Газоразрядный преобразователь рентгеновского изображения в видимое

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 63515 ЕСПУБЛИК ЕТЕНИЯ О К АВТ ающего контроправочник в 2-х в, М.: Машино Изобретполучения втах с помощможет бытьтгенодиагноконтроле качЦель иэизображен изображения и ой разрешаюстроиствам и об обьекзлучений и инской ренрушающем делий.ие качества отношения ение относится к у зуальной информаци ью ионизирующих и спользовано в медиц тике, а также в нераэ ества ма 1 ериалов и из бретения - улучшен я зд счет повышение эриднт конст- рентгеновскона фиг 2 )олнения ГРП в видимое для ГОСУДАРСТВЕ Ч 1 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ УУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническоминституте им. С,М, Кирова(53) 621,387.424(088 8)56) Добромыслов В.А., Румянцев С В Радиационная интроскопия. М Атомиэддт,1972, с, 351Приборы для нердэрушля материалов и иэделий, Скнигах, т. 1, ред, В, В, Кл юестроение, 1986, с. 352.Авторское свидетельство СССРЬ 1085433, кл, Н 01 Л 47/22, 1982,(54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯВ ВИДИМОЕ(57) Изобретение относится к устройствамполучения визуальной инфорлации об обьектах с помощью ионизирующих излучений,а именно к газоразрядн ыл и реобразователям рентгеновского иэображения в видимое. Целью изобретения являетсяповышение отношения сигнал/шум изображения для улучшения качества получаемого(5)л 0 01 Т 1/20, Н 01 ) 47/08 иэображения за счет улучшения пространственной разрешающей способности преобразователя. Скрытое электронное изображение формируется входным электродом на внутренноо поверхность которого последовательно нанесены слой сцинтиллятора, спектр люминесценции которого лежит в области вакуулного ультрафиочетового (ВУФ) излучения, и фотокатод, на внутреннюю поверхность прозрачного электрода нанесен низкоаольтныи кдтодолюминофор, д в качестве рабочего дэа использован легкии инертный газ с добавкой многоатомного газа, спектр фотопоглоще. ния которого перекрывает область ультрафиолетового излучения рдэряда Сцинтилчятор выполнен из лдтеридла КМ 9 Рз толщиной 20 - 100 мкм и с длиной волны, лежащей в ВУФ-области излучения, а фотокатод выполнен из золота, которое стойко к окислительно-востановительной реакции, Концентрация металла в количестве 0,7-1.6/ позволяет устранить влияниео ВУФ-излучения разряда на фотокатод. а резистивное соединение катодолюмонофора и фотокатода позволяет повысить предель ную частоту работы преобразователя До. Сд стоверность результатов контроля увеличивается в 3-7 раз. 3 э.п. ф-лы. 4 ил. сигнал-шум анализируемого повышения пространственн щий способности,На фиг. 1 представлен руктивного выполнения ГРП го изображения в видимо вариант конструктивного вь рентгеновского изображениработы с высокочастотными источниками излучения; на фиг, 3 - кривая зависимости выхода электронов от толщины сцинтиллятора; на фиг, 4 - кривые зависимости изменения флюенса фотоэлектронов, нормированные на 1 мкр от концентрации добавок метана при различных напряженностях электрического поля,Гдзоразрядный рентгеновский преобразователь ГРП изображения н видимое содержит заполненный газом рабочий обьем, ограниченный рамкой и двумя плоскопдраллельными электродами, один из которых прозрдчный для видимого света, последондтельно нанесены слой сцинтилляторд и фотокдтод, на ннут 1)еннюю поверхность проэрачнОго электрода 1 ганесен слой низковольтного кдтодолюлинофорд, д н качестве р; бочего газа использован ле кйй инертный гаэ с добавкой многодтомнцо газа. спектр фотогоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда. Для повышения срока службы фотокатод выполнен в виде пленки из эолотэ, толщиной 2,5-5 нм. Сцинтиллятор выполнен н ниде слоя КМЦГз толщиной 20 - 100 мкл. В качестве рабочего газа используется неон с добавкою метана в количестве 0,7-1,6 О, а на снутреннюю поверхность электрода нанесен низковольтный катодолюминофор,При таком исполнении слоев с газоразрядного преобразователя ГРП, комптоновские и фотоэлектроны которые обраэуюгся н результате взаимодействия рентгеновского излучения и сцинтиллятора, имеют значи тельно меньшую длину свободного пробега (плотность сцинтиллятора более чем в 100 раз превышает плотность газа в известном решении), а это не позволяет быстрым электронам уйти от оси первичноо пучка. Образованное комптоновским и фогоэлек- ронами световое изображение уже с меньшей геометрической нереэкостью, чем у известного преобразователя переносится на фотокатод, который формирует скрытое электронное иэображение. Электроны, вышедшие иэ фотокатодд, имеют тепловую энергию и не могут далеко уйти от оси пу кд светового изображения. Таким