ПОЛИКАПИЛЛЯРНЫЙ КОЛЛИМАТОР

Полезная модель относится к радиографическим приборам интроскопии, контроля и диагностики и может быть использована для решения задач промышленной интроскопии и томографии.
Известен аналог - радиационный интроскоп (патент РФ №2144662, опубликован 20.10.2000), в состав которого входит плоский источник рентгеновского излучения, матрица протяженных капилляров, расположенных параллельно с равными шагами поглощающих излучение стенок и пропускающих отверстий. Интроскоп позволяет получать изображение с использованием рентгеновского излучения (РИ) любой энергии. Недостаток аналога заключается в невозможности использовать подобную матрицу для получения изображения от точечного источника рентгеновского излучения (например, бетатрона), поскольку такая матрица поглощает кванты рентгеновского излучения, падающие не под прямым углом к матрице. Таким образом, возможности интроскопа ограничены типом геометрии используемого источника излучения.
Известен прототип - антирассеивающий рентгеновский растр (патент РФ №2171979, опубликован 10.08.2001) (поликапиллярный коллиматор), представляющий собой ячеистую структуру, содержащую множество трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение. Часть каналов может быть заполнена материалом с малым коэффициентом поглощения РИ, например, поливинилхлоридом. Недостаток прототипа заключается в высокой прозрачности стенок трубчатых каналов для жесткого рентгеновского излучения, а также малой поглощающей способности заполненных каналов, что приводит к невозможности использовать данный прототип для коллимации рентгеновского излучения высоких энергий (от сотен кэВ и выше).
Актуальность задачи состоит в обеспечении возможности применения коллиматора в широком диапазоне энергий РИ, в частности - в диапазоне энергий от сотен кэВ и выше, что позволяет рентгенографировать более плотные объекты.
Техническим результатом является расширение возможностей измерений за счет использования рентгеновского излучения высоких энергий.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного поликапиллярного коллиматора для преобразования рентгеновского излучения (РИ), представляющего собой набор трубчатых каналов - капилляров, часть которых заполнена материалом, в предложенном коллиматоре в качестве материала, заполняющего капилляр, использован материал с большой плотностью и высоким атомным номером, обеспечивающий сильное поглощение рентгеновского излучения, при этом каналы взаимно расположены таким образом, чтобы полый канал был полностью окружен заполненными каналами.
Кроме того, в коллиматоре площадь поперечного сечения полого канала может превышать площадь поперечного сечения заполненного канала для повышения эффективности пропускания коллиматора.
В отличие от прототипа, в котором материал, заполняющий трубчатые каналы, имеет малый коэффициент поглощения излучения и служит для уменьшения неконтролируемых деформаций в процессе изготовления коллиматора, в предложенном коллиматоре материал, заполняющий капилляры имеет иное назначение: капилляры выполнены из материала, прозрачного для рентгеновского излучения, а рентгеновские кванты, претерпевшие рассеяние, поглощаются в капиллярах, заполненных материалом, сильно поглощающим РИ.
Заполняющим материалом являются материалы с большой плотностью и высоким атомным номером, обеспечивающие сильное поглощение в области высоких энергий рентгеновского излучения.
На фиг.1 изображена схема формирования рентгеновского изображения.
На фиг.2 представлены два варианта (варианты а и б) конфигурации поликапиллярного коллиматора.
Физическая основа процессов, происходящих в коллиматоре, состоит в следующем. На Фиг.1 изображена схема формирования рентгеновского изображения: рентгеновские кванты (3), генерируемые источником излучения высоких энергий (1) (например, бетатроном (http://inri.tpu.ru)), падают на объект (2). Часть квантов проходит сквозь объект с рассеянием на небольшой угол (4) и далее проходит через полые капилляры (8) коллиматора (7) без падения на стенки капилляров, формируя рентгеновское изображение (6). Часть квантов поглощается в объекте, а рассеявшиеся кванты (5) попадают в капилляры, заполненные материалом с высокими плотностью и атомным номером (9) (например, ртуть, свинец, вольфрам, золото и др.), и не участвуют в формировании изображения. Таким образом, формируется мозаичное рентгеновское изображение в диапазоне энергий от сотен кэВ и выше.
На Фиг.2 представлены два варианта конфигурации поликапиллярного коллиматора: с капиллярами полыми (8) и заполненными (9) равных диаметров (вариант а) и с капиллярами, различающимися по диаметру:
диаметр полых капилляров (8) больше, чем заполненных (9) (вариант б). Заполненные капилляры окружают полые (вариант а), создавая таким образом подобие стенок, в которых происходит поглощение рассеянного рентгеновского излучения высоких энергий. Вариант (б) отличается большей площадью пропускания рентгеновского излучения, что повышает эффективность пропускания и приводит в конечном итоге к уменьшению требуемого времени экспозиции. Форма, размеры, взаимное расположение и количество полых и заполненных капилляров выбираются на основании расчета по оптимизации системы.
Расчеты, проведенные методом Монте-Карло, показали эффективность заявляемого поликапиллярного коллиматора для тормозного излучения с граничной энергией 7,5 МэВ