DE2233345A1 - Vorrichtung zur abbildung der durchstrahlung von medien, insbesondere durch roentgenstrahlen - Google Patents

Vorrichtung zur abbildung der durchstrahlung von medien, insbesondere durch roentgenstrahlen

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Description

Bremen, den 5. Juli 1972 Sch/B ο
Anmeldung zum Patent und Hilfsgebrauchsmuster
ANMELDER: American Science & Engineering, Inc.
Cambridge, Mass»
ERFINDER: Jay A. Stein, Framingham
Roderick Swift, Belmont
BEZEICHNUNG: Vorrichtung zur Abbildung der Durchstrahlung von Medien, insbesondere durch Röntgenstrahlen
KENNWORT: Hieken/ASE/x-scanner JOURNAL-NR.: 72.92 ·
.209083/0862
Vorrichtung zur Abbildung der Durchstrahlung von Medien, insbesondere 'durch Röntgenstrahlen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abbildung der Durchstrahlung von Medien, z.B. von Paketen oder Personen, insbesondere durch Röntgenstrahlen von einer Strahlungsquelle durch das Medium zu einem Empfänger.
Die bekannten Röntgengeräte sind kompliziert in ihrem Aufbau, nur von geschulten Personen zu bedienen und außerdem so kostspielig, daß sie für manche Zwecke, wie insbesondere zum Auffinden von Kontrabanden, die von Personen oder in Paketen versteckt sind, nicht eingesetzt werden können, obwohl sich Röntgenstrahlen für diesen Zweck besonders gut eignen» Beim Einsatz von Röntgenstrahlen mit den üblichen Röntgengeräten besteht ferner der Nachteil einer Gefährdung von Personen oder Beschädigung von Waren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und einfacher Bedienungsweise ohne Gefährdung der durchstrahlten Medien ein ausreichendes Auflösungsvermögen gewährleistet„
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß der Empfänger als Kurve ausgebildet und daß eine Einrichtung zur Abtastung der Empfangerkurve durch Ablenkung eines relativ zur Empfangerkurve scharf gerichteten Strahlenbündels vorgesehen ist« Dabei läßt sich eine optimale Einschränkung der Bestrahlung auf den jeweils zur Abbildung kommenden Bereich auf einfache Weise durch entsprechende Kollimationsmittel erreichen und gleichzeitig eine zweidimensionale Abbildung durch eine Einrichtung zur Relativbewegung von Empfangerkurve und Medium herbeiführen.
Die Strahlungsquelle kann mit einem Kollimator zur Erzeugung eines flächenförmigen, vorzugsweise ebenen Strahlenbüschels verbunden und es kann diesem Kollimator eine relativ zum Strahlenbüschel bewegliche Blende nachgeschaltet sein, die als Abtaster dient und aus dem Strahlenbüschel einen die Empfangerkurve punktförmig abtastenden Richtstrahl ausblendet«
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Die Strahlungsquelle besteht zweckmäßig aus einer einfachen Röntgenröhre mit kegelförmiger Röntgenstrahlung, der nachgeschaltete Kollimator aus..einer einfachen Schlitzblende und die Abtastblende aus einer rotierenden Scheibe mit radialem Spalt„
Der Empfänger kann als Wandler zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale und der Lichtsignale in elektrische Bildsignale ausgebildet sein, die in einem nachgeschalteten Fernsehgerät zur Bilderzeugung dienen.
Zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale werden zweckmäßig Kristalle der Natriumiodid- und Zäsiumiodidgruppe und zur Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale Fotoverstärker vorgesehen„
In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht ρ Es zeigt
Fig ο 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchleuchtung von Paketen und
Fig„ 2 eine Vorrichtung wie in Fig. 1, zur Durchleuchtung von Personen„
U O 4
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Im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig„ 1, bei der die Vorrichtung in ihrer Anwendung zur Inspektion von Paketen zwecks Feststellung von Kontrabanden veranschaulicht ist, wird das zu untersuchende Paket 11 zur Erzeugung einer Abbildung 12 der Kontrabande am Bildschirm eines Fernsehgerätes 13, durch die Strahlen einer Röntgenröhre 14 durchleuchtet„ Diese Röntgenröhre ist in üücher· Weise zur Erzeugung eines Strahlungskegels 15 ausgebildet, aus welchem durch einen nachgeschalteten Kollimator 17 in Form einer Schlitzblende ein fächer; förmiger Strahlenbüschel 16 ausgeblendet wirdo
Zur Ausblendung eines bleistiftförmigen Strahlenbündels oder Richtstrahles 23 aus dem Strahlenfächer 16 ist eine Kollimationsscheibe in Form einer rotierenden Abtastblende 18 mit mehreren Radialschlitzen 21 vorgesehen, die in Pfeilrichtung 24 umläuft, so daß der ausgeblendete Richtstrahl 23. in periodischer Folge geradlinig von oben nach unten abgelenkt wird derart, daß er einen geradlinigen, hinter dem Paket 11 angeordneten vertikalen Empfänger 25 von oben nach unten in regelmäßiger Folge abtastet.
