3. Рентгеновская пленка (рп) как детектор

Структура рентгеновской пленки дана на рис. 12. Главная часть – эмульсионный слой в виде желатиновой матрицы со взвешенными в ней мельчайшими кристаллами галогенида серебра. Прозрачная основа (подложка) из ацетата целлюлозы покры­та эмульсией с обеих сторон, что повышает квантовый выход пленки без увеличения времени на ее химико-фотографи­ческую обработку.

Во время экспозиции из галогенида фотоэлектрически ос­вобождаются электроны, которые захватываются центрами за­хвата в кристаллах. Здесь они нейтрализуются подвижными ионами серебра, приводя к осажде­нию малого количества металлического серебра. После обработки пленки зерна, содержащие определенное количество серебра, полностью переводятся в металличе­ское серебро. Там, где содержание серебра меньше критического количества, удаляются в процессе фиксации. Осаждаемое чистое серебро распределяется в соответствии с радиационным изображением.

Распределение частиц серебра, поглощающих свет, образует негативное фотоизображение. Процесс обра­ботки можно рассмотреть как усиление, где несколь­ко фотонов радиационного изображения по­рождают зерно, содержащее 10¹⁰ атомов серебра. Он определяет также процессы фотографического детекти­рования и записи. Фотографический эффект от взаимодействия нейтронов с эмульсией создается протонами, полученными в результате упругих столкновений нейтронов с ядрами водорода в желатине и основе пленки, -частицами от распада радио­нуклидов Ag и Вr, полученными в реакции ( ).

Сенситометрические характеристики рентгенографических пленок. Сенситометрия (лат. sensitivus – чувствительный) – учение об измерении фотографических свойств светочувствительных материалов.

Информация о радиационном изображении фиксируется на пленке в двоичной форме: зерно серебра переводится в латентное (лат. latens – скрытый) состояние, становясь после обработки непрозрачным, либо не переводится, оставляя эмульсию локально прозрачной. Макроскопические свойства пленки измеряют по площади, где содержится много зерен, чтобы усреднить микроскопические флуктуации.

Коэффициент пропускания ( ) – это отношение светового потока , прошедшего через почернения пленки, к падающему на него световому потоку :

.

Оптическая плотность почернения ( ) радиографической плен­ки характеризует радиографическое изображение и определяет­ся десятичным логарифмом величины, обратной коэффициенту пропускания:

.

Максимальная оптическая плотность почернения на радио­графических пленках достигает 10 ... 11. В радиационном контроле оптическая плотность обычно составляет 2 – 3. Эту характеристику измеряют денситометрами на элементах снимка раз­мером 1 ... 3 мм, или на элементах площадью до 0,01 мм² микроденситометрами и микрофотометрами.

Экспозиция излучения, приводящая к определенному почер­нению пленки, – это дозированное по переносу фотонов (энергии) количество излучения, воздействующее на пленку. Перенос фотонов (энергии) – это соответственно число фо­тонов (их энергия), падающие на единицу площади пленки (фотонов/м², Дж/м²). Экспозицию часто измеряют в единицах экспозиционной дозы (рентгенах).

Характеристическая кривая рентгеновской пленки – это зависимость оптической плотности почернения от логарифма экспозиции (экс­позиционной дозы ). На рис. 13 показана кривая, имеющая три линейных участка. При малых экспозициях плотность пленки мала и не зависит от значения экспозиции, т.н. фоновая плотность или плотность вуали и фона.

Рис. 13. Идеализированная характеристическая кривая рентге­новской пленки

На среднем участке плотность и логарифм экспозиции связаны линейно – область нормальных экспозиций. На третьем участке (об­ласть соляризации) весь галогенид серебра переходит в метал­лическое серебро, детектор насыщается, т.е. выходной сигнал не зависит от экспозиции.

Градиент харак­теристической кривой – важный пара­метр пленки, равный производная оптической плотности по десятичному логарифму экспозиции. На линейном участке кри­вой градиент обозначают , а в произвольной точке кривой . Пленка является непропорциональным де­тектором: значения для большинства рентгеновских пленок лежат в диапазоне 0,6 ... 3, тогда как значение лежит в интервале 2 ... 3.

Чувствительность РП определяют по характеристической кривой как величину, обратную экспозиционной дозе, необходимой для получения оптической плотности

.

Если экспозицион­ная доза для пленки при указанной плотности составила 0,2 Р, то ее чувствительность к излучению равна 5 Р^–1. Обычно чувствитель­ность пленки определяют при напряжении на рентгенов­ской трубке 80 кВ. При длительных экспозициях и низких уровнях мощности экспозиционных доз, при импульсном облучении потоками значительной плотности оптическая плот­ность меньше, чем при тех же экспозиционных дозах и проме­жуточных временах экспонирования. Это называют эффектом невзаимозаместимости.

Зернистость – это визуально обнаруживаемая неоднород­ность на равномерно экспонированном и проявленном участке рентгеновской пленки. Рассматривая экспонированную и обработанную рентгеновскую пленку с увеличением, используя лупу, то из-за разброса микрокристаллов эмульсии по чувствительности и размерам, случайного характера их расположения, статистических флуктуации числа рентгенов­ских фотонов наблюдается дискретное изображение с зернистой структурой.

Гранулярность ( ) – флуктуации оптической плотности почернения равномерно экспонированного и проявлен­ного фотоматериала, оцениваемого инструментальными метода­ми. Если пленку сканировать вдоль прямой в микро­денситометре, то на выходе будет напряжение, которое флуктуирует около неко­торого среднего значения, что связано с изменением коэффици­ента пропускания пленки с дисперсией .

Типы рентгеновских пленок. Выпускаемые промышленностью РП делятся на безэкранные и экранные. Пер­вые используются без усиливающих экранов или совместно с металлическими усиливающими экранами. Размер зерен их эмульсии в несколько раз меньше, чем у экранных пленок. Эк­ранные пленки имеют меньший градиент характеристической кривой. Особый класс представляют цветные РП.

Детектор люминесцентный экран – рентгеновская пленка. Здесь рентгеновское излучение поглощается люминофором, который при поглощении рентгеновского фотона обеспечивает выход большого числа фото­нов с энергией 1 ... 5 эВ. Эти фотоны экспонируют РП. Улучшение характеристик этого детек­тора в сравнении с РП вызвано:

1.– увеличением квантового выхода детекто­ра при добавлении в люминофор ионов тяжелых ме­таллов и большой в сравнении с РП толщиной люминофора,

2.– большим числом низкоэнергетичных фотонов (до нескольких тысяч на один рентгенов­ский фотон), экспонирующих несколько зерен. Предельная разре­шающая способность современных люминесцентных экранов превышает 10 пар лин/мм.