образом, скрытое электронное изображение получается сформированным вблизи плоскости фотокатода, Наличие оптимальной толщины кристалла позволяет увел; чпь эффективность поглон,ения рентгеновского излучения. Оптимальная толщ. на определена как максимум выхода вторичных электронов, образовавшихся под действием рентгеновского излучения, из слоя сцинтиллятора и имеет кривую с максимальным значением в виде плата лежащего в пределах 10 15 20 25 30 15 40 45 50 от 20-100 мкм Наличие максимума обьясняется следующим образом,Число частиц нд поверхности полотителя определяется заряженными частицами, приходящими только из заднего голупространстнд, С увеличением глубины к ним добавляются частицы, приходящие иэ переднего слоя поглотителя между поверхностью и рассматриваемой точкой, это приводит к воэрдстанию числа частиц. Одновременно н этом же слое идут процессы поглощения и рассеяния фотонон, что уменьшает число частиц. Таким образом, формирование числа частиц обусловлено двумя противоположно действующими факторами, До некоторой оптимальной глубины преобладает приход электронов, после этой глубины преобладает фактор ослабления пучка первичного излучения. На этой равновесной глубине число частиц принимает максимальное значение.Для повышения срока службы фотокатода используется золотая пленка, которая слдбо подвержена действию окислительновосстановительной реакции.Для формирования видимого иэображения на электроды ГРП подается высоковольтный илпульс питания, При развитии электронно-фотонных лавин удельный выход резонансного излучения определяется напряженностью электрического поля между электродами ГРП и для неона в рабочем диапазоне напряженностей (Е = 10 кВ/см, Е20 кБ/см) составляет 120-110 фотонов д один свободный электрон н лавине,(1 люенс электронон, выходящих из фотокдтода н газовый промежуток под действием накцинного ультрафиолета ВУФ излучения разряда, может быть рассчитан. Добавки метана н количестве 0,7-1,6% (при Е - 10 кВ/см и Е = 20 кВ/см) практически полностью подавляют ВУФ излучение разряда и защищает фотокатод от образования фотозлектроцон цод их действием, что зашулляло бы анализируемое изображение.Г 1 ри работе с высокочастотными источниками излучения для повышения предельной частоты работы преобразователя слой катодолюминофора электрически соединен с проводящим покрытием прозрачного электрода, конец которого подключен к фотокатоду, а сопротивление резистора выбрано из соотношения13 1 Сгде Рг, - р -- обьемное сопротивление кдтодоламинофора;,р - проводимость;1- толщина слоя;Я - площадь кдгодолюглинофора;1 - часто 1 а следования импульсов излучения;С - еглкость катодолюминофора и прозрачного элек 1 рода,Конструктивно ГРП рентгеновскогоизображения о видимое состоит иэ входного электрода 1 с нанесенным на него последовательно слоя сцинтиллятора 2 иФотокатода 3, прозрачного электрода 4 снанесенным на него проводящим покрытием 5 и катодолюглинофором 6 с рамкой 7 игазовым наполнением 8.ГРП рентгеновского изображения в видимое для работь с оьсокочдстотными источниками излучения отличаетсясопротивлением резистора 9, который подключается между окисной пленкой и фотокдтодом,На фиг, 4 позициями обозначены кривая 10 - напряженность электрического поля 10 кБ/см, кривая 11 - принапряженности электрического г 1 оля 20кБ/см, кривая 12 - соответствует 1 ь выхода Флоенсд фотоэлектронов из фотокатодапод дейстоиегл сцинтиллятора без добавокмногоатомого газа, при Е - 10 кР/см.Газордзрядный преобразователь рентг еновского изображения в еидимое, содержащий заполненный гдзогл рабочий обьем,ограниценьй рамкой и двумя плоскопараллельными злсктродагли, один из которыхпрозрачный для видимого солта, пгследдательно наносеы слои сцинтилля 1 ора и фотокатод, нд онутренноо 1 оверхостьг 1 розрдчного электрода нанесен слой низковольтного катодол;оминофорд, д о качестверабочего газа использован легкий инертныйгаэ с добавкой гногодтомного газа, спектрфотопоглощения ко 1 орого перекрывает область ультрафиолетового излученля разряда, работает следуощим образом.Импульс рентгеновского излучения,прошедший через обьект контроля. взаимодействует с кристаллом сцинтилляторд, врезультате чего появляются комптоновскиеи фотоэлектроны, которые имеют малуюдлину свободного пробега, что не позволяетигл уйти от оси первичного пучка на большоерасстояние. Из крупных центров ионизации. образованных вдоль траектории движения электронов первичной ионизации;формируется световое изобрдкение обьекга контроля, которое переносится на фотокатод. Световое излучение, взаимодействуяс атомами фотокатода, Формирует скрытоеэлектронное изображение, Энергия электронов, выходящих из фотокатода, порядкатепловой, поэтому они не могут далеко уйтиот светового пучка. Наибольшая эффектив 5 10 15 20 2 5 30 35 40 45 50 55 ность взаимодействия рентгенооскоо излучения со сцинтиллятором достигается благодаря оптимизации сцинтиллятора, полученной расчетным путем методогл Монте-Карло, кривой обьясняется двумя противоположно действуощими Факторами, приходом электронов иэ начальных и последующих слоев, а также факторов ослабления первичного пучка,С точки зрения получения наибольшего тока фотоэлектронов толщину пленки Фо 1 окатода следует выбирать 2,5 нм.