 컬럼 어셈블리(144)는 광학 투명 케이싱(160)에 인케이싱된 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)(상술한 바와 같이 광학 투명 엘리먼트(125)와 교번하는 신틸레이터 결정체(120)로 형성됨)를 포함한다. 실시형태에 따르면, 광학 투명 케이싱(160)은 광학 컬럼 어셈블리(140)를 인케이싱하기 위해 인접한 엣지(edge)를 따라 융합된(fused) 투명한 석영(clear quartz)으로 형성될 수 있다. 그러나, 상이한 광학 애플리케이션에 광 가이드로서 사용되는 다른 광학 투명 물질은, 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)를 캡슐화하기 위해 빠질 수 있다(예를 들어, 유기, 광학 투명 에폭시, 광학 액체, 공기, 또는 다른 가스 등). 실시형태에 따르면, 광학 투명 케이싱과 신틸레이터 컬럼 어셈블리의 내부 표면 사이의 임의의 가스는 광학 에폭시로 충전될 수 있다.
도 3은 실시형태에 따른 픽셀화된 감마 검출기(100)의 성능을 그래픽으로 도시한다. 그래프는 검출기 로드(수평 축)를 따라 재구성된 상대 위치(x)에 대한 카운트 레이트(수직 축)를 도시한다. 측정은 개념 증명 구현 픽셀화된 검출기(proof-of-concept embodying pixelated detector)를 사용하여 수행되었다. 도시된 데이터는 10개 픽셀의 스택에서 다섯 번째 픽셀을 조명하기 위해 배치된 펜슬 빔(pencil beam)(후방 산란 방사선을 시뮬레이션함)에 대한 것이다. 이 개념 증명 프로토타입의 신틸레이터 결정체는 방사성 동위 원소 176Lu를 함유한 LYSO로 형성되기 때문에, 9개의 작은 피크가 신호에 존재한다. 이 9개의 작은 피크는 LYSO의 자체 배경 특성 때문에 다른 9개의 픽셀에서 나온 것이다. 자체 배경이 없는 다른 물질(예를 들어, NaI:Tl, BGO(Bismuth germanium oxide), GPS(gadolinium pyrosilicate) 등)로부터의 신틸레이터 결정체의 구현은 이 작은 피크를 갖지 않는다.
실시형태에 따르면, 픽셀화된 감마 검출기는, 활성 픽셀들이 콜리메이터 채널과 정렬되고, 콜리메이터 채널 격막과 정렬된 광학적 투명 물질에 의해 분리되는, 광학적 투명 매체 내에 인케이싱된 픽셀화된 신틸레이터로 형성될 수 있다. 각 픽셀로부터의 광은, 각 광센서에 의해 그리고 활성 픽셀이 검출될 수 있는 양 또는 도착 시간에 의해 검출된다.
도 4는 실시형태에 따른 픽셀화된 감마 검출기(100)를 포함하는 검사 시스템(400)을 도시한다. 검사 정보 및/또는 오브젝트 내부의 결함의 검출을 취득하기 위해; 특히 시추공(borehole), 유정(oil well), 파이프라인 검사, 파이프, 건설 애플리케이션(예를 들어, 건물 및 교량의 구조 요소) 등과 같이 오브젝트의 무결성이 내부에서 쉽게 접근될 수 있을 때 검사 시스템(400)이 적용될 수 있다. 검사 시스템(400)은 전자 통신 네트워크(409)를 통해 시추공 검사 시스템(400)의 다른 콤포넌트와 통신하는 제어 프로세서(405)의 제어하에 동작할 수 있다.
전자 통신 네트워크(409)는, 내부 데이터 버스, 사설 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크, 인터넷, 통합 서비스 디지털 네트워크(integrated services digital network; ISDN), 프레임 릴레이 접속, 폰 라인에 접속되는 모뎀, PSTN(public switched telephone network), 공용 또는 사설 데이터 네트워크, 근거리 통신망(local area network; LAN), 대도시 통신망(metropolitan area network; MAN), 광역 통신망(wide area network; WAN), 유선 또는 무선 네트워크, 로컬, 지역, 또는 글로벌 통신 네트워크, 기업 인트라넷, 전술한 것들의 임의의 조합, 및/또는 임의의 다른 적합한 통신 수단이 되거나, 포함하거나, 일부가 될 수 있다. 여기에 개시된 기술 및 시스템은 네트워크(409)의 특성에 의해 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.
