RU2119659C1 - Small-angle topography aid - Google Patents
Small-angle topography aid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119659C1 RU2119659C1 RU97101221A RU97101221A RU2119659C1 RU 2119659 C1 RU2119659 C1 RU 2119659C1 RU 97101221 A RU97101221 A RU 97101221A RU 97101221 A RU97101221 A RU 97101221A RU 2119659 C1 RU2119659 C1 RU 2119659C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- collimator
- transparent
- small
- spatial filter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к классу приборов для получения изображения внутренней структуры непрозрачного для видимого света объекта с помощью малоуглового рассеяния рентгеновского или нейтронного излучения. К таким объектам относятся предметы, выполненные из металлов, керамики, стекла, пластиков, а также биологические объекты. The invention relates to a class of devices for obtaining an image of the internal structure of an object opaque to visible light using small-angle scattering of x-ray or neutron radiation. Such objects include objects made of metals, ceramics, glass, plastics, as well as biological objects.
Известные устройства для получения изображения внутренней структуры объекта, как правило, основаны на принципе регистрации распределения интенсивности прошедшего через объект излучения (US, 4651002, G 01 T /161, 17.03.87; US, 4549307, G 03 B 41/16, 22.10.85). Различия в интенсивности в этом случае являются следствием неодинакового поглощения излучения различными частями объекта - это традиционная рентгенография поглощения. Для рентгенографии поглощения рассеянное излучение является паразитным явлением, создающим фон, ухудшающим контрастность изображения и снижающим соотношение сигнал-шум. Большая часть рассеянного излучения, являющаяся некогерентным (комптоновским) рассеянием, не несет информации о структуре объекта, поскольку некогерентное рассеяние распределено статистически равномерно во всем диапазоне углов 4 4π.
Для борьбы с рассеянным излучением было предложено регистрировать его отдельно и вычитать интенсивность рассеянного излучения как фон из суммарного сигнала, полученного при просвечивании объекта (патент US, 4651002). Поскольку картина рассеяния в этом случае измеряется интегрально, авторы не заботятся о точной юстировке взаимного положения коллимационной решетки и решетки фильтра. В связи с этим фильтр выполнен как подвижный элемент, и рассеянное излучение регистрируется при углах, соответствующих комптоновскому рассеянию.Known devices for acquiring images of the internal structure of an object, as a rule, are based on the principle of recording the distribution of the intensity of the radiation transmitted through the object (US, 4651002, G 01 T / 161, 03.17.87; US, 4549307, G 03
To combat scattered radiation, it was proposed to register it separately and subtract the intensity of the scattered radiation as a background from the total signal obtained by scanning the object (US patent, 4651002). Since the scattering pattern in this case is measured integrally, the authors do not care about the exact adjustment of the mutual position of the collimation lattice and the filter lattice. In this regard, the filter is designed as a movable element, and the scattered radiation is detected at angles corresponding to Compton scattering.
В другом патенте (US, 4549307) предложено использовать заслонки, формирующие на изображении объекта участки, в которых регистрируется только фон, то есть только рассеянное излучение. Уровень фона определяется апроксимацией и вычитается из суммарного сигнала поглощения для получения более контрастного изображения, свободного от фона распределения интенсивности излучения, прошедшего через объект (без рассеяния). In another patent (US, 4,549,307), it is proposed to use dampers that form portions in the image of the object in which only the background is recorded, that is, only scattered radiation. The background level is determined by approximation and subtracted from the total absorption signal to obtain a more contrasting image, free from the background of the distribution of the intensity of the radiation transmitted through the object (without scattering).
Как уже упоминалось, в основе описанных выше устройств заложен принцип получения изображения внутренней структуры объекта по распределению интенсивности прошедшего через объект излучения, зависящему от распределения поглощающих свойств объекта. Очевидно, если объект будет содержать вещества, малоразличающиеся по поглощающей способности, то на получаемом изображении участки объекта, содержащие такие вещества, практически не будут отличаться по интенсивности, то есть в результате не удастся получить изображение с требуемым контрастом. Для получения структуры объекта в подобных случаях по всей видимости требуется другой подход, основанный на принципах, отличающихся от рентгенографии поглощения, то есть на другом типе взаимодействия проникающего излучения с веществом. As already mentioned, the devices described above are based on the principle of obtaining an image of the internal structure of an object according to the distribution of the intensity of the radiation transmitted through the object, depending on the distribution of the absorbing properties of the object. Obviously, if the object contains substances that are slightly different in absorption capacity, then on the resulting image the sections of the object containing such substances will practically not differ in intensity, that is, as a result, it will not be possible to obtain an image with the desired contrast. To obtain the structure of the object in such cases, it seems that a different approach is required, based on principles that are different from absorption radiography, that is, on a different type of interaction of penetrating radiation with matter.
