Характеристика источников рентгеновского излучения
ЛЕКЦИЯ 14. ФИЗИКА И ТЕХНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
На слайде 1 представлен план лекции.
Введение
14.1. Виды и особенности рентгеновского излучения.
14.2. Характеристика источников рентгеновского излучения.
Заключение.
Контрольные вопросы.
Тесты.
Список использованных источников.
ВВЕДЕНИЕ
Спектрометрические и спектроскопические методы исследования, основанные на взаимодействии ионизирующих излучений с веществом, являются важнейшим инструментом современной науки и техники, поскольку позволяют осуществлять исследование и неразрушающий контроль различных объектов органического и неорганического происхождения.
В настоящее время известны четыре вида ионизирующих излучений: a, и b- излучения, нейтронное и фотонное излучения. В фотонном излучении выделяют рентгеновские и гамма- лучи (X- и g- лучи). Рентгеновские лучи были открыты 8 ноября 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном, который за это открытие первым получил в 1901 г. Нобелевскую премию в области физики.
Источники рентгеновского излучения по происхождению (генезису) могут быть космическими и земными. Последние по условиям образования делятся на естественные и искусственные (техногенные).
Естественными источниками являются природные радиоактивные вещества, которые кроме радиоактивных лучей испускают и рентгеновские лучи. Энергия ионизирующих излучений измеряется в электрон-вольтах (эВ). Электрон-вольт – это энергия, которую приобретает заряженная частица, несущая один элементарный заряд (заряд электрона) при перемещении в электрическом поле между двумя точками имеющими разность потенциалов в 1 В (1 эВ » 1,60219×10–19 Дж.). Естественные радиоактивные источники излучают энергию постоянно. Их невозможно «выключить», что существенно усложняет защиту человека от вредного воздействия ионизирующих излучений. Поэтому они помещаются в специальные защитные контейнеры, которые и используются в установках, применяемых для досмотра багажа, определения полостей в металлических и иных конструкциях, установления химического состава различных веществ и др.
|
|
|
Искусственные (техногенные) источники считаются более безопасными, т.к. они генерируют рентгеновское излучение только в то время, когда на них подается высокое электрическое напряжение (обычно составляющее десятки или сотни киловольт). Энергия летящих (с катода) электронов в результате торможения на мишени анода преобразуется в рентгеновские лучи. В выключенном состоянии такие генераторы безопасны для обслуживающего персонала. Это явилось одним из аргументов широкого применения искусственных источников рентгеновских лучей в различных областях человеческой деятельности, в том числе в таможенном деле с 1896 г.
|
|
|
Виды и особенности рентгеновского излучения
Рентгеновское излучение можно рассматривать как электромагнитные волны, занимающие область между ультрафиолетовыми (УФ) и гамма- лучами (рис. 13.1.) в пределах длин волн от 10-2 до 10 ангстрем (1 А = 10-10 м) и как поток квантов, распространяющихся со скоростью света. Рентгеновский квант обладает энергией которая прямопорционально увеличению частоты ν, обратно пропорционально длине волны ג рентгеновского излучения:
где h – постоянная Планка, равная 6,62×10-34 Дж×с.
Частота рентгеновского излучения примерно в 1000 раз превышает частоту видимого света, поэтому проникающая способность рентгеновских лучей значительно мощнее световых. Энергия отдельного рентгеновского кванта может составлять значение от долей килоэлектронвольта (КэВ) до нескольких мегаэлектронвольт (МэВ).
Рентгеновские лучи с длинами волн близкими к ультрафиолетовым лучам, (ג > 2Å) и занимающие центральную часть рентгеновского диапазона (примерно от 0,1 до 10 нм) называются «мягкими» лучами. Ближе к границе с гамма-лучами располагаются «жесткие» рентгеновские лучи (ג < 2Å).
|
|
|
Рентгеновские лучи обладают особенностями, отличающими их от других видов электромагнитного излучения. Они:
– невидимы человеческим глазом, поскольку частоты рентгеновского излучения не пересекаются с частотами видимого света см. рисунок 14.1;
– распространяются прямолинейно, не огибают препятствие как звуковые и радиоволны, но не преломляются зеркально и не отражаются как световые лучи. Однако при взаимодействии с кристаллическими веществами они могут образовывать дифракционные максимумы, которые можно рассматривать как своеобразные зеркальные отражения от кристаллических плоскостей;
Рис. 14.1 Частотное распределение волн
электромагнитного излучения.