제어 프로세서(405)에 메모리 유닛(407)이 접속된다. 메모리 유닛은 랜덤 액세스 메모리 및/또는 리드 온리 메모리를 포함할 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 메모리로 형성될 수 있다. 제어 프로세서(405)로 하여금 여기에 개시된 방법 및 동작을 제어하게 명령하는 실행가능 명령어가 메모리 유닛(407) 내에 저장될 수 있다.
검사 시스템(400)은, 감마선 또는 x-선(416)을 방출하는 방사선 소스(410)를 포함한다. 방사선 소스(410)는, 바륨, 세슘, 선형 가속기(linear accelerator; LINAC) x-선 소스의 방사성 동위 원소, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이것에 한정되지 않는 감마선 방사선을 방출하는 감마선 소스일 수 있다. 일부 구현예에서, 방사선 소스(410)는 감마선 또는 x-선을 방출하는 원격 방사선 헤드(412)를 포함할 수 있다. 실드(shield)(418)는 방사선 소스(410)로부터의 직접 방사선을 흡수할 수 있다. 실드는 소스로부터의 방사선 방출을 콜리메이팅하거나 제한할 수 있다.
상기한 바와 같이, 픽셀화된 감마 검출기(100)는 개별 콜리메이터 채널(118)을 규정하는 대략 평행한 콜리메이터 격막(114)에 의해 분리된 대략 평행한 종방향 벽을 가진 콜리메이터(110)를 포함할 수 있다. 신틸레이터 결정체(120)는 개별 콜리메이터 채널에 인접하여 배치된다. 광학 투명 엘리먼트(125)는 신틸레이터 결정체와 번갈아 있고 콜리메이터 격막에 의한 그림자 영역에 위치한다. 신틸레이터 결정체(120)에 의해 생성되는 신틸레이션 광은, 컬럼 어셈블리를 통해, 컬럼의 양단부에서 신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)에 접속된 광센서(150, 155)로 전파될 수 있다.
방사선 소스(410), 픽셀화된 감마 검출기(100), 및 실드(418)는 검사될 오브젝트(예를 들어, 시추공, 파이프라인, 파이프 등) 내에 배치된다. 실드(418)는 방사선 소스와 픽셀화된 감마 검출기(100) 사이에 배치될 수 있다. 이 콤포넌트들은 더 큰 면적을 검사하기 위해 오브젝트 내에 종방향 경로를 따라 병진 이동될 수 있다. 실드는 소스로부터의 직접적인 복사를 흡수할 수 있고, 픽셀화된 감마 검출기(100)는 검사 중인 오브젝트로부터 입사 후방 산란 방사선을 수신한다.
신틸레이터 컬럼 어셈블리(140)의 양단부에서의 광센서에 의해 생성되는 펄스(TopPhS 및 BottomPhS)(420, 422)는 스플리터(425, 427)에 의해 2개의 신호로 분리된다. 각 스플리터로부터 출력된 하나의 분리된 신호는 게이트 회로(430)에 제공된다. 각 스플리터로부터 출력된 다른 분리된 신호는 판독 회로(440)에 제공된다.
게이트 회로(430)는, 수신 신호가 미리 결정된 임계 레벨을 초과하는지 여부를 검출하는 판별기(discriminator)(432)(예를 들어, 리딩 엣지 판별기(leading edge discriminator))를 포함할 수 있다. 신호가 임계 레벨보다 높으면, 판별기는 PMT 또는 전자 노이즈로부터의 가짜 펄스를 거부하도록 구성되는 타이밍 일치 회로(434)에 신호를 제공한다. 게이트 생성기(436)는 판독 회로(440)에 제공되는 게이트 신호(438)를 생성한다.