В патенте GB, 2299251, G 01 N 23/207, 1996 предложен способ идентификации кристаллических и поликристаллических веществ, основанный на регистрации Брэгговского отражения от кристаллической структуры объекта. Распределение энергетического спектра полихроматического излучения, отраженного под определенным углом от кристаллической структуры вещества, является характерным для этого вещества и позволяет его идентифицировать при использовании имеющейся базы данных. Коллиматор предложенного устройства выполнен таким образом, что позволяет регистрировать энергетический спектр для каждой отдельной точки объекта, через которую проходит излучение. Этот метод предложен для обнаружения взрывчатых веществ при контроле багажа. Однако его применение ограничено детектированием объектов, имеющих кристаллическую и поликристаллическую структуру. In patent GB, 2299251, G 01
В работах (SU, 1402871, G 01 N 23/06, 1987; RU, 2012872, G 01 N 23/02, 1994) описаны устройства для визуализации внутренней структуры объекта, в которых используется эффект преломления рентгеновских лучей на границах областей объекта с различной электронной плотностью, что приводит к отклонению лучей на границах таких областей на углы до трех секунд. В этих работах использовались монокристаллы для коллимации падающего на объект излучения и для фильтрации отклоненного в результате преломления излучения. The works (SU, 1402871, G 01
Недостаток этого метода и устройств на его основе заключается в малой светосиле. Это обусловлено тем, что монокристалл отражает падающее на него излучение по заказу Брэгга. Излучение каждой длины волны отражается под определенным углом в интервале расходимости, равном угловому интервалу отражения Брэгга, которое составляет порядка 10 угловых секунд. Это означает, что из всего излучения, производимого источником, для просвечивания объекта используется менее чем 10-5 его энергии. Отмеченные недостатки удается избежать при использовании устройства (WO 96/17240, G 01 N 23/04, 1996), в котором вместо монокристаллов используются апертурные решетки. Первая решетка, расположенная перед объектом, выполняет роль коллиматора, формирующего падающий на объект поток в виде узких, малорасходящихся пучков. Вторая решетка расположена между объектом и детектором и играет роль фильтра рассеянного излучения. Для обеспечения высокой чувствительности устройства к локальным изменениям преломляющих свойств исследуемого объекта непрозрачные участки решетки коллиматора необходимо делать не более 0,05-0,1 мм шириной. Указанные решетки следует взаимно располагать так, чтобы поток проникающего излучения в отсутствии исследуемого объекта не попадал на детектор. Поскольку объект располагается неподвижно относительно устройства, то расположение и размеры просвечиваемых областей объекта будут определяться частотой расположения детектирующих лучей. Кроме того, размеры коллимационной решетки должны быть таковы, чтобы перекрывать весь объект целиком. Отмеченные выше особенности использования решеток увеличивают стоимость указанного устройства и усложняют его юстировку.The disadvantage of this method and devices based on it is its low aperture ratio. This is due to the fact that the single crystal reflects the radiation incident on it by order of Bragg. The radiation of each wavelength is reflected at a certain angle in the divergence interval equal to the angular Bragg reflection interval, which is about 10 arc seconds. This means that of all the radiation produced by the source, less than 10 -5 of its energy is used to shine through the object. The noted drawbacks can be avoided by using a device (WO 96/17240, G 01
В связи с этим задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для получения внутренней структуры (топографической проекции) объекта более дешевого в изготовлении, простого в эксплуатации и обеспечивающего улучшенное качество изображения. In this regard, the objective of the present invention is to provide a device for obtaining the internal structure (topographic projection) of an object cheaper to manufacture, easy to operate and providing improved image quality.
Для лучшего понимания существа предлагаемого изобретения необходимо иметь в виду, что оно направлено на получение топограммы, представляющей собой картину распределения интенсивности малоуглового когерентного рассеяния излучения. Это распределение ставит в соответствие каждой точке изображения объекта на детекторе дифракционные свойства материала той части объекта, через которую прошел пучок излучения. Изображение в рентгенографии малоуглового рассеяния несет информацию о молекулярной структуре материалов, составляющих объект. For a better understanding of the essence of the invention, it must be borne in mind that it is aimed at obtaining a topogram, which is a picture of the intensity distribution of small-angle coherent radiation scattering. This distribution associates with each point in the image of the object on the detector the diffraction properties of the material of that part of the object through which the radiation beam passed. The image in x-ray small angle scattering carries information about the molecular structure of the materials that make up the object.
Каждое индивидуальное вещество имеет свою уникальную кривую рассеяния, то есть для каждого вещества можно измерить интенсивность малоуглового рассеяния в нескольких точках по углу Ii= I(θi) и построить апроксимированную кривую рассеяния. Чем больше детекторов, то есть чем под большим числом углов измеряется интенсивность рассеянного излучения, тем выше точность апроксимации кривой. Кривые рассеяния для интересующих веществ можно ввести в базу данных. Сравнивая полученную апроксимированную кривую рассеяния с кривыми, имеющимися в базе данных, можно идентифицировать вещество. В реальной ситуации измеренные данные всегда представляют собой суперпозицию нескольких кривых рассеяния от различных областей объекта, через которые проходит пучок излучения, что затрудняет анализ.Each individual substance has its own unique scattering curve, that is, for each substance it is possible to measure the intensity of small-angle scattering at several points along the angle I i = I (θ i ) and construct an approximated scattering curve. The more detectors, that is, the more scattered radiation intensity is measured at a large number of angles, the higher the accuracy of the curve approximation. Scattering curves for the substances of interest can be entered into the database. By comparing the obtained approximated scattering curve with the curves available in the database, a substance can be identified. In a real situation, the measured data always represents a superposition of several scattering curves from various regions of the object through which the radiation beam passes, which complicates the analysis.
