Tendencje rozwojowe w radioskopii przemysłowej

KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Tendencje rozwojowe
w radioskopii przemysłowej
Grzegorz Jezierski
Politechnika Opolska
Radiologiczne metody badań nieniszczących
METODY
RADIOGRAFICZNE
(radio-grafia)
METODY
RADIOSKOPOWE
(radio-skopia)
METODY
RADIOMETRYCZNE
(radio-metria)
Fluorescencyjne
działanie
promieniowania
Jonizacyjne działanie
promieniowania
Błona radiograficzna
Papier radiograficzny
Płyta kserograficzna
Ekran fluorescencyjny
Detektor scyntylacyjny
Detektor Geigera – Müllera
Detektor półprzewodnikowy
Obraz srebrowy utrwalony
na błonie
Obraz utrwalony na papierze
radiograficznym
Obraz utrwalony na odbitce
kserograficznej
Obraz na ekranie
fluoroskopu
Obraz na ekranie
elektronowego
wzmacniacza obrazu
Obraz na monitorze TV
Sygnał elektryczny możliwy
do zmierzenia lub rejestracji
Fotochemiczne działanie
promieniowania
Wykorzystywane
zjawisko
Rodzaj detektora
promieniowania
Postać wyniku
badania
Zmiana oporności materiału
pod wpływem
promieniowania
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Detektory promieniowania X
Jonizacja
1. Detektory gazowe (komory jonizacyjne, liczniki
proporcjonalne, liczniki Geigera-Müllera)
2. Detektory półprzewodnikowe
Luminescencja
1. Ekrany fluorescencyjne
2. Detektory scyntylacyjne
Termoluminescencja
Dawkomierze TLD
Zjawiska fotochemiczne
1. Dawkomierze błonowe
2. Błony radiologiczne
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Detektory półprzewodnikowe
Detektory półprzewodnikowe – c.d.
Zasada działania detektorów półprzewodnikowych jest taka
sama jak zasada działania detektorów gazowych- przejście
cząstki jonizującej wytwarza pary elektron-dziura, które są
następnie zbierane na elektrodach. Średnia energia potrzebna
do wytworzenia ww pary w półprzewodnikach jest ok. 10 razy
mniejsza od energii potrzebnej do jonizacji w gazie.
Podstawowym elementem jest złącze p-n spolaryzowane w
kierunku zaporowym; swobodne nośniki prądu elektrycznego
generowane w obszarze czynnym detektora (kryształ
półprzewodnika) są zbierane na elektrodach; powstający
krótkotrwały (rzędu kilkudziesięciu ns) impuls prądu jest
następnie wzmacniany i rejestrowany.
Najbardziej popularnymi detektorami
półprzewodnikowymi są domieszkowane litem
detektory germanowe (ZGe= 32) i krzemowe (ZSi = 14).
Wymagają one jednak chłodzenia kriogenicznego aby
ograniczyć prąd ciemny (krzemowe mogą pracować w
temp. pokojowej).
Nowe detektory CdZnTe i CdTe oraz diamentowe.
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Detektory półprzewodnikowe – zalety:
Luminofory (Phosphors)
1. duża gęstość stąd małe wymiary,
2. liniowa zależność generowanego ładunku od
energii cząstki w szerokim zakresie energii tych
cząstek,
3. rozdzielczość energetyczna∼0,1%,
4. duża szybkość zbierania ładunku, a stąd duża
czasowa zdolność rozdzielcza,
5. możliwość stosowania niskich napięć zasilających.
Luminescencją nazywa się emisję światła widzialnego lub
ultrafioletowego przez zimna materię pod wpływem czynnika
pobudzającego, np. promieniowania ultrafioletowego i in. W
zależności od czasu emisji światła (świecenia) rozróżniamy:
Te zalety przyczyniły się do szybkiego rozwoju
produkcji półprzewodnikowych detektorów
złączowych oraz do szerokiego ich stosowania.
a) fluorescencję – gdy świecenie trwa przez ułamek sekundy
(10-5 – 10-9 s) po zaniku jego przyczyny,
b) fosforescencję – gdy świecenie trwa dłuższy czas (ułamek
sekundy i więcej) po zaniku jego przyczyny,
c) scyntylację – gdy świecenie ma postać pojedynczych
błysków zwanych scyntylacjami .
Scyntylacja - zjawisko powstawania błysku świetlnego w
wyniku przechodzenia promieniowania jonizującego przez
niektóre substancje (radioluminescencja).
