7. Рентгеновские видиконы

В качестве радиационных преобразователей исполь­зуют передающие телевизионные трубки типа видикон, если в качестве фотопроводящего материала используется ZnO, Se, РЬО. Схема рентгеновского видикона и его внешний вид показаны на рис. 17.

	Рис. 17. Схема рентгеновского видикона ЛИ-444 с электростатической фокусировкой (а) и его внешний вид (б):
1 – электронный прожектор; 2 – отклоняющие катушки; 3 и 4 – аноды; 5 – выравниваю­щая сетка; 6 – фотопроводящий слой; 7 – алюминиевая планшайба

На алюминиевой планшайбе размещен фотопроводящий слой толщиной 150 ... 350 мкм. Планшайба выполняет функцию сигнальной пластины видико­на. Фокусировку электронного луча, считывающего потен­циальный рельеф с мишени, осуществляет система из двух ано­дов. Между анодами создается «электронная линза», фокуси­рующая электронный луч на поверхности мишени. Сетка обес­печивает подход электронов по нормали к мишени, повышая четкость изображения. Развертка коммути­рующего электронного пучка осуществляется откло­няющими катушками.

При коммутации медленными электронами левая поверхность коммутируемого элемента фотопроводящего слоя приобретает потенциал катода электронного прожектора. В цепи сигнальной пластины включе­ны разгрузочный резистор и источник напряжения ( ).

После ухода коммутирующего пучка электроны из проводяще­го канала перемещаются к положительному полюсу источника питания, в результате потенциал левой стороны фото­проводящего слоя повышается. Изменение потенциала за время между двумя коммутациями пропорционально плотности потока рентгеновского излучения на входе коммутируемого элемента слоя. На левой стороне фотопроводящего слоя образуется потен­циальный рельеф. Во время коммутации элемента слой приоб­ретает потенциал катода. Ток перезаряда емкости элемента проходит по нагрузочному резистору, образуя на нем сигнал от радиационного изображения.

Параметры рентгеновидиконов приведены в табл. 4.2. Малая толщина (менее 0,3 мм) фоточувствительного слоя рентгеновидиконов не позволяет применять их для регист­рации фотонов высоких энергий и низких плотностей потока, менее 10⁶ фотонов/(мм²с).

8. Многоэлементные и газонаполненные детекторы

Первыми многоэлементными детекторами с газовым напол­нением были многопроволочные пропорциональные камеры. Их отличает низ­кая эффективность ре­гистрации фотонов рентгеновского излуче­ния и плохая развязка по рассеянному излуче­нию между соседними элементами детектора. Их заменили многоэле­ментные детекторы на основе ионизационных камер. Сейчас широко исполь­зуют линейные (однокоординатные) де­текторы, состоящие из большого числа (тысячи) идентичных ионизационных камер.

Рис. 18. Структурная схема ксеноновой ионизационной камеры: 1 – входное окно; 2 – анод; 3 – катод; 4 – ксе­нон; 5 – стенки камеры; 6 – источник высокого напряже­ния; 7 – предварительный усилитель

Ионизационная камера (ИК) с газовым наполнением (рис. 18) – это два плоскопараллельных (или коаксиальных цилиндрических) металлических электрода (2 и 3), размещенных в герметичном корпусе (1 и 5) с газовой средой 4. Электроды соединены с источником высокого напряжения 6.

Под действием рентгеновского излучения газ в меж­электродном пространстве ионизируется, образуя электронно-ионные пары. К электродам приложено посто­янное напряжение, создающее в межэлектродном пространстве электрическое поле, приводящее к разде­лению зарядов разного знака: электроны и отрицательные ионы собираются на аноде 2, а положительные ионы – на катоде 3. Сила тока в цепи ИК служит мерой плотности потока энергий (фотонов) излучения и зависит от объема ИК, давления газа в ней.

Из-за низкого электрического поля в камере (10³ В/мм) электроны в ионизационной камере, освобожденные излуче­нием, не получают достаточную кинетическую энер­гию для ионизации газа между электродами. Ионизация стимулируется только рентгеновскими фотонами. Суммарная ионизация может быть измерена. Если все ионы достигнут электродов, то в цепи возникнет ток насыщения

,

где – число пар ионов, генерируемых излучением в еди­нице объема камеры за 1 с; – заряд электрона; – рабочий объем камеры.

Пусть – мощность дозы излучения в чувствительном объ­еме камеры, тогда

,

где – плотность газа в камере; – энер­гия новообразования. Ток пропорцио­нален мощности дозы излу­чения. Ток на­сыщения теоретически достижим при больших напряженностях электрического поля в рабочем объеме камеры. На практике важно знать, на­сколько измеряемый ток близок . Отношение называют эффективностью собирания ионов. Оно умень­шается с увеличением мощ­ности дозы излучения.

Быстродействие ИК определяется временем полного собира­ния ионов, которое зависит от скорости перемещения наименее подвижных ионов в электрическом поле. В многоэлементных ионизационных детекторах с межэлектродными расстояниями около 1 мм быстродействие порядка 10^–5 с.