УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ СПЕКЛ-СТРУКТУРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО БЕРИЛЛИЯ

Полезная модель относится к области рентгенотехники и может быть использована для формирования рентгеновских изображений.
Высокая пространственная когерентность современных рентгеновских источников хотя и позволяет визуализировать слабопоглощающие объекты в области жесткого рентгеновского излучения, за счет формирования фазового контраста от границ исследуемых объектов, но одновременно является причиной возникновения спеклов на полученных изображениях исследуемых объектов, что приводит к существенному снижению их контраста и качества, и не позволяет проводить анализ полученных изображений. Поэтому одной из ключевых проблем развития фазово-контрастных методов исследования в области жесткого рентгеновского излучения является решение задач улучшение качества получаемых фазово-контрастных изображений на когерентных рентгеновских источниках.
Известно устройство для подавления спекл-структуры от оптических элементов на основе оксида алюминия (Al2O3) и оксида кремния(SiO2) с размерами рассеивающих частиц (микросфер) в диапазоне от 0.05 до 50 мкм (публикация Awaji, M. Development of a Large Angle X-ray Spreading Element for Projection X-ray Mi-croscopy with Undulator Light Source, IPAP Conference Series 7, Proc. 8th Int. Conf. on X-ray Microscopy, (2005), pp.157-158).
Недостатком устройства является малое пропускание излучения, которое в среднем составило около 60%, но не превышало 85%.
Также известно устройство для подавления спекл-структуры от оптических элементов на основе приведения в движение бумажного диска для реализации случайного изменения фазы излучения (публикация Morgan, K. S., Irvine, S. C., Suzuki, Y., Uesugi, K., Takeuchi, A., Paganin, D. M., & Siu, K. K.. Measurement of hard X-ray coherence in the presence of a rotating random-phase-screen diffuser. Optics Communications, (2010), 283(2), pp.216-225).
Недостатком устройства являются существенные ограничения на возможные материалы, что делает затруднительной его реализацию в широком энергетическом спектре с минимальным поглощением излучения.
Техническим результатом, на получение которого направлена полезная модель, является создание устройства для повышения качества рентгеновского изображения путем подавления спекл-структур в области жесткого рентгеновского излучения (более 2000 эВ или длине волны (λ) менее 6 Å) с экстремально малыми потерями интенсивности.
Технический результат достигается в устройстве, содержащем соединенные между собой двигатель и рассеивающий элемент из высокодисперсного бериллия, выполненный с возможностью его перемещения с помощью этого двигателя относительно пучка рассеиваемого рентгеновского излучения.
Предпочтительно выполнение рассеивающего элемента с возможностью его вращения с помощью двигателя.
В одном из вариантов исполнения рассеивающий элемент помещен в герметичную капсулу, что позволяет изолировать бериллий. в качестве рассеивающей среды, высокопористый бериллий, а также любые другие высокодисперсные материалы, микро- и нано-порошки, в том числе токсичные материалы без угрозы для пользователя, при условии их химической инертности к стенкам капсулы.
В одном из вариантов исполнения рассеивающий элемент выполнен из высокопористого бериллия. (Горлевский В.В., Костылев Ф.А., Старшина В.Г., Сенин М.Д., Голиков И.В., Кондратьев М.В., Чубакова Т.А. Получение и свойства высокопористого бериллия с микроячеистой структурой. — Известия АН СССР. Серия «Неорганические материалы»,, 1995, т. 31, № 4, с. 479—482.)
На фиг.1 приведен внешний вид устройства для подавления спекл-структуры: 1 –корпус устройства, 2 – основной вал с резьбой, совмещенный со шкивом и основанием капсулы, для приведения в движение капсулы с рассеивающим материалом, 3 – входное/выходное окно, 4 – пружинный натяжитель, 5 – ремень для передачи крутящего момента от двигателя на основной вал, 6 – держатель двигателя, 7 – шкив двигателя, 8 – крышка основного корпуса, 9 – фиксатор с резьбой для фиксации основного вала в корпусе устройства, 10 – крышка капсулы с резьбой,11 и 13 – рентгеновские окна, отделяющие внутренний объем капсулы от внешней среды, 12 –внутренний объем капсулы для рассеивающего материала, 14 – втулки или подшипники для минимизации сил трения, 15 – двигатель для обеспечения вращения капсулы.
На фиг.2 приведены безлинзовые (а) и с использованием фокусирующей оптики (б и в) оптические схемы возможной установки устройства для подавления спекл-картины: 1 – когерентный рентгеновский источник, 2 – объект исследования, 3 – системы детектирования распределения интенсивности, 4 – возможное положение устройства для подавления спекл-картины, 5 – фокусирующая оптика.
Полезная модель действует следующим образом.
-3
Принцип действия предлагаемого устройства основан на использовании материала, обеспечивающего выравнивание волнового фронта, посредством генерации случайной фазовой картины и дальнейшем ее усреднении за счет приведения в движение рассеивающего материала. Устройство в одном из вариантов исполнения показано на фиг.1 и содержит 1 – корпус устройства, 2 – основной вал с резьбой, совмещенный со шкивом и основанием капсулы, для приведения в движение капсулы с рассеивающим материалом, 3 – входное/выходное окно, 4 – пружинный натяжитель, 5 – ремень для передачи крутящего момента от двигателя на основной вал, 6 – держатель двигателя, 7 – шкив двигателя, 8 – крышку основного корпуса, 9 – фиксатор с резьбой для фиксации основного вала в корпусе устройства, 10 – крышку капсулы с резьбой, 11 и 13 – рентгеновские окна, отделяющие внутренний объем капсулы от внешней среды, 12 –внутренний объем капсулы для рассеивающего материала высокодисперсного бериллия, 14 – втулки или подшипники для минимизации сил трения, 15 – двигатель для обеспечения вращения капсулы. Устройство может быть помещено в любую часть оптической схемы (см. фиг.2) и позволяет подавить спекл-картину от оптических элементов, находящихся между когерентным источником излучения и предлагаемым устройством, на выходе устройства формируется квазиплоский волновой фронт излучения, лишенный нежелательных частотных характеристик, связанных с неидеальностью оптических элементов. В качестве материала для изготовления рассеивающего элемента используется слабопоглощающий рентгеновское излучение высокодисперсный бериллий, где 5 мм материала (Be) с плотностью 0,2-0,4 г/см3, обеспечивают эффективное функционирование устройства и поглощение менее 5% при энергии 12 кэВ. Вращение рассеивающего элемента со скоростью, обеспечивающей перемещение рассеивающих объектов в рассеивающем элементе устройства (частицы, поры, сферы) на 10 своих средних латеральных размеров на расстоянии 10м относительно центра в плоскости вращения позволяет достичь эффекта подавления спекл-структуры от оптических элементов. В устройстве достигается наиболее высокая пропускающая способность и наиболее низкое поглощение рентгеновского излучения (менее 1% на 1мм, при λ = 1 Å) по сравнению с другими устройствами аналогичного назначения.
Таким образом, в полезной модели достигается заявленный технический результат в виде создания устройства для повышения качества рентгеновского изображения путем подавления спекл-структур в области жесткого рентгеновского излучения (более 2000 эВ или длине волны (λ) менее 6 Å) с экстремально малыми потерями интенсивности.