Исследование системы пространственного отбора
рассеянного излучения на базе пинхола
Рентгеновская томография в последнее десятилетие стала
одним из наиболее эффективных методов диагностики как в технических приложениях,
так и в медицине. Существуют два типа рентгеновских томографов:
— трансмиссионный, который восстанавливает (реконструирует) объект на основе регистрации прошедшего через него
излучения;
— на рассеянном излучении, в котором восстановление осуществляется
на основе анализа рассеянного
от объекта излучения.
К числу объектов контроля, исследование которых возможно
лишь с применением томографии на рассеянном излучении, можно отнести следующие:
многослойные корпуса торпедных катеров, поиск за корпусом или под палубой несущих
балок, ребер жесткости, исследование динамики внешнего воздействия на защитные оболочки
в авиации, судостроении, корпуса многих изделий
в ракетно-космической технике, имеющие диаметр до 8 метров. Причем акустическое,
магнитное, тепловое и другие виды контроля в большинстве случаев оказываются неприменимыми.
При регистрации обратно рассеянного излучения взрывчатые вещества имеют больший
контраст по сравнению с бытовыми предметами, чем при регистрации трансмиссионного излучения. Возможность использования обратно рассеянного
рентгеновского и гамма – излучения основана на том, что интенсивность зарегистрированного
детектором сигнала определяется функцией распределения в пространстве объекта источников
излучения и 3 координатной функцией пространственной
чувствительности детектора. Комптоновская томография
— тема исследований, находящаяся на национальном уровне в США, для контроля обшивок
авиации [2, с. 45]. На рисунке 1 приведен график числа рассеянных фотонов по глубине обшивки,
а под ним этот же участок, но рассмотренный в сканирующем электронном микроскопе
(для проверки точности измерений, полученных путём обратного рассеяния).
В Бразилии комптоновская томография широко используется
для определения плотности и влажности почвы. Рисунок 2 представляет собой продольные
сечения образцов почвы. Число зарегистрированных обратно рассеянных квантов представлено
определённым цветом. Пинхол представляет
собой отверстие небольшого диаметра (до 10мм) в пластине. Также существуют системы
отбора на базе пинхола, где в форме конструктивного элемента, используется конус
(находят широкое применение в медицинских исследованиях). Ниже приведены характеристики пинхольных
систем коллимации:
1. Фактор увеличения М (имеет знак минус, так как изображение
перевёрнутое):
М = — b/a,
где b – расстояние между пинхолом и детектором, мм;
a – расстояние пинхол – точечный рассеиватель, мм.
2. Пространственное разрешение системы Rsys (под системой будем понимать пинхол плюс детектор):
Rsys = (Rph2 + (Ri/M)2)1/2, где Rph – пространственное разрешение пинхола, мм;
Ri – собственное разрешение детектора (например,сцинтилляционного
кристалла), мм.
3. Пространственное разрешение пинхола Rph:
Rph = d(b+a)/b,
где d – диаметр пинхола, мм.
4. Чувствительность G:
G = 1/16·(d/b)2·(a+b).
5. Эффективный диаметр de:
de = d(d + 2μ −1 tan (α 2)) ,
где μ – линейный коэффициент поглощения стенками пинхола,
см-1;
α – конический угол коллиматора, град.
В известных работах по коллимированнию с помощью пинхола,
как правило, не учитывается фактор неоднородности систем регистрации, связанные
с формой «губок” пинхола.
Фотометрия пленок определила пространственное разрешение
изображения объекта мониторинга менее
1мм только на пленке, на которой регистрировались рассеянные гамма – кванты с помощью пинхола с диаметром отверстия.
Таким образом, можно сделать вывод по результатам эксперимента, что пинхол диаметром 1мм обеспечивает пространственное
разрешение порядка 1мм. Пинхольные системы
являются перспективными для целей коллимации рассеянного излучения в досмотровых системах (аэропорты,
порты, таможни и т.д.) и при проведении контроля зданий и сооружений по альбедным
данным при проведении экспертизы промышленной безопасности. Для медицинских целей
такие коллимирующие системы имеют проблематичность в применении, связанную в ограниченной
дозовой нагрузке на пациента. В нашей стране комптоновская
томография не используется для контроля по причине сложных и дорогостоящих аппаратных и программных
средств для обработки данных и визуализации изображения.