ДЕТЕКТИРУЮЩИЙ УЗЕЛ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам для регистрации ионизирующих излучений, более конкретно - к детектирующим узлам ионизирующих излучений, а именно - к детектирующим узлам, позволяющим определять координаты места падения квантов регистрируемого ионизирующего излучения на рабочее окно.
Известен детектирующий узел ионизирующего излучения по авт. св. СССР №1278692 (опубл. 23.12.1986 [1]). Этот детектирующий узел содержит детектирующий элемент, не обладающий позиционной чувствительностью, перед рабочим окном которого установлен пространственно-временной модулятор ионизирующего излучения. Пространственно-временной модулятор выполнен в виде двумерной матрицы параллельных капилляров, совершающей колебательное движение под воздействием средства, осуществляющего управление этим движением. Характер данного движения таков, что в каждый момент времени в пределы рабочего окна детектирующего элемента попадает излучение с выхода только одного капилляра, в результате чего осуществляется сканирование части пространства, расположенной перед рабочим окном детектирующего
элемента. Выходы детектирующего элемента и средства, управляющего колебательным движением матрицы капилляров, подключены к средству обработки выходного сигнала детектирующего элемента. В этом средстве осуществляется временная "привязка" сигнала, соответствующая закону сканирования, и формируется картина искомого распределения интенсивности исследуемого излучения по пространственной координате. Разрешающая способность этого детектирующего узла определяется поперечным размером одного капилляра упомянутой матрицы и может быть достаточно высокой.
Однако режим работы данного детектирующего узла энергетически невыгоден. Одновременно с увеличением разрешающей способности уменьшается энергия излучения, воздействующего на детектирующий элемент, так как на него падает малая часть исследуемого излучения, проходящая в каждый момент времени только через один капилляр.
Известен также детектирующий узел по патентной заявке США №20020031202 (опубл. 14.03.2002 [2]). Этот детектирующий узел, как и предыдущий, содержит детектирующий элемент, перед рабочим окном которого установлен пространственно-временной модулятор ионизирующего излучения, соединенный со средством управления им. Детектирующий элемент включает сцинтиллятор с установленным за ним преобразователем оптического излучения в электрический сигнал, не обладающим позиционной чувствительностью. Выход детектирующего элемента, которым является выход преобразователя оптического излучения в электрический сигнал, и выход средства управления пространственно-временным модулятором подключены к средству обработки выходного сигнала детектирующего элемента, формирующему картину искомого распределения интенсивности исследуемого излучения по
пространственной координате. Пространственно-временной модулятор ионизирующего излучения представляет собой совокупность не перекрывающих друг друга окон, расположенных перед рабочим окном детектирующего элемента. В каждом окне имеется механически управляемый элемент, периодически открывающий и закрывающий это окно для ионизирующего излучения. Благодаря тому, что частоты переключения для разных окон различны, в средстве обработки выходного сигнала детектирующего элемента могут быть выделены составляющие этого сигнала, соответствующие каждому из окон. В этом детектирующем узле по сравнению с предыдущим обеспечивается значительно лучшее использование энергии исследуемого излучения. Благодаря тому, что все окна "работают" одновременно, в среднем через эти окна на рабочее окно детектириующего элемента могут проникать до 50% квантов исследуемого излучения.
Детектирующий узел, известный из патентной заявки [2], наиболее близок к предлагаемому. Его недостатком является невысокая разрешающая способность, определяемая размером отдельного окна пространственно-временного модулятора. Количество окон не может быть большим (а, следовательно, их размеры не могут быть малыми) вследствие механического принципа управления прозрачностью каждого из окон в отдельности. По этой же причине частоты переключения окон не могут быть высокими. Вследствие этого при большом количестве окон и, соответственно, составляющих выходного сигнала детектирующего узла их частотное разделение было бы затруднено. Это объясняется тем, что при невысоких частотах механического переключения присутствующие в выходном сигнале гармоники рабочих частот одних окон могут быть близки к рабочим частотам других окон, переключаемых с
более высокими частотами. Сама по себе необходимость механического управления пространственно-временным модулятором непосредственно в диапазоне исследуемого ионизирующего излучения является фактором, усложняющим устройство.
Предлагаемая полезная модель направлена на получение технического результата, заключающегося в повышении разрешающей способности детектирующего узла без ухудшения энергетических показателей, а также в конструктивном упрощении устройства за счет исключения механически управляемого пространственно-временного модулятора ионизирующего излучения.