Der Kollimator 17 besteht aus einer für Röntgenstrahlen Undurchlässigen Blende mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Schlitz und die Abtastblende 18 aus einer
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für Röntgenstrahlen undurchlässigen rotierenden Blende mit für Röntgenstrahlen Schlitzen 21 „
Das Paket 11 ruht auf einem in Pfeilrichtung 28 bewegten Transportband 27 <> Durch die Relativbewegung des Empfängers '25 bzw· seiner vertikalen Abbildungslinie und das Paket 11 als Medium ergibt sich, wie ohne weiteres ersichtlich ist, eine zweidimensionale Abbildung in Form von vertikalen Zeilen,
Der Empfänger 25 ist als Wc~ndler zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale und der Lichtsignale in elektrische Bildsignale ausgebildet, die über seinen Ausgang 26 dem Fernsehgerät 13 als Steuersignale zugeleitet werden„ Im Empfänger 25 sind zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale Kristalle der Natriumiodid- und Zäsiumiodidgruppe und zur Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale Fotomultiplier an den Ausgängen' der Kristalle vorgesehen„
Fig ο 2 zeigt eine Ausführungsform zur Inspektion von Personen 42 nach Kontrabanden. Dabei ist die Röntgenröhre 14 zusammen mit dem Kollimator 17 und der Abtastblende 18 auf einer Hebebühne 4-1 angebracht. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 1
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lediglich noch dadurch, daß die Empfang er kurve 25 horizontal angeordnet ist und zusammen mit der Hebebühne beispielsweise von einer oberen bis in eine untere Lage verstellt wird, um so zu einer Abbildung 12 in horizontalen Zeilen zu gelangen„ Dabei ist der Schlitz im · Kollimator 17 ebenfalls horizontal liegend angeordnet, so daß:durch die Abtastblende 18 eine Horizontalablenkung des Richtstrahles 23 beispielsweise von links nach rechts zustandekommt ο
In den Abbildungen sind die einzelnen Bauteile in auseinandergezogener Stellung dargestellt, während sie in ¥irklichkeit in wesentlich geringerer Entfernung zueinander angeordnet und miteinander verbunden sindo
Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich. So kann es bei- ■ spielsweise zur Kontrolle von Passagieren im Flugverkehr zweckmäßig sein, die Passagiere einzeln in Vertikalbewegung über einen Fahrstuhl oder Paternoster durch die Kontrolleinrichtung zu bewegen. Des weiteren kann man den Empfänger oder einen zusätzlichen. Empfänger auch zwischen Strahlungsquelle und Medium anordnen, etwa um die Beeinflussung der Röntgenstrahlen durch Reflexion bzw. Streuung zur Feststellung bzw- Abbildung
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der zu findenden Gegenstände auszunutzen. Durch gleichzeitige Ausnutzung dieser verschiedenen Einflüsse kann die Leistungsfähigkeit des Gerätes·verbessert werden»
Die Anordnung sowohl zur Paket— als auch Personeninspektion wird zweckmäßig so getroffen, daß die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und dem Empfänger nicht größer als etwa 1,80 m ist-. Bei Paketen von 80 χ 50 x 40 cm, die in ihrer Längsrichtung durch die . Prüfzone bewegt werden, ergibt sich dabei durch unterschiedliche Vergrößerung von Front- und Rückseite des Objektes eine Verzerrung von im allgemeinen nicht mehr als + 19 °/. Dabei läßt sich eine Auflösung für die meisten Objekte von etwa 1 qmm erreichen» Bei einer Auflösung von 1 mm ergeben sich für ein Objekt mit etwa 50 cm Ausdehnung 500 Abtastungen ohne Lücken oder Überlappung, während größere Pakete durch eine entsprechend größere Zahl von Abtastungen oder mit Lücken zwischen den Abtastzeilen abzubilden sindo In jedem Fall kann die Abbildung in einem üblichen Bildgerät mit 512 Zeilen ohne Verlust von Einzelheiten der Darstellung erfolgen.
