8.4. Досмотровые флюороскопы

Существует класс досмотровых рентгеновских установок, главной особенностью которых является использование специального флюороскопического экрана для отображения результатов просвечивания контролируемого объекта. Этот экран покрыт специальным веществом-(люминофором), которое может преобразовывать энергию невидимых рентгеновских лучей в излучение в виде квантов видимого света, воспринимаемых глазом человека. При прекращении воздействия излучения на экран свечение прекращается. Каждый квант рентгеновского излучения попадая на экран, покрытый люминофором, порождает квант света. Чем больше энергия рентгеновских квантов попадающих на некоторую область экрана, тем ярче свечение этой области. Одним из лучших флюоресцирующих веществ для покрытия экранов считается смесь сульфида цинка (ZnS) с сульфидом кадмия (CdS), активированных серебром.

Свечение, возникающее под воздействием внешнего облучения и исчезающее в течение короткого времени после окончания воздействия, называют флюоресценцией. Поэтому установки, использующие такой экран, называют флюороскопами.

В 90-х годах таможенные органы России активно оснащались установками для флюороскопического рентгеновского контроля «Короб-А» (другое название «Флюрекс»), которые относится к стационарным проекционным рентгеновским установкам 2-го типа. Они предназначались для углубленного таможенного контроля багажа и ручной клади.

Принцип работы флюороскопической установки можно пояснить следующим образом (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Принцип получения теневых изображений в рентгеновских

установках флюороскопического типа

Излучение от источника рентгеновских лучей проходит через контролируемый (просвечиваемый) объект и попадает на экран. На нем прошедшее через объект рентгеновское излучение преобразуется в световой рельеф (так называемое «теневое изображение»).

Лучи, прошедшие через различные участки просвечиваемого объекта, будут иметь разную интенсивность из-за неодинаковых значений коэффициентов ослабления рентгеновского излучения вследствие различной толщины и плотности предметов в просвечиваемом объекте. Поэтому участки экрана, находящиеся за толстыми предметами или предметами, изготовленными из сильно поглощающих веществ, светятся слабее по сравнению с участками, расположенными за тонкими предметами или предметами, сделанными из легких материалов. Иными словами, флюоресцентный экран играет роль преобразователя невидимого человеческим глазом «скрытого» рентгеновского изображения в видимый зрительный образ.

На рис. 8.11 в качестве объекта контроля показана коробка, внутри которой находится предмет (цилиндр) из плотного вещества. На участок экрана за плотным предметом будут воздействовать рентгеновские лучи меньшей интенсивности, чем на другие участки экрана, т. к. плотный предмет сильнее задерживает (поглощает) рентгеновские лучи. Поэтому на рисунке теневое изображение плотного предмета показано более темным, чем изображение остальной части коробки. Нетрудно увидеть, что размеры полученного изображения отличаются от реальных размеров контролируемого объекта, т. к. теневая картинка представляет собой его проекцию на экран.

В простейших флюороскопах глаза оператора (наблюдателя) располагаются на линии «Источник излучения – Объект - Флюоресцентный экран». Очевидно, что не вся энергия рентгеновских лучей будет поглощаться просвечиваемым объектом и флюоресцентным экраном. Чтобы защитить глаза оператора или телекамеру от остаточного рентгеновского излучения, за флюоресцентным экраном установливается защитное стекло с добавками свинца. В современных флюороскопах свечение экрана преобразуется в электрические сигналы, по которым создается изображение на телевизионном экране или мониторе компьютера. Очевидно, такие приборы более безопасны.

На флюоресцентном экране отображаются светотеневые контуры, геометрически подобные контурам предметов, находящихся в объекте. Коэффициент M увеличения изображения может быть рассчитан из соотношения подобия треугольников, общей вершиной которых является источник излучения F (рис. 8.12). Нетрудно убедиться в справедливости соотношения:

,

где l и L - расстояния от источника до предмета и до экрана; r и R - размер предмета и размер его изображения на экране соответственно.

Реальное значение увеличения изображения объектов в рентгеновских досмотровых аппаратах обычно не превышает нескольких раз.

Рис. 8.12. К расчету коэффициента увеличения изображения

Следует помнить, что контур изображения на экране передает проекцию разреза просвечиваемого объекта в плоскости, перпендикулярной направлению рентгеновских лучей. В связи с этим разные по объемной форме предметы на флюоресцентном экране могут давать одну и ту же теневую картинку (рис. 8.13).

Источник рентгеновского излучения должен иметь небольшие линейные размеры b, чтобы не вызывать искажений изображения на экране. При больших размерах источника через каждую «точку» объекта контроля от него будет проходить несколько лучей, т.е. будет получаться размытое изображение точки (рис. 8.14). Кроме того, изображения отдельных «точек» будут частично накладываться друг на друга.

Размер В теневого изображения источника вычисляется также из подобия треугольников:

, откуда , где М = L/l.