– способны проникать через большинство непрозрачных веществ отражаться от них;
– поглощаются и рассеиваются в других плотных веществах (свинец);
– оказывают неблагополучное воздействие на биологические объекты (человека);
– вызывают вторичное характеристическое излучение у облучаемых веществ;
– вызывают свечение (флюоресценцию) некоторых веществ (сернистый цинк, сернистый кадмий и др.);
|
|
|
– ионизируют газы (окружающую среду).
Прямолинейность и проникающая способность рентгеновского излучения позволили создать большое количество различных приборов (спектроскопов, флюороскопов, интроскопов и др.) полезных для человеческой деятельности, кроме микроскопов. Проникающая способность рентгеновских лучей увеличивается с уменьшением длины волн и повышением энергии квантов.
Эффект вторичного излучения, образующегося под воздействием первичных рентгеновских лучей, используется в ряде спектрометрических приборов, применяемых для определения химического состава облучаемого объекта.
Рентгеновское излучение, генерируемое искусственными источниками может быть двух видов:
– тормозное (с непрерывным спектром), которое используется, для просвечивания (интроскопии) различных объектов в том числе товаров с помощью рентгеновских установок ДРТ и ИДК;
– характеристическое излучение (с линейчатым спектром), которое используется для определения элементного состава разных веществ с помощью спектрометров Прим-1РМ, Магний-1, Призма (Au), Призма - Эко, МетЭксперт и др.
Тормозное рентгеновское излучение образуется при торможении летящих с катода электронов в материале мишени анода. Основная часть кинетической энергии летящих электронов превращается в тепло и только незначительная её часть преобразуется в кванты рентгеновского излучения (КПД < 1%). Один электрон может последовательно создать несколько фотонов с разной частотой излучения. При этом минимально возможная длина волны (в ангстремах) определяется формулой
lmin = 12,4/U,
 |
где U – напряжение между анодом и катодом, кВ. Чем больше U, тем сильнее разгоняются электроны, «набирая» соответственно и большую энергию. А чем больше энергии отдает электрон при ударе, тем короче длина волны рентгеновского излучения. Причиной наличия в тормозном излучении волн разной длины и частоты является тот факт, что летящие электроны передают разную (неодинаковую) часть своей энергии, создавая разные кванты рентгеновского излучения. Поэтому тормозное излучение характеризуется непрерывным спектром в достаточно широком диапазоне частот. Рисунок 14.2 иллюстрирует связь между длинами волн (λm и λmin), интенсивностью тормозного излучения (J) и величиной анодного напряжения (U).
Рис. 14.2. Интенсивность и спектр тормозного излучения
в зависимости от ускоряющего напряжения.
При повышении напряжения анода (U2, U1) волны с максимальной энергией λm смещаются в область более коротких длин.
Длина волны с максимальной энергией (интенсивностью) определяется по формуле λm» 3/2∙λmin. Если изменять анодный ток рентгеновской трубки (не меняя анодное напряжение), то спектр тормозного излучения и λm практически не будут меняться, но будет повышаться интенсивность рентгеновского излучения (Jx) и его проникающая способность.
Таким образом, увеличение проникающей способности рентгеновских лучей определяется уменьшением длины волны и увеличением интенсивности излучения. Уменьшить длину волны можно увеличением напряжения на аноде. При этом электроны будут сильнее разгоняться, а следовательно отдавать большую энергию при торможении.
Для того чтобы хорошо просматривались плотные предметы на мониторе рентгеновской установки, надо повышать напряжение анода и ток рентгеновской трубки. В генераторах рентгеновских лучей на основе рентгеновской трубки (используемых в ДРТ) напряжение анода можно регулировать в пределах 30¸300 кВ, а ток – в пределах 0,2¸6 мА.
Степень поглощения рентгеновского излучения зависит от природы вещества, (чем больше атомный номер элемента в периодической системе Менделеева, тем сильнее поглощение вещества), от толщины поглощающего слоя и длины волны излучения. Разнородные предметы, состоящие из различных веществ или имеющие различную толщину, будут неодинаково поглощать энергию, проходящих через них рентгеновских лучей. Поэтому, если прошедшее через объект (например, чемодан пассажира) излучение подать на специальный регистрирующий экран, яркость свечения участков которого зависит от энергии попадающих на него рентгеновских лучей, то можно получить теневые картины, характеризующие внутреннее строение объекта (интроскопию).
