CN103702503B - 一种过滤束x射线和荧光x射线双用照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置。该装置包括屏蔽室、X射线机，屏蔽室设置有第一射线出射口和第二射线出射口；屏蔽室内设置有荧光发生部；屏蔽室中还设置有X射线机转动部，用于使得X射线机在第一位置与第二位置之间切换，在第一位置时X射线机产生的X射线从第一射线出射***出，在第二位置时所述X射线机产生的X射线对准所述荧光发生部。本发明提供的双用照射装置仅需要一台X射线机即可实现过滤束X射线和荧光束X射线输出。

Description

一种过滤束X射线和荧光X射线双用照射装置

技术领域

本发明涉及一种过滤束X射线和荧光X射线双用照射装置。

背景技术

X射线机是一种较为常用的射线辐射源，也称为X光机，广泛应用于医疗诊断、工业探伤、安保安检和科学研究等领域。其中在计量学的应用主要是在X射线机的能区段提供一些特定要求的输出，以便为上述领域的辐射监测仪器提供校准检定用的标准辐射源。

在计量学应用中，利用X射线机不同的输出方式建立了两种不同的参考辐射：一种是过滤束X射线参考辐射，如图1所示；一种是荧光X射线参考辐射，如图3所示。在图1中，X射线机的阴极113上的电子112移动到阳极111，发出射线谱A，在出射口处得到谱B，经过附加过滤器105进入监督电离室107。快门104用于控制射线的出射时间，附加过滤器105用于对出射的射线束进行过滤，光阑106对出射的射线束大小进行控制，监视器107用于监视射线，出射的射线谱C照射到标准电离室108，使用场所和个人剂量仪109进行测量，以获得X射线参考辐射场。图2（a）和图2（b）为过滤束X射线参考辐射场原理示意图。X射线机的工作原理是通过电子束轰击阳极靶上产生轫致辐射来产生X射线的，通常来讲轫致辐射产生的原始能量分布谱是一个从0到X射线机高压的一个近似三角形的轫致辐射谱，如图2（b）谱A所示。从该谱可以看出低能光子所占比例很大，而低能光子的透射能力很差，因此通常在使用中都要对原始谱进行适当的过滤，去掉没用的低能部分，这就是过滤束X射线参考辐射，其产生原理如图2（a）所示。

然而，过滤束X射线的能谱仍然是一个连续谱，分辨率较差。如果需要使用单一能量的射线时就需要其他的产生方法，一般是采用二次打靶的办法，如图3所示，利用X射线的初级束去激发一个荧光靶（辐射体），产生特征X射线K_α和K_β，并利用次级过滤器过滤掉K_β，从而实现产生单一能量光子的目的，这就是荧光X射线参考辐射，其产生原理如图4（a）和图4（b）所示。辐射体吸收能量后，电子跃刮迁到高能受激态，从高能受激态跃迁到低能态或基态是产生K_α、K_β和L在内的一系列特征X射线。

校准实验室使用的过滤束和荧光束***通常采用的模式是采购商售的X射线机，而后根据实验室的情况和要求搭建所需要的装置。

一般情况下，校准实验室如果需要同时建立这两种射线束装置，都是使用两套不同的***，分别建立如图1和3所示的过滤束装置和荧光束装置。两套装置无法在一台X射线机上实现的主要原因是如果按过滤束建立***，那么从出射，到过滤，到使用都是在一个轴线方向上实现的。如果按照荧光束设计***，由于初级射线的能量比荧光束高，强度要比荧光束高很多，因此需要***将初级束和荧光束的轴线方向设计成呈90度，这样可以最大限度的减少初级束的干扰。因此一般的X射线照射***显然不能同时满足这两种要求。

目前，也开始有商售的定型的射线束装置，例如美国Hopewell公司的X80系列X射线束辐照器，这是一种典型的单用途过滤束X射线照射装置。其主要的构成包括屏蔽室、过滤装置、射线快门和准直器以及控制器和显示。

