WO2007137907A1 - Röntgenkontrollsysteme mit grossflächigerem detektor - Google Patents

Röntgenkontrollsysteme mit grossflächigerem detektor Download PDF

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WO2007137907A1
WO2007137907A1 PCT/EP2007/053697 EP2007053697W WO2007137907A1 WO 2007137907 A1 WO2007137907 A1 WO 2007137907A1 EP 2007053697 W EP2007053697 W EP 2007053697W WO 2007137907 A1 WO2007137907 A1 WO 2007137907A1
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Jens FÜRST
Debora Henseler
Oliver Rudolph
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20182—Modular detectors, e.g. tiled scintillators or tiled photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects

Definitions

  • the invention relates to an X-ray control system with a detector improved in terms of image size.
  • Control systems for objects up to 2 lxlm have a great ⁇ SEN detector.
  • a provider of such a system is for example L3 Communications (www.dsxray.com).
  • For such systems are used for a long Zei ⁇ lendetektor and drive the truck slowly past the detector. In this way you get cross-sectional images of the truck, which are then combined into an overview image. This is a time-consuming process and thus can not be controlled every container or truck, but only be sampled.
  • Z-Backscatter Van works with a radiographic x-ray beam aimed at an object (eg container) at different angles From the backscattered X-ray quanta can be determined by nis the angle of incidence of the scanning X-ray beam, an image of the content can be reconstructed. This process is ever ⁇ but also very time consuming.
  • the object of the present invention is therefore to provide an X-ray control system with which containers such as railroads and / or truck containers can be quickly and easily transilluminated.
  • the invention relates to an X-ray control system comprising at least one X-ray source and an X-ray detector with readout electronics and screen, the detector being an organic photodetector.
  • the organic photodiode in the layer structure with two active organic layers is formed: a Eigent ⁇ Lich photoconductive layer and a hole transport layer, which lie between two electrodes which are electrically connected together.
  • this layer structure is still on a substrate and is encapsulated.
  • the photoconductive organic layer may be a so-called "bulk heterojunction", for example realized as a blend of a hole-transporting polythiophene and an electron-transporting fullerene derivative.
  • the organic semiconductor system in combination with a scintillator which converts the X-ray quanta into green light, detects the incident X-radiation.
  • This organic photodiode can be applied over the entire surface to a cost- effective switching matrix of amorphous silicon.
  • this switching matrix each pixel is driven and read out via a thin-film transistor (active matrix Activation).
  • active matrix Activation These switching matrices, as used for example in TFT flat screens are very cheap to get (some € 100, -).
  • the Pi ⁇ xel jacket can be up to about 500x500 ⁇ m 2 for a detector of about lOOxlOO ⁇ m. 2
  • Figure 1 shows a layer structure of an organic Photodio ⁇ de. It is below the substrate 1 above the lower Elect ⁇ clear layer 2 thereon, the first photoactive organic semiconductor ⁇ conductor layer 3, for example, a hole transportation layer, which is intended only to improve the function of the detector, but is not essential necessary for construction of the detector. Above this layer is the organic photo ⁇ active layer 4, which in turn adjoins the upper electrode 5 ⁇ .
  • the upper and lower electrodes 2 and 5 are connected via electrical contacts 6 and 7.
  • FIG. 2 shows a construction of a large detector of several meters in size consisting of individual detector tiles 10.
  • the individual detectors are, for example, pixelated detectors. With this setup even large objects such as truck containers can be checked by a single snapshot.
  • FIG. 3 shows an embodiment like FIG. 2, wherein the joints between the individual detectors 10 are avoided by arranging the detectors 10 in two planes which always overlap a small distance. This makes every inch of the large object verifiable.
  • FIG. 3 shows the view from above onto a kachelike, large detector surface. By arrangement as shown, the De ⁇ detectors 10 in two levels, a homogeneous detection area are generated (without joints).
  • a detector size of about 70x50cm 2 would be feasible (similar to the size of the flat panel televisions). The size is limited by the available size of the switch ⁇ matrix.
  • the invention relates to an X-ray control system with a detector improved in terms of image size.
  • organic photodetectors are used, which can be produced over a large area and at low cost.
  • the large-scale cheap detectors are then arranged so that detector surfaces arise that make whole truck containers verifiable within a very short time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Röntgenkontrollsystem mit einem in Bezug auf die Bildgröße verbessertem Detektor. Dabei werden organische Photodetektoren eingesetzt, die großflächig und kostengünstig herstellbar sind. Die großflächigen billigen Detektoren werden dann so angeordnet, dass Detektorflächen entstehen, die ganze LKW-Container innerhalb kürzester Zeit überprüfbar machen.