Для объекта состоящего из однородного вещества интенсивность прошедших через него рентгеновских лучей можно примерно оценить по формуле
I = Io×e-mx,
где Io – интенсивность падающих на объект рентгеновских лучей, m - линейный коэффициент ослабления в см-1, х – толщина объекта. Значение m фактически определяет степень ослабления интенсивности рентгеновских лучей при прохождении ими одного сантиметра объекта контроля.
Степень поглощения разных веществ принято оценивать по массовым коэффициентам ослабления, которые характеризуют ослабление излучения единицей массы вещества (значение такого коэффициента получают путем деления m на плотность вещества). Коэффициенты ослабления зависят не только от атомного веса вещества, но и от энергии воздействующего излучения.
Характеристическое рентгеновское излучение вызывается изменением энергетического состояния атомов материала при его бомбардировке квантами рентгеновского излучения. Попадающие на объект кванты передают часть своей энергии электронам атомов вещества, располагающимся на определенных расстояниях от ядра атома и вращающимися вокруг него (ядра) по определенным энергетическим орбитам (оболочкам) (K, L, М, N и т.д.). Если электрон внутренней оболочки атома (K- уровень) получает дополнительную энергию, то, он покидает эту орбиту (оболочку) и атом возбуждается. Возбужденное состояние является кратковременным состоянием атома. Освободившееся место в К-оболочке сразу заполняется электроном с внешних орбит, обладающим меньшей энергией связи (L, M, N - уровни). При этом атом возвращается в нормальное состояние и испускает квант (фотон) характеристического излучения с энергией равной разности энергий на соответствующих электронных оболочках (Еk – El). Частота характеристического рентгеновского излучения связана с атомным номером (L) вещества. В отличие от непрерывного спектра тормозного рентгеновского излучения характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый вид, т.е. определенное значение длины волны для данного материала.
Интенсивность характеристического излучения зависит от напряжения на аноде. Однако при напряжениях, используемых в рентгеновской досмотровой технике его вклад в создаваемое рентгеновской трубкой излучение незначителен.
Эффект ионизации газов рентгеновскими лучами используется в дозиметрических приборах, регистрирующих уровень радиации.
Воздействие рентгеновских лучей с высокой энергией излучения вызывает опасность вредного облучения биологических объектов. Поэтому чрезмерное облучение «жесткими» лучами опасно для человека.
Рентгеновское излучение при прохождении через исследуемое вещество (объект контроля) ослабляется вследствие его взаимодействия с атомами вещества, из которого состоит объект контроля. Основными процессами взаимодействия рентгеновского излучения с веществом, являются: фотоэлектрическое поглощение и рассеяние.
Фотоэлектрическое поглощение происходит при взаимодействии рентгеновского излучения с атомами облучаемого вещества (как было показано выше). Кванты излучения (фотоны), попадая на атомы, выбивают электроны с внутренних его оболочек. При этом первичный фотон передает электрону свою кинетическую энергию расходуя её на преодоление энергии связи электрона в атоме. В результате такой энергетической перестройки в атоме образуется характеристическое рентгеновское излучение, которое при взаимодействии с другими атомами вещества может вызывать вторичный фотоэффект (т.е. появление новых фотонов). Этот процесс будет происходить до тех пор, пока энергия новых фотонов не станет меньше энергии связи электронов в атоме.
Получившееся таким образом излучение относится к флуоресцентному, подчеркивая таким образом то обстоятельства, что оно получено квантами (фотонами) вторичного рентгеновского излучения.
Процесс ослабления (поглощения) рентгеновского излучения при прохождении через вещество зависит не только от качества рентгеновских лучей (энергии фотонов и длины волны), но и от характеристики вещества атомного номера, в котором происходит фотоэлектрическое поглощение.
При прохождении рентгеновских лучей через объект проходит не только их поглощение, но и их упругое и неупругое рассеивание. Эффект рассеивания в упрощенной форме можно пояснить следующим образом. Попадая внутрь вещества и взаимодействуя с электронами и ядрами составляющих его атомов, фотоны изменяют направление движения.