通过以上的分析说明，如果校准实验室希望同时建立以上两套***，必须建立两套独立的装置，也就是说需要两套X射线机，不同的过滤***和荧光产生***。另外的问题是由于校准实验室射线束装置的使用需要必要的实验室空间，如果建立两套不同的装置，就需要在实验室设施上做出更大的投入，因此其成本投入相当大。

如果能够通过一种适当的设计，可以在同一台X射线机上同时实现过滤束X射线束和荧光X射线束，可以在实验室设施以及设备投入节约一半的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是仅使用一台X射线机即可实现过滤束X射线和荧光束X射线输出。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其包括屏蔽室、X射线机，其中，所述屏蔽室设置有第一射线出射口和第二射线出射口；所述屏蔽室内设置有荧光发生部，用于在所述X射线机照射该荧光发生部时产生荧光束X射线并从所述第二射线出射***出；所述屏蔽室中还设置有X射线机转动部，用于使得所述X射线机在第一位置与第二位置之间切换，在所述第一位置时所述X射线机产生的X射线从所述第一射线出射***出，在所述第二位置时所述X射线机产生的X射线对准所述荧光发生部。

根据本发明的第二个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，在所述屏蔽室的外部，与所述第一射线出射口相对应的位置处设置有过滤束X射线快门，用于控制射线从所述第一射线出射口出射的时间；在所述屏蔽室的外部，与所述第二射线出射口相对应的位置处设置有荧光束X射线快门，用于控制射线从所述第二射线出射口出射的时间。

根据本发明的第三个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，在所述过滤束X射线快门外侧还设置有附加过滤器，用于对出射的X射线进行过滤，以产生所需要的辐射质。

根据本发明的第四个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括限束光阑，用于限制从所述第一射线出射口或所述第二射线出射***出的辐射束的尺寸。

根据本发明的第五个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括监督电离室，用于对辐射束的稳定性进行监督。

根据本发明的第六个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述限束光阑为中心对齐的一对光阑，所述监督电离室在所述一对光阑之间。

根据本发明的第七个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括切换部，用于使得所述限束光阑和所述监督电离室同时随着所述X射线机从所述第一位置切换到所述第二位置而从所述第一射线出射口相对应的位置切换到所述第二射线出射口相对应的位置。

根据本发明的第八个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括在所述屏蔽室内设置的荧光捕集器，用于收集初级X射线以减少散射辐射。

根据本发明的第九个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述屏蔽室为长方体形，所述第一射线出射口和所述第二射线出射口位于所述屏蔽室的同一侧壁上，所述切换部使得所述限束光阑和所述监督电离室在所述第一射线出射口相对应的位置与所述第二射线出射口相对应的位置之间平动切换。

根据本发明的第十个方面，提供了一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其中，所述屏蔽室为圆柱体形，所述第一射线出射口和所述第二射线出射口位于所述屏蔽室的圆柱体圆周壁上；所述X射线机在所述第一位置时，过滤束X射线从所述第一射线出射口沿所述屏蔽室的圆柱体径向射出，所述X射线机在所述第二位置时，荧光束X射线从所述第二射线出射口沿所述屏蔽室的圆柱体径向射出；所述切换部使得所述限束光阑和所述监督电离室在所述第一射线出射口相对应的位置与所述第二射线出射口相对应的位置之间沿所述屏蔽室的圆柱体轴向转动切换。

利用本发明所提供的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，仅需要一台X射线机即可实现过滤束X射线和荧光束X射线输出，降低了过滤束X射线和荧光束X射线照射装置的搭建成本。

附图说明

图1是现有技术中过滤束X射线参考辐射装置示意图；

图2（a）和图2（b）是过滤束X射线参考辐射场原理示意图；

图3为现有技术中荧光束X射线参考辐射装置示意图；

图4（a）和图4（b）是荧光束X射线参考辐射场原理示意图；

图5是根据本发明的一个实施方式的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置中的X光机在不同位置间切换的示意图；