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
1895 r. W. Röntgen – platynocyjanek baru BaPt (CN)4
T. Edison - (ponad 8000 substancji) 1896 r. CaWO4
W. Crookes - 1903 r. ZnS:Ag
R. Hofstadter – własności scyntylacyjne NaI:Tl oraz CsI:Tl
Ekrany wg ASTM E 1000 – 98:
CaWO4 (fioletowe ~ 420 nm, 1,2 lp/mm)
ZnS i CdS w proporcji 55:45 (zielone ~ 540 nm, 2 lp/mm)
Gd2O2S (żółto/zielone ~550 nm, 2,4 lp/mm)
LaOBr (niebieskie ~480 nm, 1,2 lp/mm)
Obecnie okładki wzmacniające na bazie pierwiastków ziem
rzadkich (La, Ga, Y i in.)
Pierwsze
fluoroskopy
CaWO4
122014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów
11 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów
Scyntylatory
1) Kryształy nieorganiczne, np. ZnS:Ag, ZnCdS, CdS:Ag,
NaI:Tl, CsI:Tl, KI:Tl, CsI:Na, CdTe, NaCl:Ag i wiele innych
2) Kryształy organiczne, np. antracen, naftalen, stilben
(zawierają pierścienie benzenowe)
ADADDDDDDD
3) Scyntylatory ze sztucznego tworzywa (stałe roztwory w
tworzyw pewnych substancji scyntylacyjnych, np. antracenu)
4) Ciecze i gazy, np. ksenon, hel
Ø=12÷150 mm, h=25÷125 mm
Pierwsze fluoroskopy
CaWO4
14
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
13
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Wzmacniacz obrazu rentgenowskiego
Wzmacniacze obrazu są używane w większości systemów
fluoroskopowych. Zastąpiły one ekrany fluoroskopowe.
Podstawową wadą ekranów fluoroskopowych była
konieczność adaptacji wzroku radiologa w ciemności w celu
rozróżnienia obiektów o małym kontraście. Inną
niedogodnością były trudności wynikające z fotografowaniem
obrazów przy jednoczesnym ich oglądaniu. Problem ten został
rozwiązany w wyniku skonstruowania tzw. wzmacniaczy
obrazu. Wzmacniacz obrazu rtg jest to urządzenie
elektroniczne (typu triody) przetwarzające obraz rentgenowski
na odpowiadający mu obraz widzialny o wzmocnionej jasności
i dużym kontraście, w wyniku dostarczenia dodatkowej energii.
ADADDDDDDD
16
15
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Parametry wz-cza obrazu rtg
Okienko wejściowe: Ti lub Al (95% transmisja) – katoda,
Średnica wejściowa: 6”, 9”, 12”, 14” lub 16” (15 – 40 cm),
Ekran wejściowy: CsI:Na (nowy) lub ZnCdS:Ag (stary),
CsI (struktura igłowa): wysoka absorpcja promieniowania, duża
sprawność,
Fotokatoda: warstwa CsSb3
Napięcie przyspieszające: 25 – 35 kV,
Okienko wyjściowe: (Al ~0,2 µm) – anoda,
Średnica wyjściowa: ok.1” - 2” (2 - 5 cm),
Ekran wyjściowy: ZnCdS:Ag (cząstki luminoforu 1 do 2 µm).
W 1950 r. John W. Coltman z firmy Westinghouse zgłosił patent na wz-cz obrazu rtg.
Pierwszy praktyczny wz-cz obrazu rtg został wyprodukowany przez Holland Philips
w 1952 r.
18
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
17
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Parametry wz-cza obrazu rtg
Okienko wejściowe: Ti lub Al (95% transmisja) – katoda,
Średnica wejściowa: 6”, 9”, 12”, 14” lub 16” (15 – 40 cm),
Ekran wejściowy: CsI:Na (nowy) lub ZnCdS:Ag (stary),
CsI (struktura igłowa): wysoka absorpcja promieniowania, duża
sprawność,
Fotokatoda: warstwa CsSb3
ADADDDDDDD
Napięcie przyspieszające: 25 – 35 kV,
Okienko wyjściowe: (Al ~0,2 µm) – anoda,
Średnica wyjściowa: ok.1” - 2” (2 - 5 cm),
Ekran wyjściowy: ZnCdS:Ag (cząstki luminoforu 1 do 2 µm).
20
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
19
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
ADADDDDDDD
Zalety:
- dojrzała technologia, przystępna,
- duże wymiary (do Ø 40 cm),
- wzmocnienie jasności 5000 do 25 000,
- dobra czułość kontrastowa,
- doskonały stosunek S/N dla niskiego strumienia fotonów,
- zdolność rozdzielcza 5-6 lp/mm (błona 15-20 lp/mm),
- zdolność obrazowania dynamicznego.