Описанные принципы могут быть осуществлены при создании различных вариантов устройств. Первым вариантом устройства, в котором решается поставленная в изобретении задача, является устройство для малоугловой топографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких малорасходящихся пучков, расположенный за объектом пространственный фильтр и позиционно-чувствительный детектор. Коллиматор выполнен в виде регулярной периодической структуры, представляющей собой прозрачные для излучения участки в виде щелей или каналов и чередующиеся с ними непрозрачные участки. Формируемые лучи перекрывают отдельную полосу в проекции объекта. Пространственный фильтр представляет собой подобную коллиматору регулярную периодическую структуру, в которой участки, соответствующие прозрачным участкам коллиматора, выполнены из непрозрачного для проникающего излучения материала так, что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные участки коллиматора. При этом размеры каналов (или щелей) и период структуры коллиматора, а также размеры прозрачных участков пространственного фильтра должны обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе только малоуглового рассеянного излучения. Устройство также оснащено средством перемещения объекта относительно потока проникающего излучения для получения полной проекции объекта на детекторе. The described principles can be implemented when creating various options for devices. The first variant of the device, which solves the problem of the invention, is a device for small-angle topography containing a source of penetrating radiation, a collimator that generates a radiation flux incident on the object in the form of narrow low-diverging beams, a spatial filter and a position-sensitive detector located behind the object. The collimator is made in the form of a regular periodic structure, which is areas that are transparent to radiation in the form of slots or channels and alternating opaque sections with them. The generated rays overlap a separate strip in the projection of the object. The spatial filter is a collimator-like regular periodic structure in which the sections corresponding to the transparent sections of the collimator are made of a material opaque to the penetrating radiation so that the opaque sections of the filter overlap the transparent sections of the collimator. In this case, the dimensions of the channels (or slots) and the period of the collimator structure, as well as the sizes of the transparent sections of the spatial filter, should ensure that only small-angle scattered radiation is recorded on a position-sensitive detector. The device is also equipped with a means of moving the object relative to the flow of penetrating radiation to obtain a full projection of the object on the detector.
В качестве источника может быть использован любой выпускаемый промышленностью источник рентгеновского излучения, обеспечивающий необходимую для просвечивания образца жесткость и интенсивность излучения. Размеры фокусного пятна источника излучения зависят от используемой в данной установке системы коллиматор - пространственный фильтр. Элементы коллиматор - пространственный фильтр являются взаимосвязанными и определяют все рабочие параметры установки. As the source, any x-ray source produced by the industry can be used, which provides the rigidity and intensity of radiation necessary for transmission of the sample. The dimensions of the focal spot of the radiation source depend on the collimator - spatial filter system used in this installation. The elements of the collimator - spatial filter are interrelated and determine all the operating parameters of the installation.
Коллиматор - устройство, которое формирует узкие слаборасходящиеся пучки, просвечивающие образец. Оно представляет собой регулярную периодическую структуру, состоящую из непрозрачных для излучения областей и прозрачных каналов. Форма и расположение каналов могут быть различными: например щели, круглые отверстия, расположенные в гексагональной упаковке и т.д., что определяется характером объектов, исследуемых в данной установке. Общими требованиями, предъявляемыми к коллиматорам, являются следующие: во-первых, линии поверхностей, образующих прозрачные каналы, должны сходиться на фокусном пятне источника с целью увеличения энергоотдачи установки, при это излучение в различные каналы коллиматора может попадать из разных областей фокусного пятна источника (использование мощных широкофокусных источников излучения); во-вторых, коллиматор должен формировать световые лучи шириной и расходимостью γ такой, чтобы иметь возможность регистрировать рассеянное в малоугловом диапазоне излучение для того, чтобы любой рассеянный объектом под малым углом α луч первичного пучка выходил за границы первичного пучка в зоне регистрации; в-третьих, период структуры коллиматора должен быть такой, чтобы соседние лучи не перекрывались друг с другом в плоскости детектора и позволяли регистрировать малые углы вплоть до угла β(α и β- углы, определяющие регистрируемый малоугловой диапазон: α может быть 5 угловых секунд и больше, β - до 1 градуса). A collimator is a device that forms narrow, slightly diverging beams, translucent sample. It is a regular periodic structure consisting of areas opaque to radiation and transparent channels. The shape and location of the channels can be different: for example, slots, round holes located in a hexagonal package, etc., which is determined by the nature of the objects studied in this installation. The general requirements for collimators are as follows: first, the lines of the surfaces forming transparent channels must converge on the focal spot of the source in order to increase the energy efficiency of the installation, while the radiation in different channels of the collimator can come from different areas of the focal spot of the source (use powerful wide-focus radiation sources); secondly, the collimator must generate light rays with a width and divergence γ such that it can detect radiation scattered in the small-angle range so that any beam of the primary beam scattered by the object at a small angle α extends beyond the boundaries of the primary beam in the registration zone; thirdly, the period of the collimator structure should be such that adjacent rays do not overlap with each other in the plane of the detector and allow small angles to be recorded up to the angle β (α and β are the angles defining the recorded small-angle range: α can be 5 arc seconds and more, β - up to 1 degree).