판독 회로(440)에 대한 입력 신호는, TopPhS 신호에 대한 입력 채널 및 BottomPhS 신호에 대한 입력 채널을 갖는 전하 감응형 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital convertor; ADC)(442)에 의해 독립적으로 디지털화된다. ADC의 각각의 입력 채널에서의 펄스는 가짜 펄스를 거부하기 위해 게이트 신호(438)에 의해 게이트 제어된다(gated). 출력 제어기(447)에 의한 광센서로부터의 디지털화된 신호(444, 445)의 비교는 검출기 스택의 2개의 단부 사이의 광 공유의 결정을 가능하게 하고, 차례로 방사선 이벤트의 상대 위치(x)의 측정을 가능하게 한다.
워크스테이션(450)은, 오브젝트의 검사 및/또는 검출 결과(들)를 나타내는 판독 회로 출력 신호(448)를 수신할 수 있다. 워크스테이션은 프로세서(452), 메모리(456), 및 디스플레이 섹션(454)을 포함할 수 있다. 워크스테이션은 검사를 거친 오브젝트의 내부의 무결성의 이미지 데이터를 생성하기 위해 출력 신호(448)를 프로세싱할 수 있다. 이 이미지 데이터는 디스플레이 섹션(모니터, 프린터, 또는 양자를 포함할 수 있음)에 의해 표시되는 그래픽 및/또는 표 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 오브젝트의 결함은 디바이스가 종방향 경로를 가로지르면서 수신된 후방 산란 방사선을 분석함으로써 결정될 수 있다(오브젝트에 결함이 있는 경우 검출기에 도달하는 방사선이 상이함).
특정 하드웨어 및 방법이 여기에 개시되었지만, 임의의 수의 다른 구성이 본 발명의 실시형태에 따라 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 새로운 특징이 도시되고, 설명되고, 지적되었지만, 그 동작에 있어서, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해, 도시된 실시예의 형태 및 세부사항에서의 다양한 생략, 대체, 및 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 일 실시형태에서 다른 실시형태로의 엘리먼트의 대체 또한 완전히 의도되고 고려된다. 본 발명은 첨부된 특허 청구범위 및 그 기재 내용의 균등물에 관해서만 정의된다.

Claims (20)

  1. 픽셀화된 감마 검출기에 있어서,
    신틸레이터 컬럼(scintillator column)의 종방향 축을 따라 교번하는 신틸레이터 결정체 및 광학 투명 엘리먼트를 갖는 신틸레이터 컬럼 어셈블리;
    대략 평행한 종방향 벽 - 상기 종방향 벽은 대략 평행한 콜리메이터 격막(septum)에 의해 분리되고, 상기 콜리메이터 격막은 복수의 콜리메이터 채널을 형성하기 위해 이격됨 - 을 갖는 콜리메이터 어셈블리(collimator assembly); 및
    제1 광센서 및 제2 광센서
    를 포함하고,
    상기 신틸레이터 결정체 각각은 상기 콜리메이터 채널의 대응하는 치수와 대략 동일한 치수의 제1 높이 및 폭을 갖고,
    상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막의 대응하는 치수와 대략 동일한 제2 높이 및 폭을 갖고,
    상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리는, 상기 신틸레이터 결정체 각각이 상기 콜리메이터 채널 각각에 인접하여 배치되도록, 상기 콜리메이터 어셈블리에 인접하여 배치되고, 상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막 각각에 인접하여 배치되고,
    상기 제1 광센서 및 상기 제2 광센서는 각각 상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리의 양단부에 접속되는 것인, 픽셀화된 감마 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    유리, 아크릴, 광학 에폭시, 및 가스 중 적어도 하나로 형성되는 각각의 광학 투명 엘리먼트를 포함하는, 픽셀화된 감마 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    요오드화 나트륨: 탈륨(thallium), 루테튬 옥시-오르토실리케이트(lutetium oxy-orthosilicate), 루테튬 이트륨 옥시-오르토실리케이트(lutetium yttrium oxy-orthosilicate), 비스무스 게르마늄 산화물(bismuth germanium oxide), 세륨 브로마이드(cerium bromide), 란탄 브로마이드(lanthanum bromide), 및 가돌리늄 파이로실리케이트(gadolinium pyrosilicate) 중 적어도 하나로 형성되는 각각의 신틸레이터 결정체를 포함하는, 픽셀화된 감마 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    광학 투명 케이싱(optical transparent casing) 내에 인케이싱된 신틸레이터 컬럼 어셈블리를 포함하는, 픽셀화된 감마 검출기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 투명 케이싱은 투명 석영(clear quartz), 유리, 광학 투명 에폭시, 광학 리퀴드(optical liquid), 및 가스 중 적어도 하나로 형성되는 것인, 픽셀화된 감마 검출기.
