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  • 高解像度的薄閃爍成像板用于X射線無損檢測應用

    高解像度的薄閃爍成像板用于X射線無損檢測應用

    摘要。近日,非常薄的的閃爍成像板成為極大的興趣。高分辨率的X射線投影成像,非常薄閃爍體層約5-20微米1微米左右,是用來實現空間分辨率。這樣薄的屏幕主要用于顯微CT和納米CT系統中的任一微焦點X射線管,或與同步信號源。

    這項工作涉及的高分辨率CCD相機不同的單晶閃爍體的低能量X射線無損檢測中應用。已經做了比較兩種類型的閃爍體。薄屏幕采用機械拋光合成Y3Al5O12 Lu3Al5O12單晶的制備。結果表明,在單晶板具有高空間分辨率和低能量的X射線圖像的對比度高的高靈敏度。板的使用是非常適合于低體重物體材質的X射線攝片。

    分辨率使用測試網格。一些重量輕的物體成像,使用薄板。

    1。介紹

    X射線微攝片是一種非破壞性的方法,是近年來的極大興趣?;旧?,通過檢查樣品的X-射線輻射和一個高分辨率的檢測器的基礎上的閃爍體和一種光學裝置是用來檢測X射線通過。這是一個對比成像技術,使用在不同的材料對X射線的吸收差異。近日,三維CT成像是越來越大的興趣。
    非常薄的單晶閃爍體成像板中所使用的低能量X射線微量X線攝影的輻射探測器。在高分辨率的X射線投影成像,非常薄約5-20微米的單晶閃爍板用于實現空間分辨率為1微米左右。這種薄板主要用于顯微CT和納米CT系統中的任一微焦點X射線管,或與同步信號源。盤上的光分布的光學系統被轉移到一個高分辨率的CCD芯片。對于給定的參數的光學收集系統中,存在一個最佳的閃爍體板的厚度。越厚的板材更有效地吸收高能量的光子,但在CCD上的圖像變得模糊[1]。另一方面,過薄的閃爍體并不能提供足夠的吸收,使畫像的積分時間是相當高的。
    1.1單晶薄板

    單晶薄板制成的單晶樹干。最常用的晶體是由釔備Y3Al5O12(YAG)或镥Lu3Al5O12(LuAG),鈰摻雜,參照圖石榴石。 1。高品質工業YAG:Ce和LuAG:CE單晶制備由提拉法[2] Crytur。

    圖1。 YAG:CE單晶(直徑55毫米)

    這些無機晶體閃爍體,其特征在于良好的機械和化學穩定性,非吸濕性,高閃爍效率和快速衰減[3],[4]。本單晶成像閃爍屏幕是光學透明的。的發射波長的YAG:Ce和LuAG:Ce為550nm和535nm處。由這些結晶制備的成像屏幕可以用在不同類型的輻射和粒子(真空紫外(UV),電子或離子或它們的光束,X-或γ-射線)的檢測設備。該屏幕所顯示的示例是在圖2。

    圖2。 YAG:Ce的薄單晶屏幕(直徑50毫米,0.1毫米厚)

    LuAG:Ce的屏幕具有更高的轉換效率更高的吸收比YAG激光對X-射線:Ce的畫面,從而使圖像的信號的信噪比會更,見圖。 3。

    圖3。 X-射線吸收比較YAG的LuAG

    1.2 X-射線CCD相機

    高分辨率的X射線相機組成的高靈敏度數字CCD探測器和薄YAG:Ce或LuAG:CE閃爍成像的屏幕采用的是低能量的X射線攝片[5]。 CCD攝象機示于圖中。 4。該照相機包括一個CCD光傳感器的24X36平方毫米的尺寸,約11萬像素的分辨率。使用珀爾帖冷卻和溫度穩定的體溫調節系統。的CCD像素的大小為9微米,因此,CCD與光學系統的放大倍率為1至約10微米限制X射線的分辨率。屏厚度和物鏡的數值孔徑的最大分辨率是有限的。閃爍體板的最大尺寸是直徑為50毫米。不同的閃爍體的厚度來達到的最高分辨率。的目標被聚焦成的平面內的閃爍體吸收圖像是最佳的對比度。相機被設定為側位置,以避免相機上的電子元件的X射線的直接影響。

    圖4。 X射線CCD相機高分辨率照相
    2。實驗

    在實驗裝置中所呈現的高靈敏度的CCD攝像頭和YAG:Ce或LuAG:Ce的單晶薄板用于微重量輕的物體的X線攝影。
    對象的位置非??拷W爍體板,所以幾乎沒有使用投影倍率。用強度最大的Cu-陽極微焦點X射線源在約8千電子伏。
    的X-射線CCD相機進行了測試有特殊網格中,請參閱圖。圖5和圖6。該網格是由銅制成。它是在直徑為3毫米,并具有約8微米的寬度的線。