Ograniczenia:
- zniekształcenia beczkowate (dystorsja beczkowata),
- zniekształcenie poduszkowate (dystorsja poduszkowata),
- zwłoka (lag) – trwanie luminescencji po zaniku X-ray (ok. 1
ms) – ogranicza rozdzielczość czasową (starsze 30-40 ms).
22
212014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Tor wizyjny
Obraz wyjściowy ze wz-cza obrazu rtg jest analizowany
liniowo za pomocą lampy analizującej i przekazywany na
monitor względnie do systemu obróbki obrazu. Intensywność
światła na ekranie wyjściowym wz-cza obrazu rtg jest
analizowana liniowo i zamieniana na napięcie elektryczne
(wysoka intensywność światła odpowiada wysokiemu
poziomowi napięcia). Całkowity obraz obejmuje 625, 875 lub
1025 linii, częstotliwość pół-obrazu 50 Hz.
Lampy analizujące stosowane są zazwyczaj wtedy, gdy
wymagana jest wysoka rozdzielczość przestrzenna, a więc
wykrywalność małych szczegółów (np. badanie spoin).
24
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
23
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Lampy analizujące
Obraz analogowy a cyfrowy
Lampa analizująca jest to lampa elektronowa przeznaczona do
przetwarzania obrazu optycznego (widzialnego) na sygnał
elektryczny.
Lampy analizujące o niskiej czułości tj. do pracy w warunkach
wysokiej luminacji to:
- widikon tj. lampa analizująca foto-przewodząca, w której
obraz ładunkowy jest wytwarzany bezpośrednio na płytce
akumulacyjnej, wykonanej z jednorodnego półprzewodnika
Sb2S3 (trójsiarczek antymonu).
- plumbikon(© Philips) tj widikon, w w którym elektroda
akumulująca jest wykonana z tlenków ołowiu (charakteryzuje
się mniejszą bezwładnością niż widikon).
Lampy analizujące o wysokiej czułości tj. do pracy w warunkach
niskiej luminacji to: newicon, isocon.
Obrazowanie na błonach
Obrazowanie cyfrowe
Gęstość optyczna radiogramu
Jasność na ekranie
Przedział naświetlania
Zakres dynamiczny
Czułość błony
Liniowość
Kontrast
Rozdzielczość kontrastu
Rozdzielczość
Częstość przestrzenna
Ostrość
Stosunek sygnału do szumu
26
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
25
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Klasyfikacja płaskich detektorów:
- stacjonarne/przenośne
Podstawowe charakterystyki detektorów:
MTF - (Modulation Transfer Function) funkcja przenoszenia
modulacji
- dynamiczne/statyczne
- wymagają podłączenia/bezprzewodowe
DQE - (Detective Quantum Efficiency) kwantowa efektywność
detekcji [%]
- zakres energii
SNR - (Signal - to - Noise Ratio) stosunek sygnału do szumu
- wymiary, grubość, masa,
- rozmiar piksela i współczynnik wypełnienia pikseli
28
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
27
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
MTF (Modulation Transfer Function) Funkcja przenoszenia
modulacji – zdolność detektora do przetworzenia kontrastu
obiektu poprzez rozkład na różne częstotliwości przestrzenne.
MTF jest odpowiedzialny za konwersję poziomu kontrastu dla
obiektów o różnej wielkości. Większa wartość MTF zapewnia
lepszy transfer kontrastu i rozdzielczości niż MTF o mniejszej
wartości.
MTF jest determinowana wielkością piksela oraz odległością
między środkami sąsiadujących pikseli (pixel pitch).
Funkcja przenoszenia modulacji MTF charakteryzuje
rozdzielczość przestrzenną systemu obrazowania.
Wyrażana jest w postaci graficznej jako zależność osiągalnego
procentowo kontrastu (oś pionowa) od częstości przestrzennej
(oś pozioma).
Opisuje ona, w jaki sposób odtwarzane są w obrazie szczegóły
obiektu w funkcji częstotliwości przestrzennej. Im mniejszy jest
kontrast wybranego szczegółu w obrazie tym większą wartość
powinna mieć funkcja przenoszenia modulacji w celu
poprawnego odwzorowania go w obrazie.
Typowa krzywa pokazuje, iż dla niskich częstotliwości kontrast
osiąga 100% i spada w miarę wzrostu częstotliwości.
30
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
29
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Częstość przestrzenna cecha obrazu rzeczywistego,
przetwornika lub systemu prezentacji obrazu określająca
gęstość ułożenia powtarzalnych szczegółów obrazu, np.
równoległych linii. Wysokie częstości przestrzenne
odpowiadają dużej ilości drobnych szczegółów obrazu.
