СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ КОНВЕРТЕР

Полезная модель относится к радиографическим приборам интроскопии, контроля и диагностики и может быть использована для решения задач промышленной интроскопии и томографии,
Известны аналоги - сцинтилляционный детектор (патент РФ №02303278, опубликовано 2007.07.20), в состав которого входят два соприкасающихся сцинтиллятора, частично покрытых светоотражающим покрытием, и сцинтилляционный детектор нейтронов (патент РФ №02300782, опубликовано 2007.06.10), в состав которого входит пластиковый сцинтиллятор с нанесенным светоотражающим покрытием по всей внешней боковой поверхности. Недостаток аналогов заключается в отражении высвечиваемых световых фотонов от поверхности с нанесенным на нее зеркальным слоем, что приводит, как показано на Фиг.1, к ухудшению качества изображения (оптическому размытию), получаемого на сцинтилляторе, поскольку важным требованием качества изображения является строгое соответствие между изображением, формирующимся в сцинтилляторе, и изображением, формирующимся регистрирующей системой.
Известен прототип - сцинтилляционный детектор (заявка на изобретение №94015766/25 от 27.04.1994 г., опубликована 1996.04.27), в состав которого входит сцинтилляционный конвертер, представляющий собой сцинтилляционный монокристалл, покрытый со стороны падения ионизирующего излучения люминесцентным экранным слоем с зеркальным покрытием. Недостаток прототипа так же, как у аналогов, заключается в отражении высвечиваемых световых фотонов от поверхности с нанесенным на нее зеркальным слоем, а также от боковой поверхности сцинтилляционного кристалла.
Актуальность задачи состоит в получении достоверного изображения объекта исследования. Техническим результатом является повышение качества получаемого изображения за счет поглощения фотонов, попавших на боковую и тыльную поверхности сцинтиллятора.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного сцинтилляционного конвертера ионизирующего излучения в оптическое излучение для радиографии, содержащего расположенный на пути распространения ионизирующего излучения сцинтиллятор с покрытием, расположенным на сцинтилляторе со стороны, противоположной выводу оптического излучения, в предложенном конвертере в качестве материала покрытия использован материал, обеспечивающий поглощение оптического излучения в спектральном диапазоне высвечивания сцинтиллятора.
При этом материалом покрытия служит материал с коэффициентом преломления большим или равным коэффициенту преломления материала сцинтиллятора и обладающий светопоглощающими свойствами. Например, в качестве основы состава материала покрытия может быть выбрано жидкое или гелеобразное вещество, заключенное в оправу, светопоглощающие свойства материала обеспечены введением в основу примеси. Конкретно, материал покрытия может представлять собой смесь оптической смазки с мелкодисперсным сажевым порошком. Другим вариантом практической реализации покрытия является использование в качестве материала покрытия черной краски на основе растворителей, химически нейтральных к материалу сцинтиллятора. Покрытие может быть дополнительно нанесено на внешнюю боковую поверхность сцинтиллятора.
Физическая основа процессов, проходящих в конверторе, состоит в следующем. Оптические фотоны, генерирующиеся в сцинтилляторе после воздействия на него ионизирующего излучения, высвечиваются в телесный угол 4π, а в регистратор попадает только часть из них, ограниченная входной апертурой оптической системы регистратора. В связи с этим возникает необходимость отсеивания фотонов, отраженных от внутренних граней сцинтилляционного детектора, т.к. их присутствие негативно сказывается на качестве оптического изображения. На Фиг.1 схематично изображены траектории фотонов света, вылетевших из сцинтиллятора. Для получения качественного изображения необходимо, чтобы все фотоны появившиеся вдоль пунктирной линии в сцинтилляторе посредством оптической системы направлялись в одну и ту же область на поверхности регистратора. Однако фотоны, вылетающие в «заднюю» полусферу и претерпевшие отражение от поверхности сцинтиллятора, не попадают в требуемую область. Это явление приводит к размытию регистрируемого изображения. Таким образом, для повышения качества изображения необходимо добиться полного поглощения фотонов, попадающих в регистратор после отражения от поверхности сцинтиллятора.
При выборе материала для покрытия, обеспечивающего поглощение оптического излучения в спектральном диапазоне высвечивания сцинтиллятора, фотоны, попадающие на тыльную грань сцинтиллятора (сторону, противоположную выводу оптического излучения) и его боковую поверхность, поглощаются в расположенном на нем покрытии и не участвуют в формировании изображения в регистраторе, что приводит к повышению качества изображения.
Существует эффект отражения фотонов от внутренней поверхности сцинтиллятора, причем при падении излучения на поверхность раздела сред под углом больше чем «угол полного отражения» излучение не может выйти через границу раздела сред. Для того чтобы избавиться от эффекта полного отражения необходимо, чтобы коэффициент оптического преломления материала, окружающего сцинтиллятор был больше или равен коэффициенту преломления материала самого сцинтиллятора. Кроме того, необходимо добиться максимально полного поглощения излучения вышедшего за границу раздела сред. Существующая необходимость поглощения световых фотонов, испытывающих полное внутреннее отражение от поверхности сцинтиллятора обеспечена выполнением условия разницы в показателях преломления: коэффициентом преломления материала покрытия (больше или равен) коэффициенту преломления материала сцинтиллятора. При этом материал должен обладать светопоглощающими свойствами.
Важным является обеспечение более плотного прилегания покрытия к поверхностям сцинтилляционного кристалла. Это достигается использованием в качестве основы состава материала покрытия жидкого или гелеобразного вещества, заключенного в оправу, препятствующую растеканию материала. Реализацией является выполнение светопоглощающего покрытия из оптической смазки (гелеобразной основы) промышленного производства с взвешенным в ней мелкодисперсным сажевым порошком (примеси, придающие материалу светопоглощающие свойства). Одним из вариантов материала покрытия является черная краска на основе растворителей, химически нейтральных по отношению к веществу сцинтиллятора. Краска позволяет технологически просто решить проблему нанесения покрытия. Однако, она не является гарантией полного поглощения фотонов.
На Фиг.1 приведена схема переноса световых фотонов от сцинтиллятора к регистрирующей системе, на Фиг.2 - схематично изображен сцинтиллятор с нанесенным покрытием (1 - сцинтиллятор; 2 -оптическая система; 3 - регистратор; 4 - светопоглощающее покрытие).
Конвертер представляет собой сцинтиллятор из ортосиликата лютеция (LSO) (1) с нанесенным покрытием (4). В качестве основы покрытия использована силиконовая оптическая смазка, в качестве светопоглощающей примеси использован сажевый порошок. Светопоглощающее покрытие было нанесено на торцевую поверхность сцинтиллятора, обращенную к источнику рентгеновского излучения. С противоположной стороны располагались оптическая (2) и регистрирующая (3) системы. Полученные в эксперименте данной конфигурации изображения имеют высокую контрастность и резкость при отсутствии посторонних бликов, что дает возможность сделать вывод о достижении требуемого технического результата.