RU1804632C

RU1804632C - Устройство дл обнаружени и локализации частиц потока нейтральных частиц

Info

Publication number: RU1804632C
Application number: SU894742253A
Authority: RU
Inventors: Дорион Ирен; Мэтржан Серж; Русев Марио
Original assignee: Шлюмберже Эндюстри
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1993-03-23
Also published as: AU620454B2; BR8905445A; AU4284689A; NO172871B; UA11077A; NO894290L; EP0368694A1; JPH02257557A; CA2001623A1; CZ608889A3; NO894290D0; CN1021849C; CN1042241A; US5038043A; FR2639436A1; NO172871C; FR2639436B1; DK536089A; DK536089D0

Abstract

Использование: обнаружение и локализаци частиц потока нейтральных частиц. Сущность изобретени ; детектор содержит плоский твердый преобразователь, размещенный в касательном падении, сеть проводов усилени зар дов с использованием стимулированной ионизации газа и дорожка накоплени зар дов. Эти дорожки размещаютс в непосредственной близости к преобразователю и имеют с ним один и тот же электрический потенциал. Примен етс при формировании изображений. 5 з.п. ф- лы. 6 ил.

Description

Изобретение относитс , в частности, к устройству дл обнаружени и локализации частиц в потоке нейтральных частиц, излучаемых источником и распростран ющихс в телесном углу ограниченного раскрыва, определенного вокруг среднего направлени ..

. Цель изобретени - увеличение пространственного размещени локализации нейтральных частиц.

Устройство согласно изобретению, предназначенное дл обнаружени и локализации частиц в потоке нейтральных частиц , излучаемых источником и распростран ющихс в телесном углу ограниченного раскрыва. определенного вокруг среднего направлени , и содержащее плоский твердый преобразователь, размещенный в касательном падении относительно этого среднего направлени ; средства усилени и накоплени зар дов, содержащие удлиненные проводники, электрически изолированные друг от друга, по существу параллельные между собой и параллельные

твердому преобразователю, причем твердый преобразователь и средства усилени и накоплени зар дов размещены в камере с ионизируемым газом; проницаемой дл нейтральных частиц, в основном отличаетс тем, что средства усилени и накоплени зар дов выполнены электрически изолированными друг от друга, причем проводники средства усилени зар дов выполнены в виде электропроводных линий, а средства накоплени подсоединены к источнику потенциала с возможностью сообщить этим средствам по тенциал, близкий к потенциалу твердого преобразовател .

Под электрическим потенциалом, близким к потенциалу преобразовател здесь понимаетс электрический потенциал, в известных случа х идентичный потенциалу преобразователю, но в любом случае более близкий к нему, чем к потенциалу средств усилени зар дов. По мере того, какзар -ды, которые усиливаютс путем стимулированной ионизации, вл ютс отрицательными, накопленные зар ды вл ютс положительел

с

оо

g

о со ю

GJ

ными, таким образом, что проводники накоплени зар дов играют роль катодов.

В то врем , как в устройстве по предшествующему уровню техники удаленные проводники накоплени зар дов служат также дл усилени зар дов, в устройстве, согласно изобретению, предусматриваютс полностью отдельные средства усилени и накоплени зар дов.

Это особое расположение позвол ет путем разделени конструктивных напр жений , воздействующих, с одной стороны, на средства усилени зар дов и, с другой стороны , на средства накоплени зар дов, устранить недостатки, ограничивающие разрешающую способность известной системы .

В то врем , как было необходимо подавать на средства усилени зар дов довольно большой потенциал, по отношению к преобразователю, дл получени влени стимулированной ионизации такого, как лавина Таузенда, и дл удерживани на достаточном удалении друг от друга проводимых линий усилени зар дов дл придани созданному электрическому полю распределени , совместимого с использованием влени усклени , это требование наличи минимального рассто ни между этими лини ми непосредственно св зано с ограничением разрешающей способности системы, так как эти линии служат также дл накоплени зар дов, а рассто ние между ними определ ет разрешающую способность системы.

