DE3035524A1

DE3035524A1 - Streustrahlen-durchleuchtungsanordnung

Info

Publication number: DE3035524A1
Application number: DE19803035524
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Dr. 2083 Halstenbek Harding; Alfred 2000 Hamburg Meyer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2490480A1; JPS5786029A; GB2083969A; GB2083969B

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUMG GMBH 9 PHD 80-129

"Streustrahlen-Durchleuchtungsanordnung"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers, mit wenigstens einer Strahlenquelle zur Aussendung eines den Körper durchdringenden Primärstrahlenbündels, das in wenigstens einem Bereich einen nahezu punktförmigen Querschnitt besitzt; und mit wenigstens einer Detektor-Kollimator-Anordnung, die nur die vom punktförmigen Querschnittsbereich ausgehende und über einen Raumwinkelbereich gestreute Strahlung erfaßt, die eine zur Primärstrahlenrichtung verschiedene Richtung besitzt „

Eine derartige Anordnung ist bereits aus der DE-OS 2k 6l 877 bekannt. Der Kollimator ist dabei auf einen dünnen, den Körper durchdringenden Primärstrahl fokussiert, während dor hinter dem Kollimator angeordnete Detektor die Intensität der gesamten durch den Kollimator hindurchtretenden Streustrahlung mißt, um hieraus einen einzigen, dem betrachteten Körperpunkt zuzuordnenden Wert zu ermitteln, der beispielsweise der Körperdichte an diesem Punkt entspricht<■ Der Detektor liefert söfflit für jeweils einen betrachteten Körperpunkt ein Detektorausgangssignal.

Zur Darstellung eines größeren Körpergebietes werden mehrere nebeneinanderliegende Körperpunkte betrachtet und für diese entsprechende Dichtewerte mit Hilfe der jeweils gemessenen Streustrahlung ermittelt. Dazu werden .sowohl <iio Detoktor-Kollimator-Anordnung als auch der Primärstrahl relativ zum Körper verschoben. Es werden 3" also immer nur Körperpunkte betrachtet, die vom Primär-

3 O 3 b υ

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strahl durchstrahlt werden.. Die Anordnung eignet sich aber nicht zur Ermittlung der inneren Struktur von Körpergebieten, die nicht vom Primärstruhl durchstrahlt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Streustrahlen-Untersuchungsanordnung anzugeben, mit der auch die innere Struktur von Körperbereichen ermittelt werden kann, die außerhalb des Primärstrahls liegen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß /— die Detektoranordnung derart ausgebildet ist, daß mit ihr jeweils die in unterschiedlichen Richtungen innerhalb des Raumwinkelbereichs verlaufende Streustrahlung getrennt meßbar ist.

Die Detektoranordnung besitzt dazu ein ausreichend hohes Ortsauflösungsvermögen, so daß vom punktförraigen Bereich aus, der praktisch als virtuelle Strahlenquelle angesehen werden kann, der zwischen ihm und der Kollimatoranordnung liegende Körperbereich durchleuchtet und von diesem ein Schattenbild mit Hilfe der Detektoranordnung aufgenommen werden kann. Der punktförmige Bereich kann dabei durch Verschiebung der Strahlenquelle und der Kollimator-Detektoranordnung in die Nähe von zu untersuchenden Körperstrukturen gebracht werden, so daß jeweils nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Körpers durchstrahlt zu werden braucht» Dies ist vorteilhaft, da hierdurch erreicht werden kann, daß im überwiegenden Fall nur die tatsächlich interessierenden Körperstrukturen im Strahlengang der Streustrahlung liegen und das Durchleuchtungsbild nicht unnötig durch nichtinteressierende Körperstrukturen verundeutlicht wird?

Die Anordnung eignet sich insbesondere auch zur Materialprüfung, z.B. zur Untersuchung von Mater! al fehl em (Luftein-

ORIGINAL INSPECTED

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Schlüssen) in Aluminiumgußteilen oder dgl,, Hierzu wird der punktförmige Bereich (bzw. die virtuelle Strahlenquelle) beispielsweise in die Nähe einer auf starke mechanische Belastungen beanspruchte Materialstelle gebracht, die von dem vom punktförmigen Bereich ausgehenden Streustrahlenbündel durchstrahlt wird_o Auf dem Durchleuchtungsbild läßt sich dann relativ leicht erkennen, ob hier die Festigkeit der Materialstelle beeinträchtigende Lufteinschlusse vorhanden sind oder nicht»

