RU2168229C1

RU2168229C1 - Device for shaping desired x-radiation spectrum

Info

Publication number: RU2168229C1
Application number: RU99121611/06A
Authority: RU
Inventors: П.И. Плиц; гин А.И. Кор; А.И. Корягин; В.В. Кузьмин; В.Я. Громов; Ю.Л. Булкин; Н.И. Солиднов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Московский радиотехнический завод"
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: roentgenography; structural and spectral analyses, diagnostics, inspections by using roentgen rays. SUBSTANCE: device has X-ray source in the form of X- ray tube, damping system placed between X-ray tube and object being analyzed and set in rotary motion by means of motor, and X-radiation detector mounted behind object being analyzed. Damping system is made in the form of filter- shutter that has hollow cylindrical case made of light-weight material. Filter- shutter is mounted for rotation about X-ray tube body. Ring-shaped plates made of heavy metal having different X-ray penetrability, such as copper, are mounted on outer surface of shutter case near X-ray tube collimator. In addition, ring-shaped plates of filter-shutter may have variable or stepwise varying thickness. EFFECT: provision for processing data on damping of roentgen rays of different spectra as they are passed through object being analyzed. 3 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам формирования спектра рентгеновского излучения при размещении фильтра рентгеновского излучения между источником излучения и детекторной системой для получения изображения при просвечивании предметов, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов, рентгенодиагностики, рентгенографии, досмотровой техники. The present invention relates to devices for forming an X-ray spectrum when placing an X-ray filter between a radiation source and a detector system for acquiring an image during transmission of objects, X-ray diffraction and X-ray spectral analyzes, X-ray diagnostics, radiography, and inspection equipment.

Известны устройства - рентгенографическая машина по патенту США N 4953192, 1990 г., G 21 K 5/10, и аппарат для щелевой рентгенографии по патенту США N 5044007, 1991 г., G 21 K 5/10, содержащие рентгеновский источник, щелевую диафрагму, исследуемый предмет, средство детектирования, сканирующее устройство. В данных известных устройствах изменение спектра рентгеновского излучения достигается при помощи выравнивающего устройства и щелевой диафрагмы. Known devices are a radiographic machine according to US patent N 4953192, 1990, G 21 K 5/10, and a device for slit radiography according to US patent N 5044007, 1991, G 21 K 5/10, containing an x-ray source, aperture diaphragm , test subject, detection means, scanning device. In these known devices, the change in the spectrum of x-ray radiation is achieved using the alignment device and the slit diaphragm.

Недостатком данных устройств является то, что при широкой диаграмме излучения эти устройства должны иметь большие размеры, кроме того, затруднено получение равномерной фильтрации во всех направлениях излучения, что искажает реальную радиографическую картину прохождения рентгеновских лучей через объект, снимаемую с детекторной системы. В таких условиях затруднена промышленная реализация при использовании рентгеновских трубок с боковым излучением, широкой диаграммой направления излучения и узким коллиматором формирования потока рентгеновских лучей на корпусе излучателя. The disadvantage of these devices is that with a wide radiation pattern these devices must be large, in addition, it is difficult to obtain uniform filtering in all directions of radiation, which distorts the real radiographic picture of the passage of X-rays through an object taken from the detector system. Under such conditions, industrial implementation is difficult when using x-ray tubes with side radiation, a wide radiation pattern and a narrow collimator for the formation of an x-ray flux on the emitter body.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является аттенюатор рентгеновского луча по международной заявке, международный номер издания WO 96/27195, международный номер заявки PCT/00485, кл. G 21 K, 1/04, международная дата публикации 06.09.96 г., содержащий двигатель, рентгеновский источник, пластину аттенюатора с возможностью вращения, размещенную между рентгеновским источникам и рентгеновским детектором и включающую центральное окно низкого ослабления пучка и множество чередующихся сегментов высокого и низкого рентгеновского ослабления рентгеновского излучения. Closest to the proposed device is the x-ray attenuator according to the international application, international publication number WO 96/27195, international application number PCT / 00485, cl. G 21 K, 1/04, international publication date 06/06/96, containing a motor, an X-ray source, a rotatable attenuator plate placed between the X-ray sources and the X-ray detector and comprising a central window of low beam attenuation and a plurality of alternating segments of high and low x-ray attenuation of x-ray radiation.