При неупругом рассеивании исходный фотон отдает электронам атома часть своей энергии и двигается дальше, изменив направление. Так как энергия фотона уменьшается, то увеличивается длина волны излучения.
При упругом рассеивании исходный фотон передает электрону атома дополнительную энергию, которой однако недостаточно для схода электрона с орбиты. Атом при этом избавляется от лишней энергии, путем излучения волны той же частоты, что и у воздействующего на него излучения. Это явление и представляет собой упругое (или когерентное) рассеянное излучение, поскольку волны в определенных направлениях имеют одну и ту же фазу. Такие волны могут складываться, образуя так называемые «дифракционные максимумы». Интенсивности и направления распространения дифракционных максимумов определяются кристаллической структурой вещества. На этом явлении основаны методы рентгеноструктурного анализа, которые применяются для диагностики веществ и идентификации химических соединений. Рентгеновская аппаратура предназначенная для проведения таких исследований, имеется в таможенных экспертных учреждениях.
Упругое рассеянное не приводит к изменению энергии фотонов, но вызывает изменение направления их движения.
Таким образом, в результате рассеяния и фотоэлектрического поглощения рентгеновского излучения в веществе часть энергии первичного излучения выходит из объекта в виде характеристического и рассеянного излучения, часть энергии поглощается, а часть преобразуется в энергию заряженных частиц – электронов.
Характеристика источников рентгеновского излучения
Рентгеновское излучение космического происхождения используется астрономами главным образом в научных целях для изучения строения вселенной.
Естественные и техногенные (искусственные) источники рентгеновских лучей земного происхождения используется как в научных, так и прикладных целях. Основную роль среди них играют рентгеновские трубки и линейные электронные ускорители.
Источники на основе рентгеновской трубки генерируют рентгеновское излучение, которое применяется в аппаратах ДРТ для досмотра объектов таможенного контроля (багажа и ручной клади пассажиров и др.). Рентгеновская трубка состоит из стеклянной (кварцевой или керамической) колбы, из которой откачен воздух. В неё вставлены катодный и анодный узлы (рисунок 14.3) и впаяны бериллиевые окна (ßе), через которые излучение выходит наружу, т.к. ßе – прозрачен для рентгеновских лучей (не поглощает их).
 |
Рис. 14.3. Основные элементы рентгеновской трубки
Вакуум в колбе позволяет движущимся электронам не испытывать торможения и поглощения на молекулах воздуха и обеспечивает им возможность быстро преодолеть расстояние от катода до анода. При торможении электронов основная часть энергии превращается в тепло, нагревающее мишень анода, что заставляет охлаждать рентгеновскую трубку водой, маслом или воздухом.
Катод (катодный узел) имеет специальную металлическую конструкцию, в которой помещена нить накала, изготовленная из вольфрамовой проволоки. Одно из назначений этой конструкции – создать такую форму электрического поля, при которой обеспечивается необходимая фокусировка электронного пучка от нити накала к мишени анода.
Анод делается из меди. В него вплавляется пластина из вольфрама, являющаяся мишенью, на которой тормозятся электроны. Вольфрам является наиболее тугоплавким металлом (с температурой плавления около 3400°С) и имеет большой атомный вес, а чем выше атомный вес мишени, тем эффективнее тормозятся электроны. Мишень расположена под углом 45о к центральному пучку электронов для того чтобы возникающее рентгеновское излучение возвращалось не на катод, а под углом 90о к нему, выходя через бериллиевое окно стеклянной колбы.
Для работы рентгеновской трубки требуется два источника питания: один для питания нити накала (UН), второй – для подачи высокого напряжения между катодом (–UВ) и анодом (+UВ). Для подвода питания в колбу впаиваются выводы из тугоплавкого металла.
На нить накала, подается напряжение и она разогревается до высокой температуры (примерно до 2500°С), что способствует повышенному выделению электронов, которые под влиянием высокого напряжения приложенного между катодом и анодом начинают двигаться с ускорением в сторону анода. На его поверхности происходит их резкое торможение, в результате чего генерируются рентгеновское излучение «тормозного» вида, которое распространяется перпендикулярно первоначальному электронному пучку под углом 60о (раствором).
Интенсивность J рентгеновского излучения пропорциональна электрическому току i протекающему через рентгеновскую трубку, атомному номеру материала мишени Z и квадрату ускоряющего напряжения U между анодом и катодом.