Częstość przestrzenna jest wyrażana zwykle w ilości par linii
na jednostkę długości. Wysokie częstości przestrzenne
odpowiadają rozpoznawalności dużej ilości szczegółów.
Rozmiar pikseli bezpośrednio determinuje rozdzielczość
przestrzenną. Dla rozmiaru piksela 200 µm maksymalna
rozdzielczość wynosi 5 linii tj. 2,5 pl/mm, a dla piksela 100 µm
odpowiednio 10 linii czyli 5 pl/mm.
Rozdzielczość przestrzenna – jest zdolnością systemu
obrazującego do wizualizowania dwóch przyległych struktur
jako oddzielnych elementów obrazu.
32
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
31
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
DQE (Detective Quantum Efficiency) ilościowa wydajność
detekcji - efektywność systemu do przetwarzania kwantów
promieniowania na informację zawartą w obrazie. Idealny
detektor wykazuje wartość DQE na poziomie 100% - tzn.
100% padających kwantów jest wykrywanych. Wydajność
kwantowa jest określona przez grubość, gęstość i budowę
(skład) detektora. Ograniczona absorpcja promieniowania
rentgenowskiego w detektorze pozwala osiągnąć wartość DQE
na poziomie od 30 do 60%. Ponadto całkowite szumy
systemów pomiarowych w dalszym stopniu pogarszają ten
wskaźnik.
Wartość wskaźnika DQE świadczy o minimalnej dawce
promieniowania niezbędnej dla uzyskania obrazu. Wysoka
wartość DQE mówi nam o tym, iż do uzyskania wysokiej
jakości obrazu stosujemy ekspozycje o niskiej dawce
promieniowania.
34
33
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Efekt szumów - parametrem opisującym jego wpływ jest tzw.
stosunek sygnału do szumu oznaczany jako SNR.
Obecność szumów a w szczególności niskiego stosunku
sygnału do szumu (patrz dalej) obniża jakość obrazu. W
radiografii rozróżniamy trzy rodzaje szumu:
- szum kwantowy z powodu kwantowej natury promieniowania
X czy gamma,
- tło czyli szum spowodowany promieniowaniem
rozproszonym,
- szum spowodowany działaniem detektora czy układów w
procesie przetwarzania obrazu (w przypadku błony
radiograficznej będzie to tzw. tło zwane inaczej
zadymieniem).
36
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
35
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
4
Kamery cyfrowe CCD
Kamera CCD to nie próżniowa lampa elektronowa a
urządzenie półprzewodnikowe (Charge Coupled Device –
urządzenie o sprzężeniu ładunkowym) .
CCD składa się z dyskretnych światłoczułych elementów diod
stanowiących matrycę. Typowa liczba punktów obrazu wynosi
756×581 do 2048×2048 pikseli. Istotną wadą kamery CCD z
punktu widzenia radioskopii są jej niewielkie wymiary (chip 2-4
cm2) w porównaniu do typowych powierzchni badanych
obiektów. Pociąga to za sobą konieczność stosowania
specjalnych urządzeń optycznych (soczewki, zbieżny układ
włókien optycznych tzw. fiberoptic taper) dopasowujących do
przejścia z większej powierzchni np. scyntylatora na
powierzchnię wejściową kamery CCD.
39
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych Kule 2014
Matryca CCD wykorzystuje efekt fotoelektryczny wewnętrzny,
polegający na generowaniu nośników ładunku elektrycznego
poprzez padające na piksel fotony. Podobny proces zachodzić
może podczas uderzenia w piksel kwantu promieniowania
jonizującego (absorpcja fotonu X przez warstwę krzemu CCD).
W układach CCD wygenerowane nośniki ładunku są
przemieszczane poza obszar matrycy, gdzie następuje odczyt
sygnału za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego
wspólnego dla wszystkich pikseli. Średnia wydajność
kwantowa jest na poziomie 70%, co znaczy, że 70%
padającego światła jest rejestrowana (dla tradycyjnej błony,
wydajność wynosi ok. 2%.W porównaniu z lampą analizującą
ma ona nieco niższą rozdzielczość przestrzenną, ale za to
znacznie lepszą transmisję kontrastu w średnim zakresie
częstotliwości. Ponieważ obok niskiej bezwładności wykazuje
ona także niska skłonność do rozmazywania jest stosowana
jako standardowa kamera do badan odlewów. 40
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych Popów 2014
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Zalety:
- CCD są bardziej czułe niż lampy analizujące (zdolność
detekcji przy mniejszej ilości światła), wyższa DQE,
- małe rozmiary pikseli: 20×20 µm, 24×24 µm, 48×48 µm
- wytwarzają mały szum elektroniczny (lepszy SNR) – lepsza
rozdzielczość kontrastowa obrazu, mniejsza dawka,
- nie mają zniekształceń jak wz-cze obrazu,
- brak zwłoki (opóźnienia),
- 100% współczynnik wypełnienia (fill factor),
- trwała konstrukcja, dłuższy czas użytkowania.