Исключа это требование и позвол уменьшать рассто ние между проводниками накоплени зар дов, изобретение расшир ет возможности разрешающей способности известного устройства до технологических пределов.

Согласно этому способу выполнени устройства , согласно изобретению, средства накоплени зар дов размещают в непосредственной близости, к, по меньшей мере, одной стороне преобразовател и отдел ют от этой последней слоем изол ционного материала .

Согласно другому способу выполнени , твердый преобразователь образован из компланарных элементов, составл ющих указанные проводники накоплени зар дов.

Предпочтительно электропроводные линии, которые размещены в, по меньшей мере, одной плоскости, параллельной плоскости преобразовател , и имеют (кажда ) одно направление, непараллельное направлению рассматриваемых проводников накоплени зар дов.

В случае, когда устройство используетс дл формировани изображений предметов небольшого объема, можно приблизить источник нейтральных частиц к устройству

и, в том случае, преимущественным вл етс такое положение, когда проводник накоплени зар дов, остава сь по-существу параллельными друг к другу, сориентирован таким образом, что их направлени сход т0 с к источнику нейтральных частиц.

Это особое расположение проводников накоплени зар дов, при котором проводники не об зательно, а только приблизительно вл ютс параллельными друг к

5 другу, позвол ет сблизить источник и устройство , исключа проблемы, св занные с параллаксом; само это сближение позвол ет увеличить число частиц, достигающих устройство , следовательно, достичь еще более

0 лучшего контраста полученных изображений; с другой стороны, это расположение позвол ет, независимо от приближени источника , выполн ть детекторы больших размеров и, тем не менее, без эффектов

5 параллакса; таким образом это расположение вл етс , согласно изобретению, очень удобным вследствие того, что, так как проводники накоплени зар дов вл ютс независимыми от линий усилени зар дов,

0 можно выбирать расположение этих проводников без проблем, св занных с распре- делением электрического пол , ответственного за лавины.

Дл промышленного выполнени уст5 ройства, согласно изобретению, изол ционный материал, предпочтительно, содержит листовой полимер, а проводники накоплени зар дов образованы медными дорожками , гравированными на этом листовом

0 полимере.

На фиг. 1 изображен вид спереди системы дл осуществлени способа согласно изобретению; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид в перспективе

5 устройства обнаружени , которое может использоватьс в системе по фиг. 1; фиг. 4 - принципиальна схема, иллюстрирующа способ изобретени и работу устройства по фиг. 3, выполненного согласно первому вы0 полнени ; на фиг. 5 - вид подкомплекта обнаружени устройства по фиг. 3; фиг. 6 - принципиальна схема, аналогична схеме по фиг. 4, иллюстрирующа работу устройства по фиг. 3, выполненного согласно вто5 рому способу выполнени .

На фиг. 1 позицией 1 показан источник нейтральных частиц, например, источник рентгеновских лучей, гамма фотонов или нейтронов. В типичном применении изобретени , источник 1 вл етс источником

рентгеновских лучей, энерги которого составл ет 250-750 кэВ.

Поток частиц, излучаемый этим источником , ограничиваетс , благодар первому коллиматору 2, возбуждающим пучком 3, направленным, в совокупности, к комплекту детекторов 4, установленных на раме 5.

Одна из нескольких пластин 6 из материала , непроницаемого дл излученных нейтральных частиц, например, из свинца, в случае использовани рентгеновских лучей , размещаютс между источником 1 и детекторами 4, в непосредственной близости к этим детекторам, и они снабжены пр моугольными щел ми 7, кажда из которых представл ет собой собственно коллиматор детектора 4.

В возбуждающем пучке 3 предусмотрены средства перемещени , показанные тележкой 8, котора может перемещатьс в направлении, указанном стрелкой 9, увлека за собой рассматриваемый предмет 10 таким образом, что этот предмет, при своем перемещении перемещает пучок 3.

Коллимирующие щели 7 перпендику- л рны направлению перемещени , указанному стрелкой 9.