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 eine Streustrahlen-Durchleuchtungs-

anordnung mit einem dünnen Röntgen-

Primärstrahlenbündel,

Fig. 2 eine Streustrahlen-Durchleuchtungs

anordnung mit einem fokussierten Gammastrahlenbündel, und

Fig. 3 eine Streustrahlen-Durchleuchtungs

anordnung mit einer kombinierten Gammastrahlenquellen-Detektoranordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besitzt eine Röntgen-Strahlenquelle 1, deren Röntgenstrahlung 2 mittels einer Blende 3 zu einem Röntgen-Primärstrahlenbündel 4 mit dünnem Querschnitt ausgeblendet ist, das einen auf einem Tisch 5 liegenden Körper 6, z.B. ein zu prüfendes Werkstück, durchdringt. Zur Darstellung von zu untersuchenden Körper-Strukturen 7 oder zur Prüfung, ob überhaupt besondere Körperstrukturen in einem bestimmten Körperbereich vorhanden sind, z.B. Lufteinschlüsse in einem Gußteil, werden dor Körper 6 und die Röntgenstrahlenquelle 1 so zueinander verschoben, daß der Primär strahl h. in der Nähe der zu untersuchondori Körporstrukturen 7 verläuft»

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Seitlich des Pritnärstrahls k befindet sich eine Detektor-Kollimator anordnung 8, 9 j die die von einem im Primärstrahl 4 liegenden, punktförmigen Körperbereich 10 ausgehende und in einen Raumwinkelbereich 11 gestreute, außerhalb der Primärstrahlung verlaufende Strahlung detektiert. Die Detektoranordnung besitzt hierzu ein hohes Ortsauflösungsvermögen, derart, daß mit ihr jeweils die in unterschiedlichen Richtungen bzw. auf verschiedenen Streustrahlenwegen innerhalb des Raumwinkelbereichs 11 verlaufende Streustrahlung getrennt meßbar ist. Die Detektor-Kollimatoranordnung 8,9 ist ferner relativ zum Primärstrahl k ver- r- schiebbar angeordnet, so daß jeweils verschiedene Körperbereiche untersucht werden können.

Mit Hilfe der Detektor-Kollimatoranordnung 8, 9 lassen sich somit Schattenbilder von den zu untersuchenden Körperstrukturen 7 erzeugen, ohne daß hierbei größere Körper -■ bereiche durchstrahlt werden müssen. Der mittels der Kollimatoranordnung 9 ausgeblendete punktförmige Körperbereich 10 kann dabei als "virtuelle Strahlenquelle" angesehen werden. Zur Ausblendung dieses Bereiches besitzt die Kollimatoranordnung 9 z.B. in Ebenen liegende Bleilamellen 9a, wobei sich die Ebenen in einer Linie schneiden, die quer, z.B. senkrecht, zur Primärstrahlenrichtung durch den punktförmigen Körperbereich 10 verläuft. Die Kollimatoranordnung kann aber auch aus einem zweidimensionalen Streustrahlenraster bestehen, das auf den punktförmigen Bereich fokussiert ist und zusätzlich zur Unterdrückung von Vielfachstreuung dient.

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Die Detektoranordnung 8 besteht z.B. aus einem einen Röntgenbildverstärker enthaltenden opto-elektronischen Bildwandler, der mit einer elektronischen Einheit 12 zur Aufbereitung der Detektorausgangssignale sowie mit einem Monitor 13 zur Darstellung der Schattenbilder verbunden ist. Dir;

ORIGINAL JNSPECTED

Ζξ,

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Detektoranordnung 8 kann dabei so ausgebildet sein, daß sie den Primärstrahl 4 ganz oder teilweise umgibt. Auftretende Intensitätsunterschiede der Streustrahlung aufgrund der Winkelabhängigkeit der Streuung können natürlich mittels f. der elektronischen Einheit 12 durch entsprechende Verarbeitung der Detektorausgangssignale korrigiert werden.

Die Schattenbilder lassen sich ebenso auch auf einem Film oder mittels eines anderen geeigneten Detektors jQ mit ortsauflösenden Eigenschaften aufnehmen, beispielsweise mittels eines aus Szintillatoren oder Halbleiterdetektoren bestehenden Detektorfeldes (Detektormatrix).

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung besitzt als Strahlenquelle eine flächenhafte Gammastrahlenquelle 14, die in einem Strahlenschutzgehäuse 15 angeordnet ist. Vor der

137 Gammastrahlenquelle 15, die z.B. aus Cs (662 KeV) besteht, befindet sich ein Kollimator 16, der nur die aus der Fläche austretenden Gammastrahlen 17 hindurchläßt, die auf den punktförmigen Körperbereich 10' gerichtet sind, d.h., der Kollimator 16 fokussiert die Gammastrahlen auf den punktförmigen Körperbereich 10'„ Zur Erzeugung von Schattenbildern der zu untersuchenden Körperstrukturen 7' ist eine ortsauflösende Detektoranordnung 8' vorgesehen, die ebenso wie die Gammastrahlenquelle l4 zur Veränderung der Lage des punktförmigen Bereichs 10' relativ zum Körper 6 verschiebbar angeordnet ist. Selbstverständlich läßt sich auch der Körper 6 in seiner Lage durch entsprechende Bewegungen des Tisches 5 relativ zur Strahlenquellen-Detektoranordnung verändern.