Предлагаемый детектирующий узел, как и указанный известный, содержит детектирующий элемент и пространственно-временной модулятор, соединенный со средством управления им. Детектирующий элемент включает сцинтиллятор с установленным за ним преобразователем оптического излучения в электрический сигнал, не обладающим позиционной чувствительностью. Выход детектирующего элемента, которым является выход преобразователя оптического излучения в электрический сигнал, и выход средства управления пространственно-временным модулятором подключены к средству обработки выходного сигнала детектирующего элемента.
Для достижения названного выше технического результата пространственно-временной модулятор является немеханическим пространственно-временным модулятором оптического излучения. Он размещен между сцинтиллятором и преобразователем оптического излучения в электрический сигнал и представляет собой экран с электронно-управляемым распределением прозрачности. При этом средство управления
пространственно-временным модулятором выполнено с возможностью создания распределения прозрачности указанного экрана в виде совокупности не перекрывающих друг друга участков, периодически открываемых и закрываемых для оптического излучения с частотами переключения, различными для разных участков. Средство обработки выходного сигнала детектирующего элемента выполнено с возможностью частотного разделения составляющих этого сигнала, соответствующих каждому из указанных участков указанного экрана, для получения искомого распределения интенсивности ионизирующего излучения по пространственной координате.
При описанных выше выполнении экрана пространственно-временного модулятора оптического излучения и управлении этим модулятором доля энергии исследуемого ионизирующего излучения, участвующего, в конечном счете, в формировании выходного сигнала детектирующего элемента, несущего информацию об искомом распределении интенсивности исследуемого ионизирующего излучения, составляет в среднем 50%, т.е. такая же, как и в известном устройстве, наиболее близком к предлагаемому. Однако благодаря использованию пространственно-временной модуляции в оптическом диапазоне, ставшему возможным при предлагаемом конструктивном выполнении детектирующего узла, и электронному управлению прозрачностью экрана отпадают присущие механическому пространственно-временному модулятору известного устройства препятствия для увеличения количества окон. Поэтому количество упомянутых участков прозрачности в экране может быть существенно больше, чем количество окон в известном устройстве, а размер этих участков - соответственно, значительно меньше. Благодаря этому разрешающая способность детектирующего узла может быть
значительно увеличена по сравнению с известным устройством, наиболее близким к предлагаемому. Использование электронно-управляемого экрана, работающего в оптическом диапазоне, освобождает детектирующий узел от механически движущихся элементов и существенно упрощает его.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором схематически изображен предлагаемый детектирующий узел.
Детектирующий узел включает детектирующий элемент, содержащий сцинтиллятор 5.1 и преобразователь 5.2 оптического излучения в электрический сигнал, а также размещенный между ними немеханический пространственно-временной модулятор оптического излучения, выполненный в виде экрана 32. Экран 32 имеет не перекрывающие друг друга участки 28, периодически открываемые и закрываемых для оптического излучения. Соответствующее управление осуществляется средством 25 управления пространственно-временным модулятором. Для этого между экраном 32 с электронно-управляемым распределением прозрачности и средством 25 имеется связь, показанная на чертеже. Выход детектирующего элемента, которым является выход преобразователя 5.2, соединен со средством 23 обработки выходного сигнала детектирующего элемента. В частном случае выполнения, показанном на чертеже, средство 23 связано также со средством 25, управляющим распределением прозрачности экрана 32. Благодаря этой связи средство 23 обработки располагает информацией о текущих мгновенных значениях сигналов, управляющих прозрачностью экрана. Такая связь не является обязательной, так как для обеспечения работоспособности устройства принципиально достаточно «заложить» в средство 23 априорные значения частот переключения прозрачности участков 28 экрана 32. Поскольку
средство 23 и средство 25 оба являются электронными блоками, они могут быть конструктивно воплощены в виде единого блока 30 управления и обработки, формирующего команды управления экраном 32 и осуществляющего обработку выходного сигнала детектирующего элемента, которым является выходной сигнал преобразователя 5.2, для получения искомого распределения интенсивности.