На фиг. 3 более детально показан один из детекторов 4.

Этот детектор, который может пред- ставл ть собой частное устройство, согласно изобретению, содержит, как это уже описано в вышеупом нутой европейской за вке на патент, камеру 11, проницаемую нейтральными частицами, содержащую газ и комплект обнаружени 12. удерживаемый кронштейнам 13.

Газ может представл ть собой любую газовую смесь с возможностью про влени усилени зар дов путем стимулированной ионизации этого газа, например,по вление влени лавина Таузенда, хорошо известного специалистам; дл этой цели, этот газ может быть смесью 70% аргона и 30% этана , причем последний может вл тьс веще- ством тушени (guencher). Давление этого газа может составл ть, например, около одного бара.

Комплект обнаружени 12, который более детально будет описан со ссылкой на фиг. 4 и 5, имеет, по существу, плоскую форму; он удерживаетс кронштейном 13 дл перехвата, в режиме касательного падени , потока нейтральных частиц, который, проход через предмет 13 и коллимирую- щую щель 7, распростран етс в виде плоского сло 14.

Комплект обнаружени 12 и слоевой поток 14, оба, предпочтительно, вл ютс перпендикул рными плоскости, перпендикул рной пр моугольной щели 7 соответствующего коллиматора.

Как показано на фиг. 3, слоевой поток 14 распростран етс в телесном углу, раскрыв которого ограничиваетс коллимирующей щелью 7, причем этот телесный угол проходит вокруг среднего направлени . 15, которое соответствует траектории одной частицы, проход щей через центр щели 7.

Слоевой поток 14, который проходит в поперечном направлении через часть предмета 10, имеет перпендикул рно своему направлениюраспространени , распределени интенсивности частиц, показывающей вид и толщину материала, что и вл етс функцией комплекта обнаружени 12.

Как показано на фиг. 2, детекторы расположены в шахматном пор дке таким образом , что люба часть предмета 10, облученна возбуждающим пучком 3, наблюдаетс через, по меньшей мере, один детектор,

Кроме уже описанных элементов, каждый детектор 4 снабжен одним клапаном ( не показан на фигуре) дл впуска газа, а также герметичными вводами (не показаны на фигуре) дл возможности подвода к комплекту обнаружени 12 наружного электрического потенциала + У, и дл вывода на наружную сторону камеры электрических сигналов, которые генерируютс этим комплектом и которые показывают распределение интенсивности частиц в слоевом потоке, следовательно, вид и толщину материала , и которые передаютс проводниками 16.

На фиг. 4 показан, более детально, хот и схематически, комплект обнаружени 12.

Такой комплект содержит твердый преобразователь , средства усилени зар дов и средства накоплени зар дов.

Преобразователь принимает форму плоской пластины 17, размещенной в касательном падении по отношению к потоку 14, причем ненулевой угол падени составл ет, например, менее 10 градусов и, предпочтительно , пор дка одного градуса. Этот преобразователь , в случае использовани рентгеновских лучей, представл ет собой танталовую пластину толщиной 50-200 микрон .

Функцией этого преобразовател вл етс генерирование, при падении принимаемого им потока 14 нейтральных частиц, ионизирующих частиц внутри камеры. Траектори одной ионизирующей частицы символически показана на фиг. 4 прерывистой линией Т1.

Средства усилени зар дов содержат, например, электрически проводимые линии 18, предпочтительно выполненные в форме очень тонких проводов, соединенные с наружным потенциальным источником, который поддерживаетс на положительном потенциале +У, причем этот потенциал составл ет , например, пор дка 3000 вольт.

В качестве примера, провода 18 выполнены из нержавеющей стали или из позоло ченного вольфрама; они имеют диаметр 50 микрон и размещены, по меньшей мере, примерно параллельно один относительно других, примерно 2,5 миллиметра друг от друга, в плоскости, по меньшей мере, примерно параллельной преобразователю, и на рассто нии примерно 2 миллиметра от этого преобразовател . Кроме того, их общее направление вл етс поперечным по отношению к среднему направлению 15 распространени нейтральных частиц.