Недостатком вышеуказанного устройства является неравномерная фильтрация в направлениях излучения, так как толщина пластин фильтра в различных направлениях различна, кроме того, при широкой диаграмме направленности рентгеновского излучения вращающаяся пластина аттенюатора должна иметь большой диаметр, что затрудняет техническую реализацию устройства, а также при большом диаметре пластины аттенюатора создается значительный момент инерции, и при вращении аттенюатора синхронизация съема информации с детекторов затруднена. Исходя из этого, использование данного устройства для досмотровой техники невозможно. The disadvantage of the above device is uneven filtering in the directions of radiation, since the thickness of the filter plates in different directions is different, in addition, with a wide radiation pattern of the x-ray radiation, the rotating attenuator plate must have a large diameter, which complicates the technical implementation of the device, as well as with a large diameter of the attenuator plate a significant moment of inertia is created, and when the attenuator rotates, the synchronization of information retrieval from the detectors is difficult. Based on this, the use of this device for inspection technology is impossible.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является формирование рентгеновского излучения различного спектра для определения физического и химического составов объектов исследования. The task to which the invention is directed is the formation of x-rays of various spectra to determine the physical and chemical compositions of the objects of study.

Технический результат изобретения - возможность обработки информации о затухании рентгеновского излучения при прохождении через объект исследования рентгеновского излучения различных спектров. The technical result of the invention is the ability to process information about the attenuation of x-ray radiation when passing through the object of study of x-ray radiation of various spectra.

Технический результат достигается тем, что в устройстве формирования заданного спектра рентгеновского излучения, содержащем рентгеновский излучатель в виде рентгеновской трубки, узел затухания, расположенный между рентгеновским излучателем и объектом исследования с возможностью вращения от двигателя, детектор рентгеновского излучения, расположенный за объектом исследования, узел затухания выполнен в виде фильтра-обтюратора, состоящего из полого цилиндрического корпуса, выполненного из легкого материала и установленного с возможностью вращения вокруг корпуса рентгеновского излучателя, при этом на наружной поверхности корпуса обтюратора в области коллиматора рентгеновского излучателя закреплены кольцеобразные пластины, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например меди, кроме того, кольцеобразные пластины фильтра-обтюратора могут быть выполнены с переменной толщиной, а также с толщиной, изменяющейся дискретно. The technical result is achieved by the fact that in the device for generating a predetermined spectrum of x-ray radiation containing an x-ray emitter in the form of an x-ray tube, a damping unit located between the x-ray emitter and the test object rotatably from the engine, an x-ray detector located behind the test object, the damping unit is made in the form of a filter-obturator, consisting of a hollow cylindrical body made of light material and installed with a possible rotation around the body of the x-ray emitter, while on the outer surface of the shutter housing in the region of the collimator of the x-ray emitter are fixed ring-shaped plates made of heavy metal with different x-ray permeability, for example copper, in addition, the ring-shaped plates of the filter-obturator can be made with a variable thickness, as well as with thickness varying discretely.

Предлагаемое устройство изображено на чертежах, где:
фиг. 1 - общий вид;
фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - вид пластины фильтра-обтюратора с переменной толщиной;
фиг. 4 - то же с толщиной, изменяющейся дискретно;
фиг. 5 - временная диаграмма работы фильтра-обтюратора.The proposed device is shown in the drawings, where:
FIG. 1 - general view;
FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1;
FIG. 3 is a view of a plate of a filter-shutter with a variable thickness;
FIG. 4 - the same with a thickness that varies discretely;
FIG. 5 is a timing diagram of a filter-shutter operation.

Предлагаемое устройство состоит из рентгеновского излучателя - рентгеновской трубки 1, излучающей от анода 2 энергию через коллиматор 3, формирующий соответствующую диаграмму направленности излучения рентгеновских лучей под углом α ≅ 90^o, при этом, с наружной стороны рентгеновской трубки 1, с возможностью вращения вокруг ее корпуса, установлен фильтр-обтюратор, состоящий из корпуса 4, выполненного в виде полого цилиндра из легкого материала, в прорезях которого в области коллиматора 3 рентгеновского излучателя закреплены кольцеобразные пластины 5 фильтра-обтюратора, выполненные из тяжелого металла с различной рентгеновской проницаемостью, например меди, физические свойства которого дают возможность формирования спектра рентгеновского излучения и могут иметь постоянную, переменную или дискретную толщину (фиг. 3, 4), при этом форма пластин идентична профилю цилиндрического корпуса 4 излучателя для обеспечения одинаковой фильтрации во всех направлениях диаграмма направленности излучения. Вращение фильтра-обтюратора обеспечено двигателем 6, скорость вращения которого устанавливается в зависимости от заданного периода смены спектра излучения и величины угла диаграммы направленности рентгеновского излучателя. Для более сложной временной зависимости смены спектра излучения могут быть использованы шаговые двигатели, дающие возможность осуществлять смену спектра по заданной программ.The proposed device consists of an x-ray emitter - an x-ray tube 1, radiating energy from the anode 2 through a collimator 3, forming a corresponding radiation pattern of x-rays at an angle α ≅ 90 ^o , while on the outside of the x-ray tube 1, with the possibility of rotation around its body A filter obturator is installed, consisting of a housing 4 made in the form of a hollow cylinder of light material, in the slots of which annular rings are fixed in the area of the collimator 3 of the x-ray emitter filter shutter plates 5 made of heavy metal with different x-ray permeability, for example copper, whose physical properties make it possible to form an x-ray spectrum and can have a constant, variable or discrete thickness (Fig. 3, 4), and the shape of the plates is identical to the profile a cylindrical housing 4 of the emitter to ensure uniform filtering in all directions radiation pattern. The rotation of the filter-obturator is provided by the engine 6, the rotation speed of which is set depending on the specified period of change of the radiation spectrum and the magnitude of the angle of the radiation pattern of the x-ray emitter. For a more complex time dependence of the change in the spectrum of radiation, stepper motors can be used, making it possible to carry out a change of spectrum according to a given program.

