Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 19(189)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Технологии

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8, скачать журнал часть 9, скачать журнал часть 10, скачать журнал часть 11, скачать журнал часть 12, скачать журнал часть 13

Библиографическое описание:
Кононенко К.Д. ДЕТЕКТОРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2022. № 19(189). URL: https://sibac.info/journal/student/189/253085 (дата обращения: 29.03.2024).

ДЕТЕКТОРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Кононенко Кирилл Дмитриевич

магистрант, кафедра промышленной электроники, Рязанский государственный радиотехнический университет,

РФ, г. Рязань

X-RAY IMAGE DETECTORS

 

Kirill Kononenko

Master student, Department of Industrial Electronics, Ryazan State Radio Engineering University,

Russia, Ryazan

 

АННОТАЦИЯ

В данной статье кратко изложены теоретические сведения о детекторах рентгеновских изображений.

ABSTRACT

This article summarizes the theoretical information about X-ray image detectors.

 

Ключевые слова: детектор рентгеновских изображений, фокон, оптоволоконная развязка, плоскопанельные детекторы, TFT, CCD, CMOS.

Keywords: X-ray image detector, focon, fiber-optic Plate, flat-panel detectors, TFT, CCD, CMOS.

 

Наиболее популярными детекторами рентгеновских изображений являются плоскопанельные детекторы. Промышленные плоскопанельные детекторы подразделяются на два вида: на основе TFT-технологии и на основе CMOS-технологии. Панели на основе TFT-матриц могут переносить высокоэнергетическое излучение более 300 кэВ. Такие матрицы могут достигать размеров до 43×43 см при этом размер пикселя составляет от 100 до 200 мкм. С помощью CMOS-технологии можно создать матрицу с меньшим пикселем и получить более высокое качество изображения, в сравнении с TFT-технологией. Самый маленький размер пикселя у CMOS-матриц — 50 мкм. Но у таких матриц есть особенности. Во первых такие матрицы быстрее деградируют от рентгеновского излучения, чем TFT-матрицы это проявляется в увеличении теневого тока. Во вторых у них есть ограничения по размеру. Так, самый большой CMOS детектор достигает размеров 29×23 см.

К минусам плоскопанельных детекторов можно отнести не целесообразности применения в таких областях как, биология, нанотомография тканей, исследование кристаллов, где необходимо изучение объектов с разрешением в десятки микрометров и меньше. К тому же, применение плоскопанельных детекторов просто бесполезно там, где исследуются объекты с размерами не более нескольких сантиметров.

Таким образом, имеются сферы применения рентгеновских методик, где целесообразны или часто даже необходимы небольшие детекторы на основе единичных сенсоров с оптоволоконной развязкой. Основой таких детекторов является CCD или CMOS матрица с размером диагонали больше одного видиконовского дюйма.

В таких детекторах часто для снижения отрицательного воздействия рентгеновского излучения на сенсор, производители применяют оптоволоконную развязку в виде пластины (Fiber Optic Plate, FOP). FOP представляет собой вакуумно-плотное соединение спеченных, параллельно уложенных многожильных оптических волокон в один блок. Конструкции детекторов, дополненные опторазвязкой, позволяют расширить более, чем в пять раз диапазон допустимых энергий. Такое техническое решение позволяет значительно ослабить интенсивность проходящего рентгеновского излучения и перенести изображение без потерь яркости и искажений. На рисунке 1 приведен пример реализации данного способа (камера компании XIMEA). [1]

 

Рисунок 1. Рентгеновская камера на основе CCD -матрицы с оптоволоконной развязкой

 

Использование детекторов на основе единичных сенсоров позволяет получать данные о микроструктуре объектов с разрешением в шесть раз большим, по сравнению с плоскопанельными детекторами.

Для улучшения характеристик получаемого изображения некоторые производители используют методы осаждения и выращивания слоя сцинтиллятора непосредственно на поверхности оптоволоконной пластины. (Рис. 2), что является сложной и дорогостоящей операцией. В качестве сцинтиллятора служит, как правило, йодистый цезий — CsI, либо оксисульфид гадолиния – Gd2O2S. [2]

 

Рисунок 2. Выращивание сцинтиллятора на оптоволоконной пластине

 

Рассмотренные детекторы практически не имеют недостатков, кроме высокой стоимости. Подчеркнем, что такая стоимость обусловлена сложностью существующих технологий производства крупных сенсоров с малым размером пиксела. Именно поэтому компания XIMEA оказывается единственной в мире серийно выпускающей подобные устройства.

В настоящее время всё большее распространение получают детекторы на основе недорогих малоформатных ПЗС сенсоров с входными оптоволоконными элементами, предназначенными для масштабирования и переноса изображений.

Фоконы в отличие от плоских оптоволоконных плит (FOP) обеспечивают масштабирование изображения при переносе с одного торца элемента на другой, благодаря плавному уменьшению площади поперечного сечения тела фокона.

 

Рисунок 3. Перенос изображения с помощью оптоволоконного элемента типа фокон: а) – принцип работы, б) – результат преобразования

 

Анализ коммерческих разработок в рассматриваемой области позволяет выделить ряд фирм, активно использующих оптическую развязку на основе фокона: ProxiVision (Германия), Princeton Instruments (США), Photonic Science (Великобритания).

Основные отличия выпускаемых компаниями детекторов – размер активной области (зависит от коэффициента масштабирования фокона) и размер используемого сенсора.

 

Список литературы:

  1. XIMEA Рентгеновская камера на основе ПЗС-матрицы OnSemi KAI-11002. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ximea.com/en/products/x-ray-cameras-based-on-ccd-xiray/xray-camera-based-on-ccd-sensor-onsemi-kai-11002 (дата обращения: 18.05.2022)
  2. X-ray scintillator. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/etd/FOS_ACS_GPXS_ALS_TXPR1024E.pdf (дата обращения: 18.05.2022)

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.