Для выполнения этих требований вход и выход коллиматора должны быть разнесены на расстояние, значительно превышающее поперечные размеры коллиматора. Конструктивно щелевой коллиматор может быть выполнен в виде чередующихся непрозрачных для излучения пластин и зазоров между ними или в виде двух диафрагм - с одной или несколькими щелями на входе и многощелевой на выходе, съюстированных должным образом. Аналогично коллиматор, имеющий прозрачные для излучения каналы с круглой апертурой, может быть выполнен конструктивно в виде капиллярного жгута или двух диафрагм: входной диафрагмы с одним или несколькими отверстиями и выходной - с многими отверстиями. To meet these requirements, the input and output of the collimator must be spaced at a distance significantly greater than the transverse dimensions of the collimator. Structurally, a slit collimator can be made in the form of alternating radiation-opaque plates and gaps between them or in the form of two diaphragms - with one or more slots at the input and multi-slit at the output, properly aligned. Similarly, a collimator having radiation-transparent channels with a round aperture can be made constructively in the form of a capillary bundle or two diaphragms: an input diaphragm with one or more holes and an output diaphragm with many holes.
Для формирования пучков микронной и субмикронной толщины с угловой расходимостью несколько угловых минут возможно использование бесщелевого коллиматора. Принцип работы такого коллиматора основан на эффекте прохождения рентгеновских лучей по границе раздела двух плоских полированных поверхностей пластин при многократном полном внешнем отражении (п.в.о.). Такие коллиматоры обладают высокой светосилой и позволяют получать пучки шириной 1-2 мкм. To form beams of micron and submicron thickness with an angular divergence of several angular minutes, a gapless collimator can be used. The principle of operation of such a collimator is based on the effect of the passage of x-rays along the interface of two flat polished surfaces of the plates at multiple total external reflection (a.p.o.). Such collimators have high aperture and allow to obtain beams with a width of 1-2 microns.
Конструктивно бесщелевой коллиматор представляет собой металлические или стеклянные пластины с полированной поверхностью, сложенные стопкой без зазоров и сжатые со значительным давлением. Длина пластин в направлении распространения рентгеновских лучей должна обеспечивать полное поглощение части пучка, не проходящей по границе раздела пластин (рабочей плоскости). Structurally, the gapless collimator is a metal or glass plate with a polished surface, folded in a stack without gaps and compressed with significant pressure. The length of the plates in the direction of X-ray propagation should ensure complete absorption of the part of the beam that does not pass along the interface of the plates (working plane).
Для идеальных плоских и гладких пластин эффективная ширина канала, по которому распространяются рентгеновские лучи в бесщелевом коллиматоре, определяется глубиной проникновения излучения в среду при п.в.о., составляющей величину от десятков до сотен ангстрем. На практике эта величина зависит от качества полировки и плоскостности пластин и от условий их сжатия. Расходимость пучка 2γ, прошедшего через бесщелевой коллиматор, равна апертурному углу входа коллиматора 2δ, но не может превышать удвоенной величины критического угла п.в.о. 2θ. Апертурный угол входа определяется как
2δ = f/D,
где
f - размер фокуса рентгеновской трубки в направлении, перпендикулярном рабочей плоскости коллиматора;
D - расстояние от фокуса трубки до входа коллиматора.For ideal flat and smooth plates, the effective width of the channel along which X-rays propagate in the gapless collimator is determined by the depth of radiation penetration into the medium at a p.v.o., ranging from tens to hundreds of angstroms. In practice, this value depends on the quality of polishing and flatness of the plates and on the conditions of their compression. The divergence of the 2γ beam passing through the gapless collimator is equal to the aperture angle of the entrance of the collimator 2δ, but cannot exceed twice the critical a.v. 2θ. The aperture entry angle is defined as
2δ = f / D,
Where
f is the size of the focus of the x-ray tube in the direction perpendicular to the working plane of the collimator;
D is the distance from the focus of the tube to the input of the collimator.
Для получения сверхузких (расходимостью менее девяти угловых секунд) рентгеновских пучков высокой интенсивности может быть использован модифицированный бесщелевой коллиматор. Он также состоит из стопки прижатых друг к другу пластин с полированными поверхностями, однако на отражающих полированных поверхностях сделаны неполированные полосы, перпендикулярные ходу рентгеновских лучей и находящиеся от входа и выхода устройства на расстоянии, достаточном для полного поглощения лучей на них. Уменьшение расходимости пучка рентгеновских лучей на выходе такого устройства объясняется тем, что, пройдя по входной границе полированных поверхностей путем многократного п.в. о. , лучи, идущие под большими углами, попадают на неполированные участки стенок и поглощаются на них, так как п.в.о. от неполированных поверхностей не происходит. Лучи же, идущие под малыми углами, достигают выходы коллимирующего устройства, не попадая на неполированные участки. To obtain ultra-narrow (divergence of less than nine arc seconds) high-intensity X-ray beams, a modified gapless collimator can be used. It also consists of a stack of plates pressed against each other with polished surfaces, however, unpolished strips made perpendicular to the course of X-rays and located at a distance sufficient from the input and output of the device to completely absorb the rays on them are made on reflective polished surfaces. The decrease in the divergence of the x-ray beam at the output of such a device is explained by the fact that, having passed along the input boundary of polished surfaces by multiple ae about. , rays traveling at large angles fall on unpolished sections of the walls and are absorbed on them, since a.e. from unpolished surfaces does not occur. Rays going at small angles reach the exits of the collimating device without getting into unpolished areas.