Description

Beschreibung
Röntgenkontrollsysteme mit großflächigerem Detektor
Die Erfindung betrifft ein Röntgenkontrollsystem mit einem in Bezug auf die Bildgröße verbessertem Detektor.
Kontrollsysteme für Objekte bis zu lxlm2 besitzen einen gro¬ ßen Detektor. Ein Anbieter eines solchen Systems ist bei- spielsweise L3 Communications (www.dsxray.com) . Für größere Objekte wie etwa ganze LKW existiert kein großer, flächiger Detektor. Für solche Systeme verwendet man einen langen Zei¬ lendetektor und fährt den LKW langsam vor dem Detektor vorbei. Auf diese Weise erhält man Querschnittbilder des LKW, die anschließend zu einem Übersichtsbild kombiniert werden. Dies ist ein zeitaufwendiger Prozess und somit kann folglich nicht jeder Container oder LKW kontrolliert, sondern nur stichprobenartig verfahren werden.
Aufgrund der Zunahmen des internationalen Terrorismus wird es notwendig werden, Güter besser zu kontrollieren als bisher (beispielsweise werden an amerikanischen Schifffahrtshäfen nur 5-6% der Güter überprüft). Dazu ist ein effektives System nötig, um unter anderem Gepäck und Container an Flughäfen und Häfen zu kontrollieren. Die Kontrolle kann dabei z.B. mit ei¬ nem Röntgensystem erfolgen. Das zu untersuchende Objekt wird mit Hilfe von Röntgenstrahlung durchstrahlt und der transmit- tierte Anteil der Röntgenstrahlung mit einem Detektor registriert. Auf einem Bildschirm lässt sich dann der Inhalt des gescannten Objektes betrachten, um eventuell geschmuggelte Waren oder Sprengstoffe zu finden.
Ein weiteres von der Firma AS&E
(http : //www.as-e . com/products_solutions/zbv. asp) angebotenes, mobiles System („genannt Z-Backscatter Van") arbeitet mit einem strahlenförmigen Röntgenstrahl, der unter verschiedenen Winkeln auf ein Objekt (z.B. Container) gezielt wird. Aus den rückgestreuten Röntgenquanten kann durch Kennt- nis des Einfallswinkels des scannenden Röntgenstrahls ein Bild des Inhalts rekonstruiert werden. Dieser Prozess ist je¬ doch ebenfalls sehr zeitintensiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Röntgenkon- trollsystem zu schaffen, mit dem schnell und einfach Container wie Eisenbahn und/oder LKW-Container durchleuchtet werden können .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche im Zu¬ sammenhang mit der Beschreibung und den Figuren gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Röntgenkontrollsystem, zumindest eine Röntgenstrahlquelle sowie einen Röntgenstrahlde- tektor mit Ausleseelektronik und Bildschirm umfassend, wobei der Detektor organischer Photodetektor ist.
Mit Hilfe von organischen Photodioden ist es möglich, großflächige kostengünstige Photodetektoren herzustellen. Bei- spielsweise wird die organische Photodiode im Schichtaufbau mit zwei aktiven organischen Schichten gebildet: eine eigent¬ lich photoleitfähige Schicht und eine Lochtransportschicht, die zwischen zwei Elektroden, die miteinander elektrisch verbunden sind, liegen. Meistens liegt dieser Schichtaufbau noch auf einem Substrat und ist verkapselt. Die photoleitfähige organische Schicht kann eine so genannte „Bulk Heterojuncti- on" sein, z.B. realisiert als Blend aus einem lochtransportierenden Polythiophen und einem Elektronen transportierenden Fulleren-Derivat .
Das organische Halbleitersystem detektiert in Kombination mit einem Szintillator, der die Röntgenquanten in grünes Licht wandelt, die auftreffende Röntgenstrahlung.
Diese organische Photodiode kann ganzflächig auf eine kosten¬ günstige Schaltmatrix aus amorphem Silizium aufgebracht werden. In dieser Schaltmatrix wird jeder Bildpunkt über einen Dünnfilmtransistor angesteuert und ausgelesen (Aktiv-Matrix- Ansteuerung) . Diese Schaltmatrizen, wie sie beispielsweise bei TFT-Flachbildschirmen eingesetzt werden sind sehr günstig zu bekommen (einige € 100,-) . Je nach Anwendung kann die Pi¬ xelgröße für einen Detektor von etwa lOOxlOOμm2 bis zu etwa 500x500μm2 betragen.
Auf die eben erwähnte Weise lassen sich großflächige Detekto¬ ren kostengünstig herstellen, da die Prozessierung der organischen Halbleiterschicht wesentlich einfacher ist, als die der anorganischen Halbleiter.
Weiterhin wäre es denkbar, die 1D-Zeilendetektoren, sowie die zur Detektion der rückgestreuten Röntgenquanten nötigen Detektoren kostengünstig durch organische Lösungen zu ersetzen.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand exemplarischer Figuren näher beschrieben. Die Ausführungsformen, die in den Figuren gezeigt sind, betreffen dabei lediglich bevorzugte Ausführungsformen .
