WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 4 07;12 Преобразователь рентгеновского изображения в оптическое © К.Т. Аветян, М.М. Аракелян, С.А. Анчаракян, А.Г. Патваканян Ереванский государственный университет, 375049 Ереван, Армения (Поступило в Редакцию 19 августа 1998 г.) Разработан экран-преобразователь рентгеновского изображения в оптическое с высоким пространственным разрешением и большой эффективностью поглощения и преобразования рентгеновского излучения.

При использовании прямых методов рентгенодифрак- Излучение вне этого угла в ВОД не проникает, поционных топографических исследований изображение скольку не выполняется условие полного внутреннего структурных несовершенств кристаллов преобразуется в отражения на границе световедущей жилы и оболочки.

видеосигнал в передающей телевизионной трубке (ви- Этим условием и определяется предельный угол падения дикон) с фотопроводящим слоем, чувствительным к на границе люминофор-ВОД рентгеновскому диапазону излучения. Однако по ряду причин чувствительность таких видиконов низка и они n2 - n2 c ob могут работать при очень больших интенсивностях рент- sin = nl геновского излучения [1,2]. Видиконы с большой чувствительностью существуют для оптических диапазонов и минимальное разрешаемое расстояние излучения. Для их использования в топографических z0 исследованиях требуется промежуточное звено — экран= n2 - n2.

преобразователь рентгеновского изображения дефектов nl c ob в видимое изображение. Однако основные тербования, Поскольку световой поток, входящий в одну из светопредъявляемые к экрану-преобразователю (большая эфведущих жил, после многократного отражения на выходе фективность поглощения и преобразования рентгеновбудет распределен равномерно по сечению жилы, то ского излучения и высокое пространственное разрераспределение потока на выходе будет дискретным. В шение деталей изображения) являются конкурентными нашем случае это существенно, так как минимальное факторами. Расчеты показывают, что для однородного разрешаемое расстояние порядка диаметра жилы. Отмепрозрачного (для оптического диапазона) слоя люмитим еще одну особенность сочетания слоя люминофора нофора (с учетом условий Рэлея) минимальное расстос ВОД. Легко убедиться, что при любом расстоянии яние между двумя светящимися точками, изображения которых разрешаются, 2z0 (z0 — толщина слоя nl люминофора). Притребовании 10 µmтолщина слоя z z0 = z0 5 µm не обеспечивает достаточную эффективность n2 - nc ob поглощения рентгеновского излучения. Толщина реального слоя еще меньше. Например, согласно приведенным светящейся точки от поверхности ВОД распределение экспериментальным данным в [3], (5 - 6)z0.

светового потока на выходе остается неизменным, поНами создан экран-преобразователь, который обес- скольку число жил, участвующих в формировании изображения, и поток в каждой из них те же самые. Разпечивает требуемое пространственное разрешение при намного больших толщинах слоя. При этом обеспечива- решающая способность ВОД определяется диаметром d ется большая эффективность преобразования и, следова- жил и равна половине числа жил на единице длины [4], тельно, светосила. Одновременное увеличение двух кон- а минимально разрешаемое расстояние 2d. Таким образом, толщина слоя люминофора, обеспечивающая курентных факторов достигается сочетанием плотного максимальное разрешение, однородного слоя люминофора с волоконнооптическим диском (ВОД). При таком сочетании на выходе ВОД 2dnl изображение светящейся точки формируется излучением z0 =.

внутри малого телесного угла n2 - n0 ob (n2 - n2 ) Светосила сочетания слой люминофора-ВОД опредеc ob =, n2 ляется потоком света, проникающего в ВОД, и зависит l от параметров люминофора: коэффициентов поглощения где nc и nob — показатели преломления световедущей рентгеновского и оптического излучений µp, µo, коэффижилы и оболочки, nl — показатель преломления слоя циента преобразования, толщины слоя z и параметров люминофора. ВОД nc, nob.

Преобразователь рентгеновского изображения в оптическое Для выбора параметров, обеспечивающих максималь- разрешающая способность одна и та же. Для ВОД с ную светосилу (при заданной разрешающей способноапертурой A = n2 - n2 = 0.54, d = 8 µm, nl = 2.2, c ob сти), необходимо аналитическое выражение функции z 60 µm. При таких толщинах почти у всех массивных (, µp, µo, z, nc, nob, nl) — потоки света на выходе ВОД.

прозрачных люминофоров µpz < 1 (для излучения При нормальном падении на слой толщиной z0 узMo K = 0.71 ). Кроме того, весьма существен кого параллельного пучка рентгеновского излучения в тот факт, что для массивных люминофоров значение слое толщиной dz на глубине z0 - z (точка z = коэффициента преобразования весьма низко (1–2%), выбрана на выходе слоя) поглощенное излучение будет намного больше для порошкообразных активированных dl(z) = I0µp exp[-(z0 - z)µp]dz, (I0 — интенсивность люминофоров с размерами зерен 3-5 µm (20-22%) [5].

падающего излучения). Поток оптического излучения, Мы выбрали порошкообразный люминофор Gd2O2S, аквозникший в этом слое и приходящийся на телесный угол тивированный тербием (Tb). Всем традиционным спо, на входе слоя будет собам осаждения слоя из порошка присущ весьма нежелательный недостаток. При осаждении слоя в нем неиз d=I0µ exp (-z0 - z)µp exp(-µ0z)dz.

