УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
DEVICE FOR MEASURING ANODE VOLTAGE AND DETERMINING TOTAL X-RAY FILTRATION

Предлагаемое устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения относится к рентгенотехнике и может применяться для определения условий возбуждения рентгеновского излучения бесконтактным способом при осуществлении процедуры контроля параметров рентгеновских диагностических аппаратов.
Известно устройство для определения высокого напряжения на рентгеновской трубке, реализованное по схеме с рассеивающим фантомом и детекторами, установленными в областях формирования полей рассеянного и ослабленного излучений [Авторское свидетельство СССР, SU №1536525 опубл. 15.01.1990].
Однако конструктивные особенности этого устройства не позволяют учитывать характер пространственного распределения полей вторичного излучения для повышения достоверности измерений и однозначной оценки суммарной фильтрации излучения.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения высокого напряжения на рентгеновской трубке, описанное в работе [Патент на изобретение РФ, RU №2633801 опубл. 19.10.2017].
Данное устройство содержит рассеивающее тело, на котором установлены детекторы излучения в области формирования ослабленного и рассеянного излучений со стороны одного из оснований рассеивающего тела за рассеивающим телом и в области формирования рассеянного излучения вдоль всей образующей боковой поверхности рассеивающего тела.
Использование детектора излучения, установленного за рассеивающим телом в области формирования ослабленного и рассеянного излучений, ограничивает рабочий диапазон устройства, поскольку проникающая способность излучения меняется в диапазоне анодных напряжений и может быть неприемлемой для формирования адекватных уровней сигнала в детекторе на нижней и верхней границах измерений при априорно неизвестных плотностях потока квантов рентгеновского излучения. В то же время использование монолитного рассеивающего тела, выполненного из однородного вещества, не позволяет получить дополнительные измерительные критерии для одновременного определения анодного напряжения и суммарной фильтрации излучения без использования сигнала детектора, установленного за рассеивающим телом в области формирования ослабленного и рассеянного излучений.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение диапазона измерений путем регистрации излучения только в области формирования рассеянного излучения в окрестности рассеивающего тела, выполненного из отдельных пластин из разных материалов.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, достигается тем, что в устройстве для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения, содержащем рассеивающее тело и детекторы излучения, установленных на рассеивающем теле, детекторы излучения упорядочение распределены по боковой поверхности рассеивающего тела со стороны выхода рассеянного излучения из рассеивающего тела, а рассеивающее тело выполнено в виде группы параллельных рассеивающих пластин из материалов с разными эффективными атомными номерами, отделенных друг от друга поглощающими пластинами из материала с эффективным атомным номером большим, чем у рассеивающих пластин, перпендикулярными поверхности размещения детекторов.
CaSO4
TiO2
Ti
На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения. На фиг. 2 даны диаграммы, отражающие характер изменения приведенных интенсивностей рассеянного излучения вдоль боковой поверхности рассеивающих пластин из селенита (I)>рутила (I) и титана (I), рассчитанные при заданных условиях возбуждения излучения (анодное напряжение: 150 кВ; суммарная фильтрация 3 мм в алюминиевом эквиваленте).
Устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения на рентгеновском диагностическом аппарате 1 содержит рассеивающее тело 2, включающее рассеивающие пластины 3 и поглощающие пластины 4, детекторы рентгеновского излучения 5, интерфейсное устройство 6, персональный компьютер 7.
Устройство работает следующим образом. Рентгеновское излучение, возбуждаемое при заданных значениях анодного напряжения и суммарной фильтрации на рентгеновском диагностическом аппарате 1, поступает на рассеивающее тело 2. В качестве рассеивающего тела 2 можно использовать, например, группу параллельных рассеивающих пластин 3 из селенита, рутила и титана, отделенных друг от друга поглощающими пластинами 4 из свинца. В результате процессов фотопоглощения и комптоновского рассеяния в окрестности рассеивающего тела 2 формируются поля ослабленного и рассеянного излучений. Поглощающие пластины 4 исключают взаимное влияние полей вторичного излучения рассеивающих пластин 3. Детекторы рентгеновского излучения 5 упорядоченно расположены со стороны боковой поверхности рассеивающего тела 2 в области формирования рассеянного излучения и вырабатывают сигналы, отражающие характер пространственного изменения интенсивности излучения, рассеянного каждой из рассеивающих пластин 3. В качестве детекторов рентгеновского излучения 5 могут быть использованы, например, многоэлементные пиксельные детекторы на основе арсенида галлия, описанные в работе [Толбанов О.П. Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия // Вестник Томского государственного университета. 2005. №285. С. 155-163]. Совокупность сигналов, сформированных детекторами рентгеновского излучения 5, преобразуется в кадр изображения и транслируется интерфейсным устройством 6 в персональный компьютер 7. В персональном компьютере 7 реализована вычислительная процедура, выполняющая формирование профилей сигналов вдоль каждой из рассеивающих пластин 3 рассеивающего тела 2. По профилю полученных распределений, по значениям коэффициентов формы (например, коэффициента асимметрии) и положения (например, верхней квартили) судят об условиях возбуждения рентгеновского излучения. Для этого строят калибровочные зависимости, отражающие изменения коэффициентов формы и положения экспериментально регистрируемых распределений как функции анодного напряжения и суммарной фильтрации излучения. Причем, для повышения достоверности измерений и расширения рабочего диапазона на нижней границе измерений результаты калибровки, полученные для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов с меньшими эффективными атомными номерам]!, используют совместно с результатами калибровки, полученными для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов со средними эффективными атомными номерами, а на верхней границе измерений результаты калибровки, полученные для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов с большими эффективными атомными номерами, используют совместно с результатами калибровки, полученными для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов со средними эффективными атомными номерами.
Использование детекторов рентгеновского излучения 5, установленных упорядочено в области формирования рассеянного излучения, и рассеивающего тела 2 в виде группы параллельных рассеивающих пластин 3 из материалов с разными эффективными атомными номерами, разделенных поглощающими пластинами 4 из материала с эффективным атомным номером большим, чем у рассеивающих пластин, выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения от указанного прототипа, так как не требует осуществления измерений при априорно неизвестных плотностях потока квантов рентгеновского излучения в области формирования ослабленного и рассеянного излучений за рассеивающим телом и позволяет учитывать пространственные распределения излучения, рассеянного одновременно несколькими рассеивающими пластинами, для калибровки устройства, что в совокупности приводит к расширению диапазона измерений.