Пространственный фильтр малоуглового излучения является ответной регулярной периодической структурой для коллиматора, т.е. он устроен таким образом, что экранирует прямые лучи, сформированные коллиматором, и пропускает излучение, рассеянное в плоскости объекта под малыми углами в угловом диапазоне от α до β. Конструктивное выполнение пространственного фильтра должно соответствовать используемому коллиматору: для линейного коллиматора пространственный фильтр должен быть выполнен в виде линейного растра, для коллиматора с плотной упаковкой цилиндрических каналов - в виде растра с круглыми отверстиями и гексагональной ячейкой. The spatial small-angle radiation filter is a regular response periodic structure for the collimator, i.e. it is arranged in such a way that it screens the direct rays formed by the collimator and transmits radiation scattered in the plane of the object at small angles in the angular range from α to β. The design of the spatial filter should correspond to the collimator used: for a linear collimator, the spatial filter should be in the form of a linear raster, for a collimator with a tight packing of cylindrical channels, in the form of a raster with round holes and a hexagonal cell.
Коллиматор формирует лучи, высвечивающие отдельные области исследуемого объекта, поэтому для получения целостной картины внутренней структуры объекта необходимо обеспечить его перемещение поперек детектирующих лучей. Таким образом, средство перемещения объекта должно представлять собой устройство, обеспечивающее равномерное перемещение объекта поперек сканирующих лучей со скоростью, достаточной для получения необходимой экспозиции на детектирующем устройстве. The collimator forms rays that highlight individual areas of the object under study, therefore, to obtain a holistic picture of the internal structure of the object, it is necessary to ensure its movement across the detecting rays. Thus, the means of moving the object should be a device that provides uniform movement of the object across the scanning rays with a speed sufficient to obtain the necessary exposure on the detecting device.
Детектирующее устройство представляет собой позиционно-чувствительный датчик рентгеновского излучения, позволяющий регистрировать информацию от всех лучей одновременно. Это может быть ПЗС-устройство, фотодиодная матрица, люминесцентный экран, рентгеновская фотопленка и т.д. Чувствительность детектора определяет требуемую мощность источника излучения и скорость сканирования образца. The detecting device is a position-sensitive x-ray sensor that allows you to register information from all the rays at the same time. This can be a CCD device, a photodiode array, a luminescent screen, an X-ray film, etc. The sensitivity of the detector determines the required power of the radiation source and the scanning speed of the sample.
Сигнал с позиционно-чувствительного детектора поступает в систему обработки информации, после чего на экран монитора выводится изображение объекта, полученное в малоугловом контрасте, затем происходит его сравнение с изображением, полученным в поглощательном контрасте. Для отдельных элементов объекта получают кривую малоуглового рассеяния и идентифицируют ее с имеющимся атласом кривых малоуглового рассеяния различных веществ с целью обнаружения заданного в программе вещества. The signal from the position-sensitive detector enters the information processing system, after which the image of the object obtained in small-angle contrast is displayed on the monitor screen, then it is compared with the image obtained in absorbing contrast. For individual elements of the object, a small-angle scattering curve is obtained and identified with the existing atlas of small-angle scattering curves of various substances in order to detect the substance specified in the program.
Поставленная задача решается еще в одном представленном варианте устройства для малоугловой топографии, содержащего источник проникающего излучения, щелевой коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких, малорасходящихся пучков, и расположенный за объектом регистрирующий пространственный фильтр. Такой пространственный фильтр выполнен из непрозрачных для излучения пластин в виде щелевого растра, в щелях которого размещены регистрирующие элементы. Толщина пластин выбирается таким образом, чтобы исключить влияние первичного излучения, рассеянного в материале детектора, на соседние регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами устанавливается из условия регистрации отдельным детектором излучения, попадающего на него под определенным углом. Размеры каждого регистрирующего элемента должны быть по крайней мере в два раза меньше проекции отдельного луча на плоскость регистрации. Каждый из детекторов соединен с системой обработки информации, позволяющей разделить рассеянное объектом излучение и излучение прямого пучка. Тогда на экране монитора возникают два изображения: одно изображение, соответствующее поглощательному контрасту объекта, другое - малоугловому. The problem is solved in another presented embodiment of the device for small-angle topography, containing a source of penetrating radiation, a slit collimator, which generates a radiation flux incident on the object in the form of narrow, low-dispersing beams, and a spatial filter is located behind the object. Such a spatial filter is made of radiation-opaque plates in the form of a slotted raster, in the slots of which recording elements are placed. The thickness of the plates is selected in such a way as to exclude the influence of the primary radiation scattered in the detector material on neighboring recording elements. The depth and width of the gaps between the plates is established from the condition of registration by a separate detector of radiation incident on it at a certain angle. The dimensions of each recording element should be at least two times smaller than the projection of an individual beam onto the registration plane. Each of the detectors is connected to an information processing system that makes it possible to separate the radiation scattered by the object and radiation from the direct beam. Then two images appear on the monitor screen: one image corresponding to the absorbing contrast of the object, the other to a small-angle one.