Преобразователь 5.2 оптического излучения в электрический сигнал не обладает позиционной чувствительностью, т.е. выходной сигнал преобразователя 5.2 определяется интегральной интенсивностью оптического излучения, воздействующего на чувствительную поверхность преобразователя 5.2 (эта поверхность обращена на чертеже вниз и показана стрелкой 18). Особенностью данного детектирующего узла является то, что между сцинтиллятором 5.1 и преобразователем 5.2 оптического излучения в электрический сигнал размещен экран 32 пространственно-временного модулятора оптического излучения. Поэтому суммарная интенсивность оптического излучения, воздействующего в каждый текущий момент времени на преобразователь 5.2 оптического излучения в электрический сигнал, зависит также от соотношения в данный момент времени периодически изменяющихся прозрачностей участков 28 экрана 32.
Детектирующий узел работает следующим образом.
Излучение 3 падает на сцинтиллятор 5.1 и вызывает световые вспышки. Часть оптического излучения, определяемая прозрачностью тех участков 28 экрана 32, которые соответствуют местам возникновения вспышек, падает на чувствительную поверхность 18 преобразователя 5.2 оптического излучения в электрический сигнал. Суммарная интенсивность этого излучения, от которой зависит выходной сигнал
преобразователя 5.2, образована составляющими, соответствующими каждому из упомянутых участков экрана. Каждая из этих составляющих, в свою очередь, обусловлена интенсивностью исследуемого излучения, падающего на соответствующую часть поверхности сцинтиллятора 5.1 (показана на чертеже стрелкой 21). Характер изменения такой составляющей выходного сигнала во времени обусловлен периодическим изменением прозрачности соответствующего участка 28 экрана 32. Так как периодическое изменение прозрачностей разных участков 28 осуществляется с разными известными частотами, в средстве 23 обработки выходных сигналов детектирующего элемента возможно выделение из суммарного сигнала его составляющих, соответствующих разным участкам 28 экрана 32. Совокупность выделенных и измеренных составляющих, расположенная в порядке расположения участков экрана, которым они соответствуют, позволяет сформировать искомую картину распределения интенсивности исследуемого излучения 3 по пространственной координате.
Перенос пространственно-временной модуляции в оптический диапазон в сочетании с использованием электронно-управляемого экрана для такой модуляции делает возможным применение более высоких частот коммутации окон. Это, в свою очередь, позволяет увеличить количество используемых частот и, соответственно, окон (участков 28 экрана 32 с управляемой прозрачностью) без ухудшения качества частотного разделения составляющих выходного сигнала детектирующего элемента в средстве 23 обработки этого сигнала. Для оптимального выделения каждой из упомянутых составляющих в средстве 23 обработки выходных сигналов детектирующего элемента может быть применена корреляционная обработка, основанная на использовании конкретного ансамбля взаимно-ортогональных функций, описывающих периодическое
изменение прозрачности участков экрана 32. Сигналы, соответствующие этим функциям, могут быть получены средством 23 из средства 25 управления пространственно-временным модулятором благодаря наличию связи между ними, показанной на чертеже.
Как следует из приведенного выше описания, может быть реализован позиционно-чувствительный детектирующий узел с высокой разрешающей способностью на основе не имеющего позиционной чувствительности детектора, содержащего единственный детектирующий элемент.
В качестве пространственно-временного оптического модулятора оптического излучения, которым является экран 20, можно использовать жидкокристаллические оптические модуляторы, используемые в проекционных телевизорах, либо жидкокристаллические оптические пространственные модуляторы большой площади, используемые в плоских пассивных компьютерных мониторах, либо модуляторы, подобные описанным в патентах РФ №2134440 (опубл. 20.01.1999 [3]), №2184988 (опубл. 10.07.2002 [4]) и др. Возможно также использование других известных типов пространственно временных оптических модуляторов, например, дискретных цифровых зеркал (патент США №6,627,893, опубл. 30.09.2003 [5]).
В случае, если требуется согласовать размеры сцинтиллятора 5.1 и преобразователя 5.2 оптического излучения в электрический сигнал, между ними можно дополнительно установить оптический согласователь (фокон). В этом случае пространственно временной оптический модулятор - экран 20 следует устанавливать до или после фокона, в зависимости от размеров экрана (на чертеже изображен детектирующий узел с детектирующим элементом без оптического согласователя).
Источники информации
1. Авт.св. СССР №1278692, опубл. 23.12.1986.
2. Патентная заявка США №20020031202, опубл. 14.03.2002.
3. Патент РФ №2134440, опубл. 20.01.1999.
4. Патент РФ №2184988, опубл. 10.07.2002
5. Патент США №6,627,893, опубл. 30.09.2003.