图6（a）和图6（b）分别是根据本发明的一个实施方式的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置产生过滤束X射线和荧光束X射线时的状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

根据本发明的一个实施方式，在同一台X射线机上实现双***的输出，其中使X射线机可以同时满足呈90度垂直方向输出。为此，首先将X射线机的固定装置设计成可以旋转的结构，旋转后最终有两个固定位置，两个位置呈90度，水平方向用于过滤束的输出，垂直向下方向用于荧光辐射的输出，X光机旋转示意图如图5所示。

可旋转方向的X光机球管是实现该技术的基础。该技术实现中，旋转支架只设计成90度方向的两个定位位置，这样也减少了位置变化带来的定位重复性的问题，最大程度上减少了每次调整后位置的变化对输出量的影响。

通过该设计，实际的产生装置是在一台X射线装置上不同位置分别输出X射线过滤束和X射线荧光束。

监测电离室的布置与实现

监督电离室用于对X射线束输出进行监测。由于过滤束和荧光束均为水平方向输出，只是上下位置不同，因此采用一个监督室，并设计监督室专用支架，支架采用上下滑动的方式实现位置的变换。支架带有自锁功能，可实现准确定位，在使用不同射线束时监测射线束的输出。实践证明，该结构方便实用，达到了预期效果，很好的解决了双***输出带来的射线束监测难题，同时，监督室专用支架结构具有三档自锁位置，不影响整个过滤***、荧光束产生装置的后续安装及维修，这样的设计简化了***，降低了整个***的成本。

图6（a）和图6（b）分别是根据本发明的一个实施方式的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置产生过滤束X射线和荧光束X射线时的状态示意图。其中，过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置包括：X射线机1、X射线机转动部2、荧光发生部3、荧光捕集器4、过滤束快门5、过滤束附加过滤器6、限束光阑7、荧光束快门8、监督电离室9、限束光阑及监督电离室可移动支架装置10、屏蔽室11。

当过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置产生过滤束X射线时，即作为过滤束X射线照射装置时，主要由X射线机1、X射线机转动部2、过滤束快门5、过滤束附加过滤器6、限束光阑7、监督电离室9、限束光阑及监督电离室可移动支架装置10、屏蔽室11组成。如图6（a）所示，X射线机1处于第一位置处，X光从1中经第一射线出射口水平出射，经过滤束附加过滤器6过滤产生所需要的辐射质，通过过滤束快门5实现对整个装置的照射时间控制，通过限束光阑7限制辐射束的尺寸，通过监督电离室9对辐射束稳定性进行监督，通过屏蔽室11降低散射辐射并防止辐射泄漏。

利用X射线机转动部2将X射线机1转动90度，通过限束光阑及监督电离室可移动支架装置10将限束光阑7和监督电离室9调整至第二射线出射口即荧光束出口位置，则该装置变为荧光X射线照射装置。如图6（b）所示，荧光X射线照射装置主要由X射线机1、X射线机转动部2、荧光发生部3、荧光捕集器4、限束光阑7、荧光束快门8、监督电离室9、限束光阑及监督电离室可移动支架装置10、屏蔽室11组成。X射线机1被切换到第二位置，X光从X射线机1中垂直向下出射，经荧光发生部3中的辐射体和次级过滤产生高纯K荧光X射线，通过荧光捕集器4收集初级X射线以减少散射辐射，通过荧光束快门8实现对整个装置的照射时间控制，通过限束光阑7限制辐射束的尺寸，通过监督电离室9对辐射束稳定性进行监督，通过屏蔽室11降低散射辐射并防止辐射泄漏。