  6. 제1항에 있어서,
    각각 상이한 방향의 광학 반사 특성을 갖는 하나 이상의 투명 엘리먼트를 포함하는, 픽셀화된 감마 검출기.
  7. 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템에 있어서,
    방사선 소스, 방사선 실드(radiation shield), 및 픽셀화된 감마 검출기;
    전자 통신 네트워크에 접속되어 상기 전자 통신 네트워크를 통해 상기 방사선 소스 및 상기 픽셀화된 감마 검출기와 통신하는, 제어 프로세서;
    복수의 콜리메이터 채널을 형성하기 위해 이격되는 대략 평행한 콜리메이터 격막(septum)에 의해 분리된 대략 평행한 종방향 벽을 갖는 콜리메이터 어셈블리; 및
    제1 광센서 및 제2 광센서
    를 포함하고,
    상기 방사선 소스, 상기 방사선 실드, 및 상기 픽셀화된 감마 검출기는 상기 오브젝트 내부로 삽입되어 상기 오브젝트의 종방향 축을 따라 병진 이동하도록 구성되고,
    상기 방사선 소스는 감마선 또는 x-선을 방출하도록 구성되고, 상기 실드는 상기 방사선 소스에 근접하여 위치되고 직접 방사선의 일부를 흡수하도록 구성되고,
    상기 픽셀화된 감마 검출기는 상기 오브젝트 내부의 후방 산란 방사선을 수신하도록 구성되고,
    상기 픽셀화된 감마 검출기는 신틸레이터 컬럼의 종방향 축을 따라 교번하는 신틸레이터 결정체 및 광학 투명 엘리먼트를 갖는 신틸레이터 컬럼 어셈블리를 포함하고,
    상기 신틸레이터 결정체 각각은 상기 콜리메이터 채널의 대응하는 치수와 대략 동일한 치수를 갖는 제1 높이 및 폭을 갖고,
    상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막의 대응하는 치수와 대략 동일한 제2 높이 및 폭을 갖고,
    상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리는, 상기 신틸레이터 결정체 각각이 상기 콜리메이터 채널 각각에 인접하여 배치되도록, 상기 콜리메이터 어셈블리에 인접하여 배치되고, 상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막 각각에 인접하여 배치되고,
    상기 제1 광센서 및 상기 제2 광센서는 상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리의 양단부에 각각 접속되고,
    상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리는 광학 투명 케이싱(optical transparent casing) 내에 인케이싱되는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광센서로부터의 제1 신호 출력 및 상기 제2 광센서로부터의 제2 신호 출력을 포함하고,
    상기 제1 신호 출력 및 상기 제2 신호 출력은 각각의 신호 스플리터에 접속되고, 각각의 신호 스플리터는 게이트 회로 및 판독 회로에 출력 신호를 제공하도록 구성되는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판독 회로에 게이트 신호를 제공하도록 구성된 게이트 회로를 포함하는, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 판독 회로는 상기 스플리터의 각각의 출력 신호를 디지털화하도록 구성되는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 판독 회로는 상기 스플리터의 각각의 출력 신호를 디지털화하도록 구성되는 아날로그 디지털 변환기를 포함하고, 상기 각각의 출력 신호의 디지털화는 상기 게이트 신호에 의한 제어 하에서 발생하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 판독 회로는 방사선 이벤트의 상대 위치(x)를 결정하기 위해 상기 각각의 디지털화된 출력 신호를 비교하도록 구성되는 출력 제어기를 포함하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    워크스테이션을 포함하고,
    상기 워크스테이션은,
    상기 판독 회로에 의해 제공되는 방사선 이벤트의 상대 위치(x)의 데이터 및 상기 상대 위치(x)에 기초한 후방 산란 방사선을 분석하고;
    상기 오브젝트 내부에서의 결함을 나타내는 데이터를 디스플레이하도록
    구성되는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 검사 시스템.