J = k×I×Z×U2,
где k – некоторый коэффициент пропорциональности.
Другими источниками искусственного рентгеновского излучения, являются линейные ускорители электронов применяющиеся в инспекционно-досмотровых комплексах (ИДК) для контроля контейнеров с крупно-габаритными грузами и средств их передвижения, имеющих защитные стальные стенки толщиной 20-30 мм. Линейные ускорители генерируют более жесткое рентгеновское излучение, обладающее большей проникающей способностью в диапазоне от нескольких тысяч до триллионов (1012) электрон-вольт.
В ИДК типа HCV для получения рентгеновского излучения мощностью в несколько МэВ применяют генерирующие системы американской фирмы VARIAN, которая состоит из электронной пушки, линейного ускорителя и магнетрона.
Для получения рентгеновского излучения во всех ИДК типа HCV использованы генерирующие системы американской фирмы VARIAN, в которых излучение создается по следующей схеме:
1. Формирование пучка электронов и его инжекция в ускоритель;
2. Ускорение созданного пучка с использованием магнетрона и линейного ускорителя электронов;
3. Вывод пучка на мишень и осуществление соударения электронов с мишенью.
Для генерирования излучения в несколько МэВ используются специальные электронные пушки. Они создают повышенный поток электронов, который поступает (инжектируется) в электронный линейный ускоритель. Этот усилитель имеет еще один вход, к которому подключается выход специального устройства- магнетрона. Последний генерирует мощные СВЧ – колебания, которые в совокупности с электрическим полем ускорителя разгоняют электроны до скорости близкой скорости света.
Линейный ускоритель представляет собой многокаскадный ускоритель заряженных частиц, в котором частицы движутся по прямолинейной траектории. Для ускорения частиц используются высокочастотные электрические поля. Возможность применения высокочастотных электрических полей в длинных многокаскадных ускорителях основана на том, что такое поле изменяется не только во времени, но и в пространстве. Напряженность поля изменяется синусоидально во времени в зависимости от положения в пространстве, т.е. распределение поля в пространстве имеет форму волны. При этом максимумы поля перемещаются в пространстве с так называемой фазовой скоростью. Если сделать так, чтобы фазовая скорость поля была равна скорости частиц, то в процессе своего движения пучок частиц будет непрерывно ускоряться, так как на него будет постоянно воздействовать максимальная напряженность поля. Частицы будут как бы скользить на гребне волны электрического поля.
Напряженность ускоряющего поля меняется по синусоиде, поэтому частицы могут попадать как в ускоряющую, так и в замедляющую фазу электрического поля. Чтобы исключить влияние замедляющей фазы высокочастотного электрического поля линейный ускоритель имеет специальную конструкцию в виде длинной вакуумной трубы, в которой расположен ряд металлических дрейфовых трубок. Эти трубки экранируют пучок частиц от замедляющего полупериода поля. Трубки расположены в линию друг за другом, внутри них движется поток электронов. Вдоль трубок со скоростью, близкой к скорости света, бежит волна ускоряющего напряжения (рисунок 14.4).
Таким образом, все трубки по очереди оказываются под высоким напряжением. Заряженная частица, вылетающая из инжектора в подходящий момент времени, ускоряется в направлении первой трубки, приобретая определенную энергию. Внутри этой трубки частица дрейфует – движется с постоянной скоростью. Если длина трубки правильно подобрана, то она выйдет из нее в тот момент, когда ускоряющее напряжение продвинулось на одну длину волны. При этом напряжение на второй трубке тоже будет ускоряющим. Такой процесс многократно повторяется и на каждом этапе частица получает дополнительную энергию.
Рис. 14.4. Принцип работы линейного ускорителя
1 – источник электронов (инжектор); 2 – ускоряющее напряжение;
3 – дрейфовая трубка; 4 –линия движения ускоряющего напряжения;
5 – пучок электронов.
Чтобы движение частиц было синхронно с изменением поля, соответственно увеличению их скорости должна увеличиваться длина трубок. Длина каждой следующей трубки немного больше, чем предыдущей и достигает постоянного значения в конце ускорителя, где скорость частиц становится близкой к скорости света.
Длина трубки l, скорость частицы V и период высокочастотного поля T связаны соотношением l= vT/2. В линейных ускорителях частицы могут ускоряться также электромагнитной волной, распространяющейся внутри цилиндрических полостей. Тогда ускорение будет происходить и внутри трубок. В системах генерации ИДК такую электромагнитную волну и создает магнетрон.