图6（a）和图6（b）中的双用照射装置可以同时实现过滤束和荧光束的输出。但是，本发明的结构并不限于上述第一位置与第二位置相差90度的情形，还可以是其他角度，并且，屏蔽室为圆柱体形，第一射线出射口和第二射线出射口位于屏蔽室的圆柱体圆周壁上。X射线机在第一位置时，过滤束X射线从第一射线出射口沿屏蔽室的圆柱体径向射出，X射线机在第二位置时，荧光束X射线从第二射线出射口沿屏蔽室的圆柱体径向射出。切换部使得限束光阑和监督电离室在第一射线出射口相对应的位置与第二射线出射口相对应的位置之间沿屏蔽室的圆柱体轴向转动切换。

在过滤束中按照国际标准ISO4037规定的多个过滤系列的辐射输出，以及荧光系列的辐射输出。具体测量得到的辐射输出系列如表1和表2所示：

表1过滤束输出

表2荧光束输出

以上数据表明，利用该设计思路，可以在一台X光机上同时实现过滤束和荧光束的输出，并可以满足标准实验室仪表校准检定的需要。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其包括屏蔽室、X射线机，其特征在于：

所述屏蔽室设置有第一射线出射口和第二射线出射口；

所述屏蔽室内设置有荧光发生部，用于在所述X射线机照射该荧光发生部时产生荧光束X射线并从所述第二射线出射***出；

所述屏蔽室中还设置有X射线机转动部，用于使得所述X射线机在第一位置与第二位置之间切换，在所述第一位置时所述X射线机产生的X射线从所述第一射线出射***出，在所述第二位置时所述X射线机产生的X射线对准所述荧光发生部；

在所述屏蔽室的外部，与所述第一射线出射口相对应的位置处设置有过滤束X射线快门，用于控制射线从所述第一射线出射口出射的时间；

在所述过滤束X射线快门外侧还设置有过滤束附加过滤器，用于对出射的X射线进行过滤，以产生所需要的辐射质；

在所述屏蔽室的外部，与所述第二射线出射口相对应的位置处设置有荧光束X射线快门，用于控制射线从所述第二射线出射口出射的时间；

所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括限束光阑，用于限制从所述第一射线出射口或所述第二射线出射***出的辐射束的尺寸；

所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括监督电离室，用于对辐射束的稳定性进行监督；

所述限束光阑为中心对齐的一对光阑，所述监督电离室在所述一对光阑之间；所述过滤束附加过滤器在竖直方向位于所述过滤束X射线快门和所述限束光阑之间；

所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括切换部及监督电离室可移动支架装置，所述监督电离室可移动支架装置通过所述切换部使得所述限束光阑和所述监督电离室同时随着所述X射线机从所述第一位置切换到所述第二位置，所述限束光阑和所述监督电离室从所述第一射线出射口相对应的位置切换到所述第二射线出射口相对应的位置。

2.如权利要求1所述的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其特征在于：

所述过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置还包括在所述屏蔽室内设置的荧光捕集器，用于收集初级X射线以减少散射辐射。

3.如权利要求2所述的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其特征在于：

所述屏蔽室为长方体形，所述第一射线出射口和所述第二射线出射口位于所述屏蔽室的同一侧壁上，所述切换部使得所述限束光阑和所述监督电离室在所述第一射线出射口相对应的位置与所述第二射线出射口相对应的位置之间平动切换。

4.如权利要求2所述的过滤束X射线和荧光束X射线双用照射装置，其特征在于：

所述屏蔽室为圆柱体形，所述第一射线出射口和所述第二射线出射口位于所述屏蔽室的圆柱体圆周壁上；

所述X射线机在所述第一位置时，过滤束X射线从所述第一射线出射口沿所述屏蔽室的圆柱体径向射出，所述X射线机在所述第二位置时，荧光束X射线从所述第二射线出射口沿所述屏蔽室的圆柱体径向射出；

所述切换部使得所述限束光阑和所述监督电离室在所述第一射线出射口相对应的位置与所述第二射线出射口相对应的位置之间沿所述屏蔽室的圆柱体轴向转动切换。