Сущность изобретения поясняется следующими фигурами чертежей: на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 показано поперечное сечение одного веерного пучка, который получается в случае выполнения коллиматора из непрозрачного материала с прозрачными участками в виде прорезей; на фиг. 3 изображен коллиматор, представляющий собой блок из непрозрачного материала с прозрачными каналами, каналами, например, с отверстиями; на фиг. 4 показана схема расположения коллиматора и фильтра для веерных пучков; на фиг. 5 - схема устройства, в котором пространственный фильтр выполнен в виде щелевого коллиматора, в щелях которого размещены регистрирующие элементы; на фиг. 6 - схема устройства, в котором прошедшее через объект проникающее излучение преобразуется в световое; на фиг. 7 изображена общая схема установки для контроля багажа; на фиг. 8 - то же, что на фиг. 7, вид по стрелке В. The invention is illustrated by the following figures of drawings: in FIG. 1 shows a schematic diagram of a device; in FIG. 2 shows a cross section of one fan beam, which is obtained when the collimator is made of an opaque material with transparent sections in the form of slits; in FIG. 3 shows a collimator, which is a block of opaque material with transparent channels, channels, for example, with holes; in FIG. 4 shows a layout of a collimator and a filter for fan beams; in FIG. 5 is a diagram of a device in which the spatial filter is made in the form of a slotted collimator, in the slots of which recording elements are placed; in FIG. 6 is a diagram of a device in which penetrating radiation transmitted through an object is converted into light; in FIG. 7 shows a general setup diagram for baggage control; in FIG. 8 is the same as in FIG. 7, view along arrow B.
Как показано на фиг. 1, устройство для малоугловой топографии содержит источник 1 проникающего излучения, например рентгеновскую трубку, и диафрагму 2 с отверстием 3. Часть проникающего излучения 4 вырезается диафрагмой 2 и направляется на исследуемый объект 5. Между исследуемым объектом 5 и диафрагмой 2 расположен коллиматор 6, имеющий чередующиеся прозрачные 7 и непрозрачные 8 для проникающего излучения участки. На пути прошедшего через объект излучения 9 установлен пространственный фильтр 10, выполненный с прозрачными 11 и непрозрачными 12 участками. Задачей пространственного фильтра 10 является выделение рассеянного на малые углы когерентного излучения и поглощение прямого излучения и излучения, рассеянного на большие углы. Коллиматор и пространственный фильтр расположены так, что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные для излучения участки коллиматора, т.е. в отсутствии объекта детектор регистрирует фоновый сигнал интенсивности. При помещении объекта в установку рассеянное объектом под малыми углами излучение создает сигнал на детекторе. As shown in FIG. 1, the device for small-angle topography contains a source of penetrating radiation 1, for example, an x-ray tube, and a diaphragm 2 with a hole 3. A part of the penetrating
Полученная на координатно-чувствительном детекторе 13 картина распределения рассеянного на малые углы излучения несет информацию о структуре объекта и определяется рассеивающей способностью веществ, содержащихся в объекте исследования. Поскольку каждое вещество имеет свою уникальную кривую малоуглового рассеяния, то данный метод позволяет идентифицировать вещество, находящееся в объекте, при сравнении с базой данных. Obtained at the coordinate-
Как видно из фиг. 2, устройство может быть выполнено так, что коллиматор 6 освещает излучением в каждый заданный момент времени только часть (отдельную полосу) объекта 5. Для получения сведений о структуре всего объекта необходимо его просканировать в поле излучения. Сканировать можно либо путем перемещения оптических элементов устройства относительно объекта, либо путем перемещения самого объекта. Поскольку перемещение оптических элементов (коллиматора и фильтра) может сопровождаться их сдвигом относительно друг друга из-за вибраций, то лучше использовать перемещение самого объекта 5. Это перемещение можно осуществить, например, с помощью привода 14 (фиг. 1), качающего шарнирно закрепленный одним концом рычаг 15, связанный шарнирными тягами 16 и 17 соответственно с исследуемым объектом 5 и детектором 13. As can be seen from FIG. 2, the device can be made so that the
Для соблюдения масштаба изображения структуры исследуемого объекта 5, получаемого на детекторе 13, желательно, чтобы синхронные перемещения объекта 5 и детектора 13 были пропорциональны расстоянию соответственно объекта и детектора до диафрагмы 2. To comply with the scale of the image of the structure of the studied
На фиг. 3 показана одна из возможных форм выполнения коллиматора и пространственного фильтра. In FIG. Figure 3 shows one possible embodiment of a collimator and a spatial filter.