Магнетрон (рисунок 14.5) является важнейшим элементом ускорительной системы и представляет собой герметичную металлическую камеру, в центре которой находится тонкая металлическая нить – катод. Нагреваясь, катод испускает электроны, и они начинают двигаться к аноду. Анод (анодный блок) магнетрона имеет довольно сложную монолитную конструкцию с системой резонаторов (последние представляют собой отверстия в теле анода). Для вывода энергии в один из резонаторов вводят проволоку в виде петли – ее называют антенной.
Рис. 14.5. Конструкции магнетрона в разрезе.
В работе магнетрона используется особый случай движения электронов при наличии двух полей – магнитного и электрического, перпендикулярных друг другу.
Тело магнетрона помещается между полюсами магнита. Магнитное поле создается либо катушками с током (электромагнит), либо постоянным магнитом. Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендикулярных к катоду, и все попадали бы на анод. Магнитное поле направленно перпендикулярно движению электронов. При этом траектории электронов искривляются силой Лоренца (согласно правилу буравчика). В результате электроны движутся к аноду не прямо, а по раскручивающейся спирали. Если магнитное поле достаточно сильное, электроны начинают двигаться по кругу.
Траектория электрона есть циклоид, описываемый точкой, лежащей на окружности круга, равномерно катящегося по катоду. При прохождении циклоидного потока электронов мимо щелей резонаторов анодного блока, в них возбуждаются мощные электромагнитные СВЧ- колебания. Они выводятся с помощью петли (антенны) или отверстия связи (отверстие из резонатора наружу), помещенных в периферийной части одного из резонаторов анодного блока (рисунок 14.6).
Рис. 14.6. Отвод энергии (СВЧ- колебаний) из магнетрона.
Электроны в результате взаимодействия с электромагнитным полем отдают ему часть своей энергии, приобретённой от источника постоянного напряжения (к которому подключены анод и катод), смещаются к аноду и, в итоге, попадают на него. Однако некоторые электроны возвращаются на катод, бомбардируя его и инициируя тем самым, создание повышенного потока электронов.
Таким образом, линейный ускоритель позволяет ускорить электроны до энергий несколько МэВ. При этом можно обеспечить большой ток пучка электронов, которые направляются на мишень из тяжелого металла. В результате взаимодействия электронов с ядрами атомов мишени (изменения их скорости движения вследствие торможения) образуется так называемое тормозное излучение которое собственно и направляется через коллиматор на контролируемый объект (контейнер) для его просвечивания. Большим достоинством линейных ускорителей для получения рентгеновского излучения является то, что при необходимых для ИДК характеристиках излучения они имеют относительно небольшие габариты и источник питания всего в несколько десятков киловольт.
Способы регистрации излучения и обработки теневых картин были хорошо отработаны на стационарных сканирующих аппаратах ДРТ. Были решены вопросы обеспечения радиационной безопасности за счет строительства зданий, с «тяжелыми» стенами и разработки специальной технологии просвечивания, исключающей возможность нахождения людей в помещении досмотрового тоннеля во время работы рентгеновских источников (Подробнее смотри лекцию 15).
Существуют и другие варианты мощных излучателей (с энергиями в несколько МЭв) например, на основе циклотронов. Они проще по конструкции чем генераторы с использованием магнетрона и линейного ускорителя. Основу конструкции циклотрона составляют два полукруглых полых электрода (их называют дуантами), между которыми приложено переменное электрическое напряжение. Дуанты помещены между полюсами электромагнита, создающего постоянное магнитное поле. Частица, вращаясь по окружности в магнитном поле, ускоряется на каждом обороте электрическим полем в щели между дуантами. Для этого необходимо чтобы частота изменения полярности напряжения на дуантах была равна частоте обращения частицы. Иными словами, циклотрон является резонансным ускорителем. С разгоном и увеличением энергии частиц на каждом обороте радиус траектории частицы будет увеличиваться пока она не выйдет за пределы дуантов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, прошедшее через объект рентгеновское излучение фиксирует на мониторе (интроскопирует) картину, изображающую структуру объекта.