Пленку толщиной 2.5 нм получить с достаточной однородностьк и электрической непрерывностью дооольно сложно, поэтому на практике толщину пленки вьбирдют не менее 5 нм. При использовании более толстой пленки уменьшается выход фотоэлектронов, что потребует увеличения падаюц,его светового потока и, следовательно, тот же ток эмиссии будет получаться при большем выделении тепла в пленке.Для преобразования скрытого электронного иэображения, вышедшего из Фотокдтода, в видимое нд электроды ГРП подается высоковольтный импульс напряжения питания, под деистоием которого развиваются электронно-фотонные лавины, Наличие катодолюминофорд позволяет их регистрировать Средняя энергия электронов о лавине для неона лежит выше пороговой границы регистрации кдтодолюминофоГд д добавки метана в количестве 0,7-1,6%, полученные расчетным путем, практически полностью исключают влияние ультрдфиолетооого излучения, образованного атоглдми, оозбужденньли резонансно Флюенс электронов, выходящих из фотокдтодд под действиегл ВУФ излучения разряда о зависимости от концентрации метана, рдсчитывдлся по известной формулеКонцентрации добавок метана определены при флюенсе электронов выходящих из фотокатода на уровне 0,01 1, где 1 - флюенс электронов, выходящих из фотокатода под действием сцинтиллятора, определено о соответствии с известным соотношением,После окончания импульса питания происходит стекание остаточных зарядов с катодолюминесцентного слоя. Для уменьшения времени стекания зарядов и тем самым повышения частоты работы преобразователя катодолюминофор через резистор электрически соединен с фотокатодом.Таким образом, последовательное нанесение слоя сцинтиллятора и Фотокатода на электрод, а также использование легкого1635152 1 2,5 инертого газа с добавкой многоатомного газа, спектр фотопоглощения которого перекрывает область ультрафиолетового излучения разряда и нанесенным нд онуреннюю пооерхность прозрачного электрода слоя низконольтного катодолюминофорд, позволяет получить более нысо:.ое качество иэображения у предлагаемого устройствд и повышает достоверность результатон контроля о 3-7 раз. Формула изобретения 1. Газораэрядный преобразователь рентгеновского изображения о видимое, содержащий заполненный газом рабочий обьем, огрдниченньй рамкой и двумя плоскопараллельными электродаи, один иэ которых прозрачый для видимого света, отличающийся тем.что селью улучшения качества цолучаелоо изображения зд счет повышения отношея сигнал/шум анализируемого изобрджсния и повышения пространственной разрешдющей способности цреобрдзователя, нд внутреннюю поверхость нходного электрода последовательноднесены слой сцинтилляторэ и фогокатод, нэ ннутренного погерх:эсть прозрачного электрода нднесен слой .изковольтного кагодолюминофорд, а в качестве рабочего газа использован легкий инертный газ с добавкой лногодтоного газа, спектр фотопоглощения которого перекрыоает область ультрдфиолетовоо иэл ения рдзрядд,2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения срока5 службы, фотокатод ныполен н виде пленкииз золота толщиной 2,5-5 нл, д сцинтиллятор оыполнен о ниде сгоя КМОГ толщиой20-100 нм.3, Преобразователь по п. 1, о т л и ч д ю 10 щ и й с я тем, что в качестве рабочего газаиспользован неон с добавкой многоатомного газа метанд в количестве 0,7-1,6;4.4, Преобразователь по пп. 1 - 3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельо повышения15 гредельной частоты работы преобразователя, слой катодоломинофорд элекрическисоединен с проводящим покрьтел прозрачного электрода, а между фотокдтодом ипроводящим покрытием подключен рези 20 стор с сопротивлениемР----- - - Гоб,13 1 Сгде Боб.= гт -- обьеое сопротивление кд525 тодолюминофора:/э его Гроводимость;- толщина слоя;5 - площадь кагодоломинофора,1 - частота следования импульсоо излу 30 ченияС - емкост лдтодоломинофсрд и про.эрачного злектродд,Малец Тираж 308 Подписноерственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ри ГКНТ СС Производственно-издательскии комбинат "Патент",Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 755 ВНИИПИ Го б Л х мчи оп