Ионизирующие частицы,такие как частица , котора распростран етс по линии 11, вызывает образование, из молекул газа, содержащегос в камере 11, электрических зар дов, а точнее отрицательно зар женных электронов и положительных ионов.

Электроны, интенсивно привлекаемые электрическими лини ми, соединенные с положительным электрическим потенциалом +У, вызывают, в свою очередь, например , путем лавин, по вление электрических зар дов, из которых все отрицательные зар ды прит гиваютс лини ми 18. Это вление прит гивани отрицательных зар дов этими лини ми символически показано, на фигуре 4, стрелками из сплошных линий такими , как Т2.

Кроме преобразовател и средств усилени зар дов, которые описаны выше, каждый комплект обнаружени 12 содержит, согласно изобретению, средства накоплени зар дов.

Хот выражение средства накоплени зар дов может априори примен тьс дл линии 18, которые накапливают отрицательные зар ды, выражение используетс здесь дл обозначени элементов, отличных от этих линий.

В частности, средства накоплени зар дов содержат дорожки 19, соединенные с уже упом нутыми проводниками 16 или образованными этими проводниками.

Дорожки 19 образованы электрическими проводниками, соединенными с электрическим потенциалом,близким к потенциалу преобразовател , другими словами, с отрицательным потенциалом по отношению к потенциалу +У линий 18. Хот и доведенные до такого же потенциала или до близких

потенциалов, дорожки 19 вл ютс электрически изолированными друг от друга, а также от преобразовател , Хот преобразователь может быть электрически изолированным дл прин ти плавающего электрического потенциала, он, предпочтительно , соединен с потенциалом земли, при этом дорожки 19 также соединены с потенциалом земли, но посредством емкостей та0 ких, как емкости 25.

В этих услови х, эти дорожки, хот и полностью не играющие такую же роль, что и линии 18, ответственные за усиление зар дов , играют идентичную роль этих линий

5 относительно накоплени зар дов и, более конкретно, играют роль катодов; фактически , положительные ионы, созданные вле- ни ми лавины, привлеченные отрицательным потенциалом дорожек 19,

0 накапливаютс этими дорожками: это вление символически показано, на фиг. 4, пунктирными стрелками такими, как ТЗ.

Дорожки 19 располагаютс , например, по меньшей мере, примерно параллельно

5 друг к другу ив плоскости, по меньшей мере, примерно параллельно преобразователю. В примере выполнени , показанном на фиг. 4 и 5, эти дорожки размещаютс в непосредственной близости к каждой стороне преоб0 разовател , на рассто нии от нее примерно 15 микрон. Их общее направление параллельно проекции на преобразователь 17 среднего направлени распространени 15 нейтральных частиц; наконец, эти дорожки

5 распределены одни относительно других в направлении, по существу перпендикул рном этой проекции, на рассто нии, которое может составл ть no-существу менее рассто нию между двум соседними лини ми

0 18 и даже, например, менее одного миллиметра .

Кажда дорожка 19, посредством проводника 16, который проходит через камеру 11, соединена с электронным устройством

5 20, символизирующим усилитель, способный усиливать и измер ть общий зар д, прин тый дорожкой, с которой он св зан.

Кажда дорожка 19 отдельно может соедин тьс с одним электронным устройст0 вом 20, собственным дл этой дорожки, или дорожки 19 могут, посредством само по себе известного уплотнени , по очереди соедин тьс с единым электронным устройством 20, которое, в этом случае, по5 следовательно измер ет зар ды, прин тые на различных дорожках,

Электронные устройства 20 хорошо известны специалистам и здесь излишне их описание. Их функци заключаетс в возможности визуального представлени на

экране и, предпочтительно, хранени в электронной пам ти в соответствующей форме, всех электрических сигналов, соответствующих зар дам, прин тым различными дорожками 19, причем сами эти зар ды показывают вид и толщину материала, через который проход т нейтральные частицы , которые достигают преобразовател 17 в различных его точках согласно направлению линий 18.