Коллиматор 6 выполнен в виде блока 18 из непрозрачного для проникающего излучения материала с прозрачными каналами 19. Оси каналов ориентированы по линиям 20, сходящимся в точке 21, совпадающей с фокусом источника или отверстием 3 диафрагмы 2 (фиг. 1). The
Соответствующий данному коллиматору 6 пространственный фильтр 10 также представляет собой блок 22, только изготовленный из материала, прозрачного для проникающего излучения. Выполненные в блоке 22 каналы 23 заполнены непрозрачным для проникающего излучения материалом, например свинцом, вольфрамом, титаном, оловом и т. д. Оси каналов 23 тоже ориентированы по линиям 20, сходящимся в той же точке 21. The
Описанные здесь блоки 18 и 22 соответственно коллиматора 6 и фильтра 10 могут быть изготовлены стереолитографическим способом. Для изготовления блока 18 коллиматора 6 берут пластину из полимера, являющегося материалом, прозрачным для проникающего излучения, и на ней выполняют наклонные выступы (каналы 19). Далее, все пространство пластины между выступами заполняют непрозрачным для проникающего излучения слоем материала, например порошком вольфрама. The
При изготовлении блока 22 пространственного фильтра 10 в пластине из прозрачного для проникающего излучения полимера выполняют сквозные наклонные каналы 23, которые заполняют непрозрачным для проникающего излучения материалом, например вольфрамом или свинцом. Размеры каналов, в данном случае их диаметр и глубина, период структуры коллиматора (расстояние между каналами коллиматора), а также размеры прозрачных участков блока 22 (пространственного фильтра 10) должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе 13 только излучения, соответствующего малоугловому рассеянию исследуемого объекта 5 (фиг. 1). In the manufacture of the
Еще одна форма выполнения коллиматора и фильтра показана на фиг. 4. В этом варианте реализации изобретения коллиматор 6 выполнен из набора пластин 24, расположенных параллельно друг другу с зазорами 25 и изготовленных из материала, не прозрачного для проникающего излучения, в частности из вольфрама или свинца. Толщину пластин 24 выбирают из условия поглощения проникающего излучения материалом пластины. Длина пластины должна быть такой, чтобы она перекрывала в этом направлении всю проекцию исследуемого объекта. Another embodiment of the collimator and filter is shown in FIG. 4. In this embodiment, the
Пространственный фильтр 10 также выполняется из набора пластин 26, изготовленных из непрозрачного для проникающего излучения материала, например вольфрама или свинца. Зазоры 27 между пластинами образуют прозрачные для излучения щели. The
Толщина пластин 26 фильтра вдоль направления распространения излучения также выбирается из условия поглощения излучения. Длина пластины 26 должна перекрывать поле проекции объекта, а ширина должна быть достаточной для перекрытия прозрачного участка - зазора 25 коллиматора, т.е. все прозрачные участки для проникающего излучения, зазоры 25 коллиматора, должны быть перекрыты поглощающими пластинами 26 пространственного фильтра 10. The thickness of the
При выполнении коллиматора в виде набора пластин можно формировать поток излучения от источника с помощью диафрагмы 28, имеющей один или несколько прозрачных для излучения участков в виде щелей 29. Щели 29 диафрагмы должны быть параллельны зазорам 25 коллиматора и зазорам 27 фильтра. Наличие нескольких щелей в диафрагме 28 позволяет увеличить освещенность исследуемого объекта 5 и повысить скорость сканирования объекта. When the collimator is made in the form of a set of plates, it is possible to form the radiation flux from the source using the
На фиг. 5 представлен вариант устройства, изображенного на фиг. 4, отличающегося исполнением пространственного фильтра 10. In FIG. 5 shows a variant of the device shown in FIG. 4, characterized by the performance of the
Пространственный фильтр 10 выполнен из набора пластин 30, не прозрачных для проникающего излучения, в зазорах между которыми располагаются линейки регистрирующих излучение детекторов 31. Толщина пластин 30 выбирается таким образом, чтобы исключить влияние первичного излучения, рассеянного в материале детектора 31, на соседние регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами выбираются из условия регистрации отдельным детектором излучения, попадающего на него под определенным углом. Тогда регистрация излучения, прошедшего через объект 5 без рассеяния и рассеянного объектом 5 излучения, будет происходить по двум независимым каналам 32 и 33. По каналу 32 регистрируется контраст, возникающий из-за различий коэффициентов поглощения материалов, составляющих объект 5, а по каналу 33 - малоугловой контраст. Полученная информация обрабатывается вычислительным устройством 34, и полученное изображение передается но монитор 35. В результате на экране монитора возникают два изображения внутренней структуры объекта, дополняющие друг друга, в прямом и рассеянном излучении. The
Устройство для малоугловой топографии может иметь и другое выполнение, несколько отличное от представленного на фиг. 1. The small-angle topography device may have another embodiment slightly different from that shown in FIG. one.
Это устройство (фиг. 6) содержит источник 36 проникающего излучения и установленную на пути потока 37 излучения от источника диафрагму 38 с несколькими щелями 39, формирующими поток 40 излучения в направлении объекта 5. Между диафрагмой 38 и объектом 5 размещена диафрагма 41, формирующая множество узких малорасходящихся пучков в направлении исследуемого объекта. За объектом установлен пространственный фильтр 42 в виде набора параллельных пластин 43, зазоры между которыми образуют множество щелей 44. Особенность выполнения этих пластин состоит в том, что на поверхность каждой пластины нанесен люминофор. Пластины 43 фильтра 42 находятся в затененных областях потока 44 проникающего излучения, создаваемых диафрагмой 41, и имеющийся на поверхности пластин 43 люминофор преобразует рассеянное объектом 5 проникающее излучение в световое. This device (Fig. 6) contains a source of penetrating
Световое излучение проходит через оптическую систему в виде вогнутого зеркала 45 и собирающей линзы 46 и регистрируется детектором 47, на котором можно наблюдать распределение интенсивности рассеянного объектом 5 излучения. The light radiation passes through the optical system in the form of a
В итоге удается получить два изображения внутренней структуры исследуемого объекта - на детекторе 47 в рассеянном излучении и на детекторе 48 в прямом, прошедшем без рассеяния через исследуемый объект излучении. Это позволяет иметь более полную информацию о внутренней структуре исследуемого объекта. As a result, it is possible to obtain two images of the internal structure of the object under study - at the
На фиг. 7 и 8 показана возможность использования предложенного устройства в установке для контроля багажа. In FIG. 7 and 8 show the possibility of using the proposed device in the installation for luggage control.