Figur 1 zeigt einen Schichtaufbau einer organischen Photodio¬ de. Dabei ist unten das Substrat 1, darüber die untere Elekt¬ rodenschicht 2, darauf die erste photoaktive organische Halb¬ leiterschicht 3, beispielsweise eine Lochtransporterschicht, die jedoch nur zur Verbesserung der Funktion des Detektors dient, aber nicht essentiell zum Aufbau des Detektors nötig ist. Über dieser Schicht befindet sich die organische photo¬ aktive Schicht 4, die ihrerseits an die obere Elektrode 5 an¬ grenzt. Die obere und untere Elektrode 2 und 5 sind über elektrische Kontakte 6 und 7 verbunden.
Figur 2 zeigt einen Aufbau eines aus einzelnen Detektor- Kacheln 10 bestehenden großen Detektors von mehreren Metern Größe. Die einzelnen Detektoren sind beispielsweise pixelier- te Detektoren. Mit diesem Aufbau können selbst große Objekte wie LKW-Container durch eine einzige Momentaufnahme überprüft werden . Figur 3 zeigt eine Ausführungsform wie Figur 2, wobei die Fugen zwischen den einzelnen Detektoren 10 dadurch vermieden werden, dass die Detektoren 10 in zwei Ebenen angeordnet sind, die sich immer ein kleines Stück überschneiden. Damit wird jeder Zentimeter des großen Objekts überprüfbar. In Figur 3 ist der Blick von oben auf eine kacheiförmige, große Detektorfläche gezeigt. Durch Anordnung wie gezeigt, der De¬ tektoren 10 in zwei Ebenen kann eine homogene Detektorfläche (ohne Fugen) erzeugt werden.
Durch den beschriebenen Aufbau ist es möglich, großflächige und günstige pixelierte Detektoren herzustellen. Nach dem heutigen Stand der Technik wäre eine Detektorgröße von etwa 70x50cm2 realisierbar (ähnlich der Größe der Flachfernseher) . Die Größe wird dabei durch die verfügbare Größe der Schalt¬ matrix beschränkt.
Mit Hilfe von mehreren Detektoren kann eine große Fläche (z.B. entsprechend der eines Containers) kacheiförmig erzeugt werden (vgl. Figur 2) . Ein Abstand von einigen cm zwischen den Detektoren wäre dabei kein ernstes Problem, da die aufzu¬ findenden Objekte (Sprengstoff etc.) größer sind. Man könnte sich auch vorstellen, die Detektoren wie in Figur 3 in 2 Ebenen anzuordnen um so diesen Abstand zwischen den Detektoren zu vermeiden.
Eine Ausführung eines solch großen, gekachelten Detektors mit herkömmlichen Detektoren auf Basis von amorphem Silizium wäre unbezahlbar !
Durch die Größe des hier vorgeschlagenen Detektors wäre eine Überprüfung von Objekten wie LKWs oder Containern innerhalb kürzester Zeit möglich, da das zeilenweise aufnehmen der Bilder umgangen wird. Somit ist es möglich, den Durchsatz von Röntgen-Screening-Anlagen an Flughäfen etc. (und damit den Anteil der kontrollierten Güter) deutlich zu erhöhen. Für Systeme, die bereits heute mit einem flächigen Detektor arbeiten (Beispiel: Kofferkontrolle an Flughäfen) würde dies wesentlich geringere Systemkosten bedeuten, womit die Zahl dieser Anlagen ebenfalls erhöht werden könnte. So wäre eine Gepäckkontrolle von Zuggästen denkbar, oder die Untersuchung von jeglichen beförderten Briefen, um eventuelle darin enthaltene Bomben zu entdecken.
Die Erfindung betrifft ein Röntgenkontrollsystem mit einem in Bezug auf die Bildgröße verbessertem Detektor. Dabei werden organische Photodetektoren eingesetzt, die großflächig und kostengünstig herstellbar sind. Die großflächigen billigen Detektoren werden dann so angeordnet, dass Detektorflächen entstehen, die ganze LKW-Container innerhalb kürzester Zeit überprüfbar machen.

Claims

Patentansprüche
1. Röntgenkontrollsystem, zumindest eine Röntgenstrahlquelle sowie einen Röntgenstrahldetektor mit Ausleseelektronik und
Bildschirm umfassend, wobei der Detektor organischer Photodetektor ist .
2. Röntgenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der organi- sehe Photodetektor einzelne pixelierte Photodioden umfasst.
3. Röntgenkontrollsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die organische Photodiode ganzflächig auf eine Schaltmatrix so aufgebracht ist, dass jeder Bildpunkt über einen Dünnfilmtransistor ansteuerbar und auslesbar ist.
4. Röntgenkontrollsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei viele einzelne Detektoren so kombiniert werden, dass eine große Detektorfläche resultiert.
5. Röntgenkontrollsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Kombination der Detektoren so vorgesehen ist, dass die einzelnen Detektoren in zwei Ebenen angeordnet sind.
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