Вместо ориентировани дорожек 19 таким образом, чтобы они были строго парал- лельны между собой, одновременно возможно и вл етс преимущественным, согласно изобретению, ориентировать каж- дую из этих дорожек 19 таким образом, чтобы она была направлена к источнику 1. Хот , на практике, такое расположение приводит к отклонению двух соседних дорожек от их строгой параллельности только на очень не- большой угол, например, на одну дес тую градуса, оно позвол ет, без по влени погрешностей параллакса, сблизить детектор 4 и источник 1 и принимать на детекторе, дл одного и того же источника 1, большее количество нейтральных частиц, чем в случае , когда рассто ние между детектором и источником вл етс большим.

Комплект обнаружени 12 может быть выполнен согласно виду, показанному на фиг. 5.

Этот комплект обнаружени 12 образован наслоением, которое, за исключением некоторых деталей, вл етс симметричным по отношению к своему среднему слою, который образован преобразователем 17, Функционально эквивалентные элементы, соответственно расположенные выше и ниже преобразовател в расположении, показанном на фиг. 5, обозначены одними и теми же позици ми, соответственно с буквенными обозначени ми S (верхний) и i (нижний ).

На каждой из сторон преобразовател 17 наклеен, гор чим способом и под давле- нием, с помощью соответствующего пол- имеризующегос кле , один лист 21S, 21 i из изол ционного материала, например, лист материала, продаваемого под маркой кап- тон, толщиной 12 микрон, причем наружна сторона этого листа первоначально покрываетс , известным способом, слоем из меди толщиной 5 микрон.

После наклеивани этого листа, медный слой гравируют, путем фотолитографирова- ни , оставл только пр молинейные дорожки , образующие дорожки 19. Дл большей сности, на фиг. 5, дорожки показаны в меньшем числе (4) и с большей сходимостью в то врем , как, предпочтительно,

они представлены в большом количестве (например, 256), а их сходимость, котора зависит от рассто ни от детектора до источника , практически вл етс намного меньшей.

Противоположные проводники такие, как 16S и 161 вместе соединены с одним и тем же электронным устройством 20.

Над каждой плоскостью дорожек 19 размещаетс вставна рама така , как 22S, 22i. Кажда из этих рам, пр моугольной формы, как и преобразователь 17, обеспечивает двойную функкцию: с одной стороны, она обеспечивает правильное удерживание преобразовател , позвол ющее этому преобразователю сохран ть как можно большую горизонтальность, и с другой стороны, она определ ет пространство , в вертикальном направлении на фиг. 5, между плоскостью дорожек 19 и последующими сло ми элемента обнаружени ,

Кажда рама 22S, 22i имеет толщину, примерно, около 1,5 миллиметра и может быть выполнена либо из эпоксидной смолы со стекловолокном, либо из нержавеющей стали,

Однако, в этом последнем случае, дорожки 19 и рамы 22S и 22i разделены изол ционным материалом, с целью исключени короткого замыкани разных дорожек через эти рамы; кроме того, передний край нижней рамы 22i образован из материала, очень проницаемого дл нейтральных частиц с тем, чтобы не создавать тени на преобразователе .

Над каждой рамой 22S, 221 размещен плоский кронштейн 23S,23i, также принимающий форму пр моугольной рамы и выполненный , например, из эпоксидной смолы со стекловолокном. На стороне каждого из кронштейнов, котора противоположна раме 22S, 221, нат нуты провода 18, которые электрически соединены между собой и с с иточником потенциала +У с наружной стороны камеры 11.

Над каждым кронштейном 22S, 23 размещаетс дополнительный плоский катод 24S, 24i, электрически изолированный от проводов 18, например, посредством соответствующих изолирующих накладок 24р и доведенный до того же самого потенциала, что и преобразователь 17, хот и факультативно , этот дополнительный катод, который позвол ет осуществл ть симметризацию электрического пол вокруг проводов 18, способствует улучшению характеристик.устройства .