С помощью транспортера 49 исследуемый объект 5 (фиг. 7) перемещается между источником 50 проникающего излучения (например, рентгеновской трубкой) и детектором 51. Рентгеновское излучение проходит через коллиматор 52, который формирует множество узких, малорасходящихся пучков рентгеновского излучения. Полученные пучки проходят через движущийся по транспортеру 49 исследуемый объект 5 и далее - через фильтр 53, задерживающий нерассеянную часть излучения. Рассеянное объектом на малые углы когерентное излучение попадает на детектор 51. В каждый момент времени детектор 51 регистрирует фрагмент изображения внутренней структуры объекта в виде отдельной полосы. Указанные фрагменты запоминаются вычислительным устройством 54, в которое одновременно поступает информация о перемещении исследуемого объекта. Вычислительное устройство 54 связано с выходом детектора 51 и приводом 55 транспортера 49. По двум полученным сигналам (фрагменту внутренней структуры объекта и координате его перемещения) вычислительное устройство синтезирует полное изображение внутренней структуры объекта и передает это изображение на видеомонитор 56. Using a
На фиг. 8 показано взаимное расположение транспортера 49, источника излучения 50, коллиматора 52, пространственного фильтра 53, детектора 51 и исследуемого объекта 5. In FIG. 8 shows the relative position of the
В описанной установке для контроля багажа могут быть использованы различные схемы предлагаемого устройства для малоугловой топографии, показанные на фиг. 4, 5 или 6. In the described baggage control apparatus, various schemes of the small angle topography device of the invention shown in FIG. 4, 5 or 6.
Claims (4)
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101221A RU2119659C1 (en) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | Small-angle topography aid |
| EP98902696A EP0898704A1 (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Inspection equipment using small-angle topography in determining an object's internal structure and composition |
| AU59291/98A AU5929198A (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Inspection equipment using small-angle topography in determining an object's internal structure and composition |
| AU60397/98A AU6039798A (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Device for determining composition and structure of objects |
| CN199898800059A CN1216109A (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Inspection equipment using small-angle topography in determining objects internal structure and composition |
| JP10532140A JP2000512764A (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Inspection apparatus using small-angle topographic method for determining internal structure and composition of object |
| PCT/US1998/001365 WO1998033063A1 (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Device for determining composition and structure of objects |
| PCT/US1998/001299 WO1998033062A1 (en) | 1997-01-24 | 1998-01-23 | Inspection equipment using small-angle topography in determining an object's internal structure and composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101221A RU2119659C1 (en) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | Small-angle topography aid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2119659C1 true RU2119659C1 (en) | 1998-09-27 |
| RU97101221A RU97101221A (en) | 1999-04-10 |
Family
ID=20189372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101221A RU2119659C1 (en) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | Small-angle topography aid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2119659C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2636810C1 (en) * | 2014-03-04 | 2017-11-28 | Тсинхуа Юниверсити | Survey devices, survey methods and survey systems |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0983020A1 (en) | 1997-05-06 | 2000-03-08 | Quanta Vision, Inc. | Tissue analysis apparatus |
-
1997
- 1997-01-24 RU RU97101221A patent/RU2119659C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РСТ, заявка 096/17240, кл. G 01 N 23/04, 1996. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2636810C1 (en) * | 2014-03-04 | 2017-11-28 | Тсинхуа Юниверсити | Survey devices, survey methods and survey systems |
| EP3115773B1 (en) * | 2014-03-04 | 2021-03-03 | Tsinghua University | Inspection device, method and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6054712A (en) | Inspection equipment using small-angle topography in determining an object's internal structure and composition | |
| WO1998033062A1 (en) | Inspection equipment using small-angle topography in determining an object's internal structure and composition | |
| US10466185B2 (en) | X-ray interrogation system using multiple x-ray beams | |
| RU2098797C1 (en) | Method for obtaining object projection by means of penetrating radiation and device for its realization | |
| US5717733A (en) | X-ray and neutron diffractometric imaging of the internal structure of objects | |
| US8041004B2 (en) | X-ray interferometer for phase contrast imaging | |
| US9234856B2 (en) | X-ray apparatus and X-ray measuring method | |
| US8462913B2 (en) | Detection of X-ray scattering | |
| US5805662A (en) | Using deflected penetrating radiation to image an object's internal structure | |
| NL8004375A (en) | RADIATION DETECTOR WITH GREAT RESOLUTION. | |
| GB2266040A (en) | X-ray analysis apparatus | |
| JP2011172900A (en) | X-ray imaging apparatus and x-ray imaging method | |
| US7263161B2 (en) | Analysis device with variably illuminated strip detector | |
| Matsushita et al. | A simultaneous multiple angle-wavelength dispersive X-ray reflectometer using a bent-twisted polychromator crystal | |
| JP4554512B2 (en) | Tomographic energy dispersive X-ray diffractometer with detector and associated collimator array | |
| JPH05264479A (en) | X-ray analyzer | |
| RU2119659C1 (en) | Small-angle topography aid | |
| RU2119660C1 (en) | Gear determining composition and structure of inhomogeneous object ( versions ) | |
| WO1996023210A1 (en) | Using deflected penetrating radiation to image an object's internal structure | |
| JP2685726B2 (en) | X-ray analyzer | |
| JP2001033406A (en) | X-ray phase difference image pickup method and device | |
| JP2002333409A (en) | X-ray stress measuring device | |
| RU2137114C1 (en) | Method of small-angle introscopy and device for its realization ( versions ) | |
| JP4818527B2 (en) | Scattering particle size distribution measuring device | |
| JPH0564311B2 (en) |