Bei einer Transportgeschwindigkeit der Pakete mit 250 mm/sec, 250 Abtastungen/Sekunde (oder 4 Millisekunden/Abtastung) ergibt sich für eine Auflösung von 1 mm und 60 cm Abtast-
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— ο —
länge für ein 50 cm langes Paket eine Abtastdauer von 2 Sekunden.
Eine übliche Röntgenröhre, die mit 60 bis 100 kV und 10 mA arbeitet, ergibt sich eine Ausleuchtung bei einer Entfernung des Empfängers 25 von 1,80 m durch Millionen von Röntgenstrahlen je Quadratmillimeter und Sekunde„ Eine Wolframröhre mit 100 kV und 15 mA erzeugt eine Ausleuchtung am Empfänger 25 von etwa 10 Strahlen/mm /Sekunden mit einem breiten Energiespektrum von 20 bis 100 keV. Bei Erzeugung von 250 000 Auflösungselementen in zwei Sekunden ergibt sich für jedes der ausgeleuchten Elemente eine Expositionszeit von zwei/250 000- Sekunden oder von acht MikrοSekunden. Bei einer Ausleuchtung des Empfängers 25 mit 10' Strahlen/mm /See würde jedes Element bei Abwesenheit eines absorbierenden Mediums etwa 80 Strahlen je Exposition empfangen. Zieht man die Absorption durch Packmaterial von energieschwachen Röntgenstrahlen in Betracht, wird man mit einer Exposition durch 10 bis 20 Strahlen je Auflösungselement während einer Exposition über 2 Sekunden zu rechnen haben, eine Exposition, die ausreicht, um die gewünschte und ächwaifr-Weiß-Unterschei-dung zu erlangen.
Es ist wichtig, daß der Empfänger 25 nahezu mit einhundert Prozent Wirkungsgrad arbeitet« Die Röntgenstrahlen
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erzeugen Ausgangssignale, welche mehrfach stärker sind " als das Grundgeräusch des Photomultipliers, welches sich somit vollständig durch einen Schwellwert unterdrücken läßt,- Da ferner der Empfänger 25 sehr schmal ausgeführt werden kann, läßt sich auch der Einfluß von Streustörungen durch das Paket verschwindend klein halten und es kann daher mit einem Minimum an Röntgenenergie gearbeitet werden, und zwar von Röntgenenergie mit weniger als 0,003 mr (Milliröntgen) je Abbildung, verglichen mit einer täglichen Dosierung aus kosmischer Strahlung und natürlicher Radioaktivität von etwa 0,3 mr und einer Dosierung für Röntgenfilm$von wenigstens 0,1 mr„ Mit dem Gerät nach der Erfindung kann daher ohne Gefahr für Menschen und Güter gearbeitet werden.
Die Röntgenröhre für das Gerät arbeitet zweckmäßig mit veränderlichen Spannungen bis zu 150 kV, um so die Bildqualität optimal einstellen zu können; beispielsweise ist die Röntgenröhre für eine Spitzenspannung von 150 kV, einen Spitzenstrom von 5 bis 10 mA und einer Brennpunktgröße von 0,4 mm ausgelegt. Dabei ergibt sich in Verbindung mit den obigen Größenangaben ein Schlitz 21 mit einer Weite von 0,3 mm für eine Auflösung von 1 mm. Wird die Abtastscheibe 18 näher an den Empfänger 25 herangerückt, so kann ein breiterer Schlitz Anwendung finden,
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jedoch, müßte der Durchmesser der Scheibe entsprechend vergrößert werdeno Umgekehrt kann eine kleinere Scheibe verwendet werden, wenn man sie näher an die Röntgenröhre 14 heranrückt und die Abmessung des Schlitzes müßte verringert werden„ Bin guter Kompromiß ergibt sich mit der Wahl einer Scheibe mit 0,3 mm-Schlitz etwa in der Mitte zwischen der Röntgenröhre 14 und dem Empfänger 25. Die Schlitze werden zweckmäßig aus Wolframeinsätzen in der Scheibe gebildet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 18 ergibt sich aus der für die Exposition zur Verfügung stehenden Zeit. Für 500 Abtastungen in zwei Sekunden muß die Scheibe 18 bei sechs Abtastungen je Umlauf mit 2500 Umdrehungen je Minute rotieren.