Die Ebenen, in denen die Kollimatorlamellen 9'a liegen, schneiden sich auch hier in einer Linie, die durch den punktförmigen Bereich 10' und quer zur Primärstrahlenrichtung, z.B. senkrecht zur Symmetrielinie des Primärstrahlenbündels, verläuft. Natürlich kann auch hier die Kollimatoranordnung 9' als zweidimensionales Streustrahlenraster ausgebildet sein, das auf den punktförmigen Bereich fokussiert ist,

^{PHD 8}°-¹²9

In der Fig. 3 ist eine kombinierte Strahlenquellen-Detektor anordnung 14', 8¹¹ dargestellt, mit der unter sehr großen Winkeln zur PrimärStrahlenrichtung l8 gestreute Strahlung 19 gemessen werden kann (Riickg wärtsstreuung).

Die Strahlenquelle Ik' besteht aus ringscheibenförmig angeordnetem, radioaktivem Material, z.B. Cs (662 KeV), während sich im Zentrum der Ringscheibe die ortsauflösende Detektoranordnung 8'¹ befindet. Unterhalb der gesamten Strahlenquellen-Detektoranordnung befindet sich eine Kollimatoranordnung 9''j deren Lamellen 9*'a kegelartig ausgebildet und derart ineinanderliegend angeordnet sind, daß nur Gammastrahlung hindurchgelassen wird, die einen im Körper 6 zu liegen kommenden punktförmigen Bereich 10'· durchsetzt (18) oder von diesem Bereich 10'' kommt (19)= Die Kollimatoranordnung 9'' ist also auf den Bereich 10'' fokussiert. Bei dieser Anordnung wird aufgrund der besonderen Strahlengeometrie (sehr großer Winkel zwischen der Primär- und der Streustrahlungsrichtung) Streustrahlung aus einem relativ großen Teil des Fokusbereiches der Primärstrahlung detektiert, so daß sich hierdurch eine große Intensität der virtuellen Strahlenquelle ergibt. Dies gilt ebenso für die Anordnung nach Fig. 2, wenn der Winkel zwischen dem q-Strahlenbündel 17 und der Detektoranordnung 8' sehr groß bzw. sehr klein ist. Dabei verschlechtert sich das Auflösungsvermögen der Anordnung nicht, da die Ausdehnung des Fokusbereichs senkrecht zur Strahlenrichtung vergleichsweise klein ist. Der Bereich 10'' kann zudem als isotrope Strahlenquellle angesehen werden, da bei derart großen Streuwinkeln praktisch keine Winkelabhängigkeit der Streustrahlung mehr besteht. Mittels der vom Bereich 10'' ausgehenden Streustrahlung (I9) können die zu untersuchenden Körperstrukturen 7'' abgebildet und mit Hilfe der Detektoranordnung 8^I! detektiert werden. Die Detektoranordnung 8'' ist dabei vor Strahlung, die direkt von der Strahlenquelle Ik' kommt, hinreichend geschützt.

L e e r s θ 11 e

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

flJ Anordnung zur Ermittlung der inneren

Struktur eines Körpers, mit wenigstens oiner Strahlenquelle zur Aussendung eines den Körper durchdringenden Primärstrahlenbündels, das in wenigstens einem Bereich

(10) einen nahezu punktförmigen Querschnitt besitzt^und mit wenigstens einer Detektor-Kollimator-Anordnung, die nur die vom punktförmigen Querschnittsbereich ausgehende und über einen Raumwinkelbereich gestreute Strahlung erfaßt, die eine zur Primärstrahlenrichtung verschiedene Richtung besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8, 8', 8'¹) derart ausgebildet ist, daß mit ihr jeweils die in unterschiedlichen Richtungen innerhalb des Raumwinkelbereichs verlaufende Streustrahlung getrennt meßbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle eine Röntgenstrahlenquelle (l) ist, deren Strahlung zu einem dünnen Strahlenbündel (k) ausgeblendet ist, und daß der Fokus der Kollimatoranordnung (9) auf dem Strahlenbündel liegt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlenquelle eine flächenhafte radioes aktive Strahlenquelle (14) ist, deren aus der Fläche austretende Strahlung mittels eines Kollimators (l6) punktförmig fokussiert ist.

k. Anordnung nach Anspruch 3i dadurch gekenn-

^ou zeichnet, daß die flächenhafte radioaktive Strahlenquelle (lA') eine zentrale Öffnung zur Aufnahme der Detektoranordnung (8¹') besitzt.