Над верхним дополнительным катодом 24S может быть размещена изолирующа пластина 25, позвол юща изолировать

этот катод 24S от кронштейна 13, с которым он жестко св зан; в той степени, 8 которой потенциалы этого катода и этого кронштейна могут выбиратьс равными между собой и потенциалу земли, например, пластина 25 вл етс оптационной.

Наслоение, образованное различными сло ми, показанными на фиг. 5, например, жестко св зано с кронштейном 13 посредством нейлонового винта дл исключени какой-либо передачи электрического потенциала с одного сло на другой.

Хот в примере выполнени , описанном со ссылкой на фиг. 5, упоминаетс о симмет-- ричном монтаже, специалисту пон тно, что детектор, соответствующий этому примеру выполнени , может быть сконструирован с исключением элементов, которые на фиг. 5 показаны либо под преобразователем, либо над ним.

На фиг. 6 схематически показан другой способ выполнени изобретени , по которому преобразователь 17 состоит, например , благодар нарезке танталовой пластины, из компланарных элементов таких , как 17а, 17в, 17с, которые вместе, кроме функции преобразовател , выполн ют функцию дорох.ек накоплени 19,описанных со ссылкой на фиг. 4.

Эти компланарные элементы такие, как 17а, 17в, 17с имеют, следовательно, расположение , описанное дл дорожек 19 по фигурам 4 и 5, вл ютс электрически изолированными между собой, индивидуально соединены с потенциалом земли через емкости такие, как 25 и индивидуально или по очереди, посредством уплотнени , соединены, с по меньшей мере, одной электронной схемой такой, как 20.

Согласно другому примеру выполнени изобретени , по меньшей мере, один из дополнительных катодов таких, как катод 24S, может быть образован плоскостью дорожек накоплени зар дов 19 взамен или в дополнение к дорожкам накоплени , расположенными в непосредственной близости к преобразователю или представленными самим преобразователем.

Claims

Формула изобретени 1. Устройство дл обнаружени и локализации частиц потока нейтральных частиц, испускаемых источником и распростран ющихс под посто нным углом с известной величиной среднего направлени , включающее плоский твердый преобразователь, установленный по касательной к среднему на- правлению распространени частиц, средства усилени и накоплени зар дов,

содержащие проводники, электрически изолированные друг от друга и параллельные друг другу и расположенные в плоскост х, параллельных твердому пробразователю, причем твердый преобразователь и средства усилени и накоплени зар дов размещены в камере с ионизируемым газом, проницаемой дл нейтральных частиц, отличающеес тем, что, с целью увеличени пространственного разрешени локализации нейтральных частиц, средства усилени и накоплени зар дов выполнены электрически изолированными друг от друга , причем проводники средства усилени зар дов выполнены в виде электропроводных линий, а средства накоплени зар дов подсоединены к источнику потенциала с возможностью сообщать этим средствам потенциала,близкий к потенциалу твердого преобразовател .
2. Устройство поп. 1,отличающее- с тем, что средства накоплени зар дов размещены в непосредственной близости, по меньшей мере, к одной стороне преобразовател и отделены от последней слоем

изолирующего материала.
3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с тем, что твердый преобразователь образован компланарными элементами, каждый их которых включает проводники средства накоплени зар дов.
4. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю- щ е е с тем, что электропроводные линии средства усилени размещены дополнительно по меньшей мере в одной плоскости, параллельной плоскости преобразовател , и имеют одно направление, непараллельное направлению проводников средств накоплени зар дов.
5. Устройство по пп. 1-4, о т л и ч а ю- щ е е с тем, что проводники средств накоплени зар дов расположены по направлени м , которые сход тс к источнику нейтральных частиц.
6. Устройство по пп. 1-5, о т л и ч а ю- щ е е с тем, что в качестве изолирующего материала используют полимер в виде пластины , а проводники средств накоплени зар дов выполнен в виде медных дорожек, выгравированных на указанной пластине полимера.

cpuz.2

Фиг.$