Ograniczenia:
- CCD mogą rejestrować bezpośrednio X-ray poniżej 10 keV,
- małe wymiary,
- 1,3 lp/mm,
Kamery cyfrowe CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Kamery typu CMOS zewnętrznie nie różnią się one zbytnio od
kamer typu CCD. Mają one wiele zalet m. in. charakteryzują
się integracją w zakresie projektowania, mniejszym poborem
mocy, łatwością wytwarzania i niższym kosztem. Ponadto
odczyt informacji z każdego piksela odbywa się w nich
niezależnie a nie jak w detektorach CCD, gdzie informacja jest
przepisywana w czasie odczytu z jednego piksela do drugiego.
Jednakże ich powierzchnia aktywna dla zbierania obrazu jest
mniejsza niż w przypadku CCD oraz posiadają tzw. stały szum
wzoru (pattern noise).
42
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych Popów 2014
41
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych Popów 2014
Detektory panelowe
(Flat Panel Detector - FPD, Digital Flat Panels – DFP,
Digital Detector Array – DDA
Urządzenia te bazują na dwuwymiarowym cienkim płaskim
półprzewodniku (fotodiody) jakim może być amorficzny krzem
lub selen (a-Si lub a-Se) oraz odczytujące fotodiody tranzystory
cienkowarstwowe TFT (Thin Film Transistor) w postaci matrycy
pikseli. Podstawową różnicą pomiędzy technologią CCD/CMOS
a technologią FPD jest to, że kamera CCD/CMOS posiadająca
oczywiście własną elektronikę nie jest wystawiona na działanie
pola promieniowania jonizującego, tak jak to ma miejsce w
przypadku FPD. Stąd też cały układ elektroniki FPD jest
zabezpieczony specjalną masywną obudową. CCD/ CMOS są
podatne na uszkodzenia radiacyjne.
43
Detektory panelowe c.d.
Konfiguracja detektorów panelowych jest mniej skomplikowana,
ponadto zapewniają one lepszy zakres dynamiki i lepsze
właściwości, niż technologia wz-cza obrazu rtg/CCD .
Wzmacniacze obrazu mogą ponadto powodować
zniekształcenia obrazu, zwłaszcza jego obwodowych części.
Obrazy otrzymane za pomocą systemów wykorzystujących wzcz obrazu rtg/CCD charakteryzują się ponadto większym
poziomem szumów.
Rozróżniamy dwa podstawowe typy detektorów FPD,
- detektory typu płaski panel z przemianą pośrednią
(na bazie a-Si:H)
- detektory typu płaski panel z przemianą bezpośrednią
(na bazie a-Se).
44
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych Popów 2014
Co to znaczy a-Si (Z=14) i a-Se (Z=34)?
Amorficzny (bezpostaciowy) uwodorniony krzem (a-Si:H)
posiada tę samą budowę co sam kryształ krzemu tj. dobre
uporządkowanie na krótkich odległościach, mniejsze
uporządkowanie na większych odległościach.
A-Si:H jest półprzewodnikiem stosowanym do wytwarzania
elektronicznych elementów, takich jak TNT oraz fotodiody.
Można z niego wykonywać większe powierzchnie, niż to
wynikałoby z krystalizacji krzemu (zwykle 200 mm, rzadziej
300, 400 mm) w postaci cienkiej warstwy, tj. do 40×40 cm.
Ponadto a-Si:H jest odporny na silne promieniowanie
jonizujące.
Systemy oparte na amorficznym krzemie –
pośrednia konwersja sygnału
Promieniowanie X jest wykrywane bezpośrednio za pomocą
warstwy scyntylatora zamieniającej je na światło widzialne, które
następnie jest rejestrowane przez fotodiody stanowiące matrycę
receptorów z (amorficznego/bezpostaciowego krzemu (a-Si) o
gr.< 2 µm. Fotodiody są odczytywane przez tranzystory
cienkowarstwowe TFT połączone z matrycą.
Warstwa scyntylacyjna składa się najczęściej z jodku cezu (CsI),
struktura igłowa 5-10 µm, duża sprawność albo tleno-siarczek
gadolinu Gd2O2S (GOS) rozwiązanie przestarzałe, tańsze,
