Download
1 / 34
340 likes | 480 Views
Graniczny system obrazowania DualView. Janusz Harasimowicz. Radiografia (fotony). I = I 0 exp(– μρ x) Problemy: - Nie można zobaczyć obiektów mniej gęstych za obiektami o dużej gęstości;
E N D
Graniczny system obrazowania DualView Janusz Harasimowicz
Radiografia (fotony) I = I0 exp(–μρx) Problemy: - Nie można zobaczyć obiektów mniej gęstych za obiektami o dużej gęstości; - Nie można odróżnić cienkiego, silnie absorbującego obiektu od obiektu grubego, ale słabo pochłaniającego promieniowanie.
Radiografia DualView Dwie energie fotonów: • Różne współczynniki μ dwa różne obrazy; • Analiza porównawcza więcej informacji o obiekcie (większa rozróżnialność materiałów organicznych i nieorganicznych); • Główne zastosowanie: kontrola bagażowa; • Ograniczone zastosowanie z powodu niewielkiej penetracji wiązek niskoenergetycznych.
DualView: fotony + neutrony • Neutrony oddziałują z materią w sposób komplementarny do fotonów jeszcze więcej informacji niż w przypadku dwuenergetycznego systemu wiązek fotonowych. • Commonwealth Science and Industrial Research Organisation (CSIRO) zaproponowało system DualView oparty o źródło fotonów (Co-60) i źródło szybkich neutronów (14 MeV), pozwalający na stworzenie obrazu zawierającego informację o gęstości i składzie materiału.
Różnice w osłabianiu • Neutrony: In / I0n = exp(–μnρx) • Fotony: Ig / I0g = exp(–μgρx) • Stosunek współczynników osłabienia neutronów i fotonów R: R = μn /μg = ln(In / I0n) / ln(Ig / I0g)
Różnice w osłabianiu • Problem: Wiązki przechodzą przez obiekt składający się z różnych materiałów. Wyraz μρx należy zastąpić przez ∫μ(x)ρ(x)dx. W konsekwencji określane jest jedynie efektywne R. W prostym przypadku, gdy w sąsiedztwie interesującego punktu znajduje się jednorodny materiał, możliwe jest wprowadzenie korekcji na warstwy położone wyżej i niżej. Pozwala to na wyznaczenie właściwej wartości R rozważanego punktu.
Testy laboratoryjne • Generator neutronów: Thermo MF Physics A-325 • Źródło fotonów: 0,82 GBq (22 mCi) Co-60 • Plastikowy scyntylator 20x20x75 mm • Detektor neutronów (nie pokazany na rysunku), pozwalający na normalizację liczby zliczeń w jednostce czasu.
Testy laboratoryjne • Typowe skany wykonywano dla zliczeń 100-s w każdym z 30 położeń obiektu prześwietlanego, przesuwanego każdorazowo co 10 mm.
Prototyp • Odległość źródła od środka ładunku prześwietlanego: około 2,5 m. • Odległość źródła od matrycy detektorów: 4,5 m. • Wysokość matrycy detektorów: 1,8 m. • Pewien obszar ładunku nie jest prześwietlany.
Źródła promieniowania • Komercyjny generator prędkich neutronów (14 MeV) Thermo MF Physics A-325, wytwarzający wiązkę 108 neutronów na sekundę. • 0,8 GBq źródło gamma Co-60 (1,17 MeV i 1,33 MeV) o czasie życia 5,3 lat (half-life).
System detekcyjny • Odczyt z plastikowych scyntylatorów za pomocą fotodiod silikonowych (zalety: niski koszt, niskie napięcie ~50 V, nie wymagają stabilizacji wzmocnienia). • Odpowiedź energetyczna fotodiod silikonowych nie jest dobrze dopasowana do standardowych scyntylatorów plastikowych. Z tego względu wykorzystano specjalne scyntylatory o świetle pomarańczowym. • Wymiary scyntylatorów: 20x20x75 mm.
System detekcyjny • Konwencjonalne fotodiody nie pozwalają na wzmocnienie sygnału, dlatego konieczne było opracowanie specjalnych wzmacniaczy. • Do detekcji zarówno neutronów i fotonów zastosowana została kolumna 80 detektorów. • Detektory zostały zgrupowane w jedną matrycę 16 detektorów i dwie 32.
Skanowanie • Pojedynczy detektor zbiera 7,5 oraz 250 zliczeń na sekundę odpowiednio dla neutronów i fotonów (bez prześwietlanego obiektu). • Obiekty przesuwane były na platformie z prędkością 0,25 mm/s. • W konsekwencji potrzebne były ponad 2h, by zebrać obraz 2 m obiektu. • Dla każdego detektora zbierane było 256-kanałowe widmo (kasowane co 10 mm).
Obraz • Wykorzystano specjalne, nieliniowe filtry w celu polepszenia jakości obrazu gęstości i wartości R. • Do obrazu gęstości zastosowano filtr wyostrzający, by uzyskać wyraźniejsze krawędzie i granice między obiektami. • Do obrazu wartości R zastosowano filtr wygładzający, by zminimalizować szum wynikający z niskiej liczby neutronów.
Wyniki • Górny obraz: tylko fotony. • Dolny: neutrony i fotony. • Metalowa rama i silnik widoczne są na niebiesko. • Paliwo, gumowe opony, plastikowe siedzenie, światła itp. widoczne na pomarańczowo. • Olej w misce olejowej widoczny jest na zielono.
Wyniki • Górny obraz: tylko fotony. • Dolny: neutrony i fotony. • Kolor niebieski reprezentuje obiekty pochodzenia nieorganicznego, kolor pomarańczowy organicznego (tu: narkotyki).
Komercyjny produkt • Komercyjny prototyp zainstalowany został na lotnisku w Brisbane. • Generator neutronów: Thermo MF Physics A-711 deuter-tryt (1010 neutronów/sek.). • Źródło fotonów: 185 GBq Co-60. • System detekcji neutronów zawiera 704 scyntylatorów plastikowych, a system detekcji fotonów 352 detektory CsI(Tl).
Komercyjny produkt • Poziom promieniowania poza strefą wyłączoną: 0,5 μSv/h. • Całkowita dawka zaabsorbowana przez ładunek prześwietlany: 12 μSv (jest to równoważne dawce od naturalnego promieniowania kosmicznego zaabsorbowanej w samolocie lecącym przez około 2h na wysokości 10 000 m).