Основными показателями, характеризующими качество рентгеновского изображения в ДРТ и ИДК являются: проникающая способность, контрастность, яркость, нерезкость и разрешающая способность. Эти показатели обусловлены прикладным назначением получаемых изображений, но зависят и от способа представления изображения в памяти компьютера. Так, при выводе изображения на экран компьютера оно представляется как набор пикселей, каждому из которых соответствующий цифровой код, задающий оттенок цвета пикселя. От количества пикселей зависит насколько мелкие детали видимы на экране, а длина кода определяет количество оттенков, которые можно кодировать.
Проникающая способность характеризует максимальную толщину «эталонного» предмета - стального листа, за которым можно увидеть контуры дополнительной свинцовой или стальной пластины (проволоки) определенной толщины.
Контрастность изображения или контрастная чувствительность характеризует разность оттенков, которую может различать аппарат. На практике обычно определяется как толщина уверенного обнаружения на экране специального тест- объекта в виде стальной пластины или проволоки (медной или вольфрамовой) определенной толщины.
Нерезкость изображения определяется явлением рассеяния и конструктивными особенностями излучателя. В результате происходит «размазывание» на экране контуров сканируемых предметов. Чем дальше от объекта находится преобразователь рентгеновского изображения, тем выше нерезкость. Чем меньше уровень рассеянного излучения, тем меньше нерезкость. При просвечивании движущегося объекта дополнительно возникает еще и так называемая динамическая нерезкость, обусловленная инерционностью и неравномерностью движения сканируемого объекта в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно излучателя (например, из-за неровностей площадки, по которой перемещается мобильный ИДК). Под нерезкостью обычно понимается половина ширины размытости перехода от одного уровня оптической плотности к другой, выраженной в миллиметрах.
Яркость изображения – это отношение силы света элемента излучающей поверхности к площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. Яркость изображения зависит от мощности рентгеновского излучения прошедшего через объект, от свойств применяемых экранов и детекторов, фиксирующих прошедшее через объект излучение.
Разрешающая способность – это способность давать четкие раздельные изображения двух близких друг к другу мелких объектов. Пределом разрешения называется наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя объектами, начиная с которого их изображения сливаются. На практике принято оценивать величину разрешающей способности досмотровых установок числом различимых линий (проволок) на 1 мм или 1 см при стальной преграде определенной толщины, причем толщина линий равна толщине промежутков между ними.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды ионизирующих излучений Вы знаете?
2. Когда и кем были открыты рентгеновские лучи?
3. Что означает рентгеновское излучение?
4. Чем отличаются рентгеновские лучи от других видов электромагнитного излучения?
5. Как подразделяются рентгеновские излучения?
6. Что такое «мягкое» рентгеновское излучение?
7. Из каких компонентов состоит рентгеновская трубка?
8. Где используются характеристическое рентгеновские лучи?
9. В чем состоит отличие линейного электронного ускорителя от рентгеновской трубки?
10. Что такое магнетрон?
11. Какими показателями характеризуется рентгеновское излучение в ДРТ и ИДК?
ТЕСТЫ
1. Какое рентгеновское излучение считается «жестким»?
а) С длинной волны более 2 Å;
б) С длинной волны меньше 2 Å;
в) Не зависит от длины волны.
2. Какой источник ионизирующего излучения используется в ИДК:
а) Радиоактивный источник;
б) Линейный ускоритель электронов;
в) Как радиоактивный источник, так и ускоритель электронов?
3. Какой вид рентгеновского излучения используется для просвечивания объектов?
а) Характеристическое излучение;
б) Тормозное излучение;
в) Характеристическое и тормозное излучение.
4. Образование характеристического рентгеновского спектра в рентгеновской трубке обусловлено?
а) Неизвестными причинами;
б) Электронными переходами в атомах материала анода;
в) Столкновение электронов с ядрами атома материала анода.
5. Излучение, какого типа используют в технических средствах для возбуждения люминесценции веществ.
а) Инфракрасное;
б) Рентгеновское;
в) Ультрофиолетовое.
6. В каком году были открыты рентгеновские лучи.
а) 1812.
б) 1901
в) 1895.
7. В какой последовательности (слева направо) увеличивается поглощающая способность рентгеновского излучения для перечисленных веществ.
а) стекло, бумага, сталь, свинец.
б) бумага, стекло, сталь, свинец.
в) свинец, сталь, стекло, бумага.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 627; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!