Рис. 8.13. Примеры форм теневых проекций

Рис. 8.14. Искажение изображения вследствие конечных

размеров источника излучения

Вследствие конечного размера источника разрешающая способность¹  проекционного метода будет ограничена значением:

,

или, оценивая ее сверху: .

То есть минимальный размер фрагмента предмета, который может быть рассмотрен на изображении, не может быть меньше размера используемого источника рентгеновского излучения. Типичным значением разрешающей способности проекционного метода формирования изображения, применительно к рентгеновским досмотровым установкам таможенного контроля, является несколько десятых долей миллиметра.

Рассмотрим конструкцию и характеристики одной из отечественных установок флюороскопического типа на примере стационарной установки «Короб-А», предназначенной для углубленного рентгеновского контроля багажа пассажиров (рис. 8.15).

Рис. 8.15. Общий вид установки «Короб-А»

Установка в нижней части имеет тележку (1) с колесами, что позволяет, несмотря на большой вес, перемещать ее в помещениях. Рентгеновский генератор находится в защитном кожухе (2) напротив флюоресцентного экрана с тубусом (3). В средней части находится бункер (4) с двигающимся кожухом. В бункере имеется поворотный столик, на который помещается контролируемый объект. Слева и справа от панели управления (5) расположены два штурвала (6), с помощью которых можно поворачивать столик с объектом контроля и изменять положение объекта относительно рентгеновских лучей. Бункер рентгеновский генератор со всех сторон закрыты свинцовыми листами. Перед тубусом для наблюдений установлен специальный защитный экран.

Поворачивая объект (тем самым меняя направление просвечивания) мы получаем возможность для подробного изучения его внутреннего строения. В комплект установки входят подставки, позволяющие установить объект в наклонном состоянии.

Открытый бункер с установленным на поворотный столик объектом контроля показан на рис. 8.16.

Просвечиваемый объект располагается внутри коробообразной камеры (отсюда название установки «Короб») на поворотном столике. Кожух состоит из двух частей, причем задняя его часть подвижная и управляется электроприводом. Подвижная часть кожуха, отодвигаясь назад, обеспечивает доступ для загрузки досматриваемого объекта. Стенки кожуха выложены свинцовыми листами, обеспечивающими защиту персонала от неиспользованного рентгеновского излучения. Перед светозащитным просмотровым тубусом установлено свинцовое стекло. Включение высокого напряжения возможно только при полном закрытии подвижной части, что обеспечивается специальными блокировочными микровыключателями, установленными на стыках подвижной и неподвижной частей кожуха.

Рис. 8.16. Открытый бункер с объектом контроля

Установка рассчитана на питание от однофазной сети напряжением (22022) В частотой (501) Гц.

Потребляемая мощность - не более 2,0 кВА.

Габаритные размеры установки - не более 900х1900х1800 мм.

Масса установки - не более 450 кг.

Размер флюороскопического экрана - не менее 600х600 мм.

Расстояние от пола до тубуса - (1500+10) мм.

Время открывания или закрытия бункера - не более 8 с.

Установка обеспечивает визуальное наблюдение следующих объектов:

1) в центре досмотровой камеры одиночного медного провода диаметром 0,1 мм и длиной не менее 200 мм;

2) стальной полосы толщиной 0,2 мм и шириной 10 мм за стальной преградой толщиной 4 мм;

3) не менее 20 градаций яркости ступенчатого алюминиевого клина толщиной 20 мм.

Изображение на флюороскопическом экране имеет слабое свечение, в связи с чем его наблюдение предполагает использование светозащитного тубуса. Отказаться от светозащитных приспособлений позволяют электронно-оптические системы, в которых свечение экрана преобразуется в электрические сигналы с последующим выводом изображения на телевизионный экран или монитор компьютера.

Флюороскопические установки с применением телевизионных устройств (компьютеров) могут работать с источником излучения в непрерывном или импульсном режимах. Импульсные установки создают кратковременные импульсы рентгеновских лучей, достаточных для запоминания «теневого» изображения в блоке памяти, причем просмотр изображения производится уже после воздействия излучения. Они наиболее безопасны в эксплуатации.

На рис. 8.17 показана современная отечественная переносная рентгеновская флюороскопическая установка «ФП-1-ТВ». Она относится к установкам 3-го типа. Основные функциональные узлы этой установки:

1- излучатель (на основе рентгеновской трубки);

2- блок преобразования и регистрации изображения (БПР);

3- штанга с кабелем соединительным для крепления к БПР;

4- блок управления и визуализации в защитном чехле с видеопроцессором, ЖК монитором и автономным блоком питания (БПУВ).

Блок управления и визуализации связывается с БПР кабелем, проходящим через штангу, через нее же подается питание. Однако возможно подключение через автономный кабель длиной 5 м.

Жилет служит для размещения БПУВ на теле оператора.