    圖5。圖像的網格使用LuAG(左)和YAG(右)

    吸收影像圖的圖像。 5使用目標10倍放大倍率和非常薄的,厚度為20微米的單晶屏幕。這樣的成像系統的分辨率是大約1微米。中所示的吸收圖像。 6使用目標放大倍率為1:1。解決電線具有良好的分辨率和對比度。該成像系統的分辨率大約是10微米。

    X射線圖像的網格

    的成像系統,用于觀察重量輕的材料作為YAG:Ce和LuAG:Ce的單晶的高靈敏度的低X-射線的能量(低于1千電子伏)。圖。圖7給出的2-D的X線攝影圖像的多孔塑料泡沫。

    高分辨率和高對比度圖像的塑料泡沫

    4。討論

    的閃爍體為基礎的系統的分辨率取決于幾個因素,主要是對X射線吸收的過程中,屏幕上的幾何形狀(主要是厚度),和光學系統。
    的X-射線被吸收并產生閃爍光子在一個卷,這是能量依賴的。 [1]作者報告蒙特卡羅模擬YAG:Ce的表明,絕大多數閃爍光子產生體積尺寸小于100納米。這是小于任何光學系統的衍射極限的分辨率,因此,閃爍材料和X射線吸收過程本身不是一個限制因素。分辨率是有限的,實際上只用幾何和光學系統問題。
    此外,有一個基本的限制,任何光學系統的分辨率,這是衍射極限。因此,典型的閃爍體的發光波長為550nm的亞微米分辨率的最高可能已經達成同步實驗室[6]。
    閃爍體中的X射線輻射的平均吸收深度依賴于光子能量和材料。 YAG:Ce和LuAG:CE屏幕是透明的,所以圖像的互動點是很容易轉移到CCD。然而,該材料的優點是透明性與成像板的厚度減小。如果閃爍體較薄,平均吸收深度較低,所創建的圖像更清晰,由于減減閃爍光子的橫向擴散引起的圖像模糊。成像板越薄,因此,更好的是在圖像中取得的分辨率。另一方面,與閃爍體的厚度減小了檢測效率。
    低Z(重量輕)的材料大多是由碳,氫,氧,氮,原子序數小于10,和多達18個。這些低Z元素,其特征在于的吸收邊緣的情況下(原子殼層能量)高于5千電子伏。真正的X-射線管譜幾乎沒有低于5千電子伏的能量,因此,低Z元素對比度極低,幾乎完全由于其密度。
    閃爍屏的效率依賴于吸收在材料中的特定的X射線譜。繪于圖LuAG的Cu陽極型X射線源40千伏譜的吸收效率的計算:Ce材料的厚度有關的。 8。利用所提出的系統實現的圖像的二維空間分辨率最高的是約1微米[5]。

    LuAG:CE銅陽極40千伏供電X射線管的能量吸收效率。

    5。結論

    在實驗裝置,一個高分辨率的成像系統基于CCD攝像機的透鏡和制造精密的YAG:Ce和LuAG:Ce的單晶屏幕被用于X-射線微X線攝影。
    實驗證明,YAG:Ce和LuAG:Ce的屏幕是適于以高空間分辨率的成像。由該成像系統實現的最高分辨率是約1微米。 LuAG:Ce的屏幕具有更高的轉換效率比YAG:Ce的畫面,使該信號噪聲比的圖像更好。
    YAG:Ce和的LuAG:CE單晶屏幕的靈敏度低能量預測其使用重量輕(低Z)材料攝片。
    4。致謝

    捷克GA AV項目KAN300100802的支持表示感謝。
    參考文獻

    [1]科赫,烏鴉,C.,Spanne,P.,Snigirev,A.,X射線成像與亞微米分辨率采用透明發光屏幕,J.選項。 SOC。 PM。 15,1940至1951年(1998年)。
    [2]Brändle公司,CD,晶柱生長的氧化物,J.晶體生長264(2004)593-604。
    [3] Nikl,M.,X-射線的閃爍探測器。外箱尺寸。 SCI收錄。技術17,R37-R54(2006)。
    [4] J.A.母馬,A. Beitlerova M. Nikl,N. Solovieva,C. D“橝mbrosio,K.布拉澤克,P.馬利,K. Nejezchleb和F. De Notaristefani的放射。外箱尺寸。 38,353-356(2004)。
    [5] Tous的,J.,霍瓦特,M.,翩,L.,布拉澤克,K.和Sopko,,B.,高分辨率應用YAG:Ce和LuAG:CE成像探測器與CCD X射線相機。原子核。指令冰毒。物理。研究A,591 264-267(2008)。
    [6] T.馬丁等人,用千分尺的空間分辨率在X射線攝像的最近的發展,J.同步加速器放射。 13,180-194(2006)


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