  14. 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법에 있어서,
    방사선 소스, 방사선 실드, 및 픽셀화된 감마 검출기를 오브젝트 내부에 삽입하는 단계; 및
    상기 오브젝트의 종방향 축을 따라 상기 방사선 소스, 상기 방사선 실드, 및 상기 픽셀화된 감마 검출기를 병진 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 방사선 소스는 감마선 또는 x-선을 방출하고, 상기 실드는 상기 방사선 소스 근방에 위치되고 직접 방사선의 일부를 흡수하고,
    상기 픽셀화된 감마 검출기는 상기 오브젝트 내부의 후방 산란 방사선을 수신하고,
    상기 픽셀화된 감마 검출기는,
    신틸레이터 컬럼의 종방향 축을 따라 교번하는 신틸레이터 결정체 및 광학 투명 엘리먼트를 갖는 신틸레이터 컬럼 어셈블리;
    대략 평행한 종방향 벽 - 상기 종방향 벽은 대략 평행한 콜리메이터 격막에 의해 분리되고, 상기 콜리메이터 격막은 복수의 콜리메이터 채널을 형성하기 위해 이격됨 - 을 갖는 콜리메이터 어셈블리; 및
    제1 광센서 및 제2 광센서
    를 포함하고,
    상기 신틸레이터 결정체 각각은 상기 콜리메이터 채널의 대응하는 치수와 대략 동일한 치수를 갖는 제1 높이 및 폭을 갖고,
    상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막의 대응하는 치수와 대략 동일한 제2 높이 및 폭을 갖고,
    상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리는, 상기 신틸레이터 결정체 각각이 상기 콜리메이터 채널 각각에 인접하여 배치되도록, 상기 콜리메이터 어셈블리에 인접하여 배치되고, 상기 광학 투명 엘리먼트 각각은 상기 콜리메이터 격막 각각에 인접하여 배치되고,
    상기 제1 광센서 및 상기 제2 광센서는 상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리의 양단부에 각각 접속되고,
    상기 신틸레이터 컬럼 어셈블리는 광학 투명 케이싱(optical transparent casing) 내에 인케이싱되는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광센서는 제1 신호 출력을 제1 신호 스플리터에 제공하고, 상기 제2 광센서는 제2 신호 출력을 제2 신호 스플리터에 제공하고,
    상기 제1 및 제2 신호 스플리터는 각각 게이트 회로 및 판독 회로에 각각의 출력 신호를 제공하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 게이트 회로는 게이트 신호를 상기 판독 회로에 제공하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 판독 회로 내에, 상기 스플리터의 각각의 출력 신호를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 판독 회로 내에, 상기 스플리터의 각각의 출력 신호를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하고, 각각의 출력 신호의 디지털화는 상기 게이트 신호의 제어 하에 발생하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 판독 회로 내에, 후방 산란 방사선의 방사선 이벤트의 상대 위치(x)를 결정하기 위해 각각의 디지털화된 출력 신호를 비교하는 출력 제어기를 포함하는, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    워크스테이션을 포함하고,
    상기 워크스테이션은,
    상기 판독 회로에 의해 제공되는 방사선 이벤트 데이터의 상대 위치(x) 및 결정된 후방 산란 방사선의 상대 위치(x)에 기초한 후방 산란 방사선을 분석하고;
    상기 오브젝트 내부에서의 결함을 나타내는 데이터를 디스플레이하는 것인, 오브젝트 내부의 검사를 위한 방법.
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