Для фиксации углового положения фильтра-обтюратора и выработки импульсов запуска рентгеновского излучателя 1 использован датчик синхронизирующих импульсов 7 контактного или бесконтактного типа. To fix the angular position of the filter-obturator and generate pulses of the start of the x-ray emitter 1, a synchronizing pulse sensor 7 of the contact or non-contact type is used.

Объект исследования 8 расположен между рентгеновским излучателем 1 и детектором рентгеновского излучения 9 для регистрации и анализа проходящего рентгеновского излучения различных спектров через объект исследования 8. The object of study 8 is located between the x-ray emitter 1 and the detector of x-ray radiation 9 for recording and analysis of the passing x-ray radiation of various spectra through the object of study 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Для исследования физического и химического составов объект исследования 8, размещенный между рентгеновским излучателем 1 и детектором рентгеновского излучения 9, облучается рентгеновскими лучами различного спектра, а формирование циклично изменяющегося спектра излучения обеспечивается вращением корпуса 4 фильтра-обтюратора вокруг корпуса 1 рентгеновского излучателя с помощью двигателя 6, при этом корпус 4 фильтра-обтюратора вращается вместе с закрепленными на нем пластинами 5, расположенными в области коллиматора 3 рентгеновского излучателя и перекрывающими его синхронно на момент излучения. Синхронизация скорости вращения двигателя 6 и включения излучателя 1 осуществляется от датчика синхронизирующих импульсов 7, при этом максимальный угол диаграммы направленности луча от анодной трубки 2 и сформированный коллиматором 3 рентгеновского излучателя α ≅ 90^o, в связи с чем излучение осуществляется в моменты открытого или закрытого коллиматора 3 через 90^o поворота корпуса 4 фильтра-обтюратора.To study the physical and chemical compositions of the object of study 8, placed between the x-ray emitter 1 and the x-ray detector 9, is irradiated with x-rays of various spectra, and the formation of a cyclically changing emission spectrum is provided by rotating the housing 4 of the filter-shutter around the housing 1 of the x-ray emitter using the engine 6, wherein the housing 4 of the filter-obturator rotates together with plates 5 mounted on it, located in the area of the collimator 3 of the x-ray ents and overlapping it at the time of synchronous radiation. The rotation speed of the engine 6 and the emitter 1 are synchronized from the synchronizing pulse sensor 7, with the maximum beam angle from the anode tube 2 and formed by the x-ray emitter collimator 3 α ≅ 90 ^o , in connection with which the radiation is carried out at the open or closed collimator 3 through 90 ^o rotation of the housing 4 of the filter-obturator.

В зависимости от алгоритмов математической обработки информации о затухании рентгеновских лучей при прохождении через исследуемый объект 8, снимаемой с детектора 9, фильтры-обтюраторы могут формировать циклично изменяющийся спектр, а также переменный или дискретный, которые зависят от формы и толщины пластин 5 фильтра-обтюратора (фиг. 3, 4). Depending on the algorithms for the mathematical processing of information about the attenuation of x-rays when passing through the studied object 8, taken from the detector 9, the filter obturators can form a cyclically changing spectrum, as well as variable or discrete, which depend on the shape and thickness of the plates 5 of the filter obturator ( Fig. 3, 4).

Работа фильтра-обтюратора во времени представлена на фиг. 5. The operation of the filter-shutter in time is shown in FIG. 5.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность формирования циклически изменяющегося спектра рентгеновского излучения и обработки полученной информации при прохождении излучения через объект исследования. Thus, the proposed device makes it possible to form a cyclically changing spectrum of x-ray radiation and process the received information when radiation passes through the object of study.

Claims

1. A device for generating a predetermined x-ray spectrum, comprising an x-ray emitter in the form of an x-ray tube, a damping unit located rotatably from the engine between the x-ray emitter and the test object, an x-ray detector located behind the test object, characterized in that the damping unit is made in a filter obturator consisting of a hollow cylindrical body made of lightweight material and mounted to rotate around the case of the x-ray emitter, while on the outer surface of the obturator case in the region of the collimator of the x-ray emitter are fixed ring-shaped plates made of heavy metal with different x-ray permeability, such as copper.

2. The device according to claim 1, characterized in that the ring-shaped plates of the filter-sealer can be made with a variable thickness.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the annular plate can be made with a thickness that varies discretely.