бежно возникает множество пор с рамерами, в несколько раз превышающими размеры зерен. Эти поры являются Интегральный поток света, проникающий в ВОД, как бы слепыми областями экрана, и на изображение будет накладывается структура экрана. Это особенно заметно при малых толщинах. Кроме того, при рыхлом слое n2 - n2 µp c ob приходится увеличивать толщину слоя для обеспечения =I0 exp(-µ0z) - exp(-µpz) 4nl µp - µнеобходимого поглощения рентгеновского излучения.

Нами разработана методика осаждения люминофора (в дальнейшем z —толщина слоя).

с однородностью и плотностью, достаточной для наших Максимальное значение функции (равное единице) целей [6]. Суть метода заключается в следующем.

µp С порошком люминофора смешивается связывающее, F(µp, µ0, z) = exp(-µ0z) - exp(-µpz) жидкое, полимеризующее вещество в соотношении 1 : µp - µ(объемном). Смесь наносится на тщательно очищенную достигается при полном поглощении рентгеновского изповерхность ВОД. Далее смесь подвергается вибрации лучения (µpz 1) и отсутствии поглощения оптическос частотой 50-100 Hz. При этом плотность смеси го излучения (µ0 = 0).

существенно увеличивается и густая паста распростраНецелесообразность прозрачных слоев обсудим наняется по поверхности ВОД. Критерием уплотнения жие. Рассмотрим слои с µ0 = 0. Функцию F(µp, µ0, z) смеси является выход на поверхность излишней жидпредставим в виде кости. Толщина, при которой µpz = 1, достигается механической полировкой после затвердевания слоя. Изsh µz µ F(µ,, µ, z) =µz exp(-µz) 1 +, мерения показывают, что толщина слоя, изгтовленного µz µ из порошка Gd2O2S, при котором µpz = 1, z 50 µm (для Mo K). Максимальная прозрачность получилась обозначая µp + µ0 = 2µ, µp - µ0 = 2µ. Множитель бы при значении показателя преломления связующего µz exp(-µz) имеет максимум при µz = 1. Множитель вещества, равного показателю преломления зерен люsh µz минофора (для Gd2O2S nl = 2.2). Нам не удалось = найти связующее вещество с таким показателем прелоµz мления. Подходящей считали эпоксидную смолу ОП-1;

при µz 1 и немного больше единицы при µz 0.28. Кроме того, не велик выбор ВОД. Несмотря на (заметим, что µ µ). Значит, при µz 1 знаэто, экран-преобразователь вполне удовлетворяет тречение функции F(µ,, µ, z) определяется множителем бованиям визуализации рентгенодифракционных топо(1 +µ/µ), который может меняться от 1 до 2.

графических изображений структурных несовершенств кристаллов при сочетании с супервидиконом ЛИ-702.

Разрешающая способность измерялась веером вольфЭксперимент и результаты рамовых нитей диаметром 10 µm. При толщинах Выбор параметров слоя люминофора (, nl, µp, µ0, z) слоя 50-60 µm разрешающая способность составляи волоконнооптического диска (nc, nob, d) диктуется ет 30–35 пар линий на mm, что совпадает с расчетусловиями максимума светосилы при заданном значении ным значением. Плотность слоя 1 (0.6 - 0.7)разрешающей способности. Мы уже установили, что при (2 = 7.2g/cm3 для Gd2O2S).

любой толщине слоя Осаждение люминофора на ВОД еще удобно тем, что оптическое изображение на выходе можно почти без 2dnl z потерь интенсивности и без искажений перевести на n2 - nфотокадот супервидикона непосредственным оптическим c ob Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 134 К.Т. Аветян, М.М. Аракелян, С.А. Анчаракян, А.Г. Патваканян контактом с входным окном супервидикона (оно тоже волоконно-оптическое). При любом другом способе перевода изображения на фотокатод большие потери и искажения неизбежны.

Эксперименты были проведены с экранами, осажденными на ВОД, с апертурой A = 0.54. Поскольку светосила пропорциональна A2, а разрешающая способность 1/A, то при замене ВОД с A = 0.54 на ВОД с A = 1 ожидалось увеличение светосилы в 1/(0.54)2 раз и уменьшение разрешающей способности в 0.54 раз.

Однако при такой замене уменьшается и толщина слоя, при которой разрешающая способность максимальна, и нарушается условие µz = 1. Таким образом, для начальных условий = 0.71 разрешающая способность 30 пар линий на mm оптимальными являются ВОД с апертурой A = 0.54 и люминофор Gd2O2S с толщиной z 50-60 µm.

Список литературы [1] Chikawa J., Fujimoto I. // Appl. Phys. Lett. 1969. Vol. 13.

P. 387.

[2] Chester A.N., Koch F.B. // Advances in X-ray Analisis. 1969.

Vol. 12. P. 165.

[3] Лобанова И.И., Провоторов М.Б., Галактионов С.С.

А.С. СССР. № 1222129, кл. H01 J 9/22. ДСП. 1996.

[4] Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов. Л.:

Машиностроение, 1977. 319 с.

[5] Гурвич А.М. Рентгенолюминофоры и рентгеновские экраны. М.: Атомиздат, 1976. 153 с.

[6] Аветян К.Т., Мелконян Т.К., Джотян А.П. и др.

А.С. СССР. № 1697548, кл. H01 J 9/22. ДСП. 1991.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.