Ein Natriumiodid-Kristall empfängt Röntgenstrahlen unter 200 keV mit 100 % Wirkungsgrade Ein solcher Empfänger mit Abmessungen von 2,5 x 2,5 x 60 cm läßt sich leicht aus zwei oder drei kürzeren Stücken zusammensetzen„ Durch optisches Koppeln eines 2£5 cm großen Photomultipliers am Ausgang jedes der Natriumiodid-Kristalle läßt sich eine vollständige und gleichmäßige Lichtsammlung über die Länge des Empfängers und ein normalen Verhältnissen entsprechendes Bildsignal erzeugen, das nach Verstärkung in der üblichen Weise zur Bilderzeugung verwendet werden kann.
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Vorzugsweise wird der Verstärker für Ausgangssignale des Photomultiplxers von 0 Hz bis 1 MHz ausgelegt, um in einem 500 Abtastungen enthaltenden Bild alle Expositionen von vollständiger Durchsichtigkeit des Mediums bis zu den praktisch vorkommenden Absorptionen zu erfassen ο Durch Anwendung einer möglichst hohen Verstärkung im Ehotomultiplxer selbst kann man handelsübliche Verstärker für die elektrischen Bildsignale, wie z.B„ normale Oszillographen-Vorverstärker verwenden.
Vorzugsweise wird eine Bildröhre mit Abtastumwandlung, wie sie zur Verbesserung der Abbildung üblich ist, eingesetzt, unter Einsatz der für Radargeräte üblichen Technik ο
Die Erfindung läßt sich nicht nur für die angegebenen Zwecke einsetzen, sondern kann auch für andere Aufgaben Verwendung finden, beispielsweise in der Medizin, Auch läßt sich die Einrichtung durch Anordnung von gleichzeitig arbeitenden Einheiten der dargestellten Art abändern ο
- Patentansprüche -
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Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    1 - ι
    ο Vorrichtung zur Abbildung der Durchstrahlung von Medien, z.B. von Paketen oder Personen, insbesondere durch Röntgenstrahlen von einer Strahlungsquelle durch das Medium zu einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (25) als Kurve ausgebildet und daß eine Einrichtung zur Abtastung (18) der Empfangerkurve durch Ablenkung eines relativ zur Empfangerkurve scharf gerichteten Strahlenbündels (Richtstrahl) vorgesehen ist ο
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur zweidimensionalen Abbildung eine Einrichtung zur Relativbewegung von Empfangerkurve (25) und Medium (11,42) vorgesehen ist»
  3. ο Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurcfygekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (14) mit einem Kollimator (17) zur Erzeugung eines flächenförmigen, vorzugsweise ebenen Strahlenbüschels (16) verbunden und daß diesem Kollimator (17) eine relativ zum Strahlenbüschel bewegliche Blende (Abtastblende 18) nachgeschaltet ist, die aus . dem Strahlenbüschel einen die.Empfangerkurve (25) punktförmig abtastenden Richtstrahl (23) ausblendet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (14) aus einer Röntgenröhre mit kegelförmiger Röntgenstrahlung, der Kollimator (17) aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen Blende mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Schlitz und die Abtastblende (18) aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen rotierenden Blende mit einem oder mehreren radialen, für Röntgenstrahlen durchlässigen Schlitzen (21) besteht.
  5. ο Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (25) als Wandler zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale und der Lichtsignale in elektrische Bildsignale ausgebildet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfänger (25) ein Fernsehgerät (13) zur Bilderzeugung (12) nachgeschaltet ist.
    ο Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umwandlung der Röntgensignale in Lichtsignale Kristalle der Natriumiodid- und Zäsiumiodidgruppe und zur Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale Photomultiplier an den Ausgängen der Kristalle vorgesehen sind.
    209883/086?
DE2233345A 1971-07-07 1972-07-07 Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels Durchstrahlung desselben durch Röntgenstrahlen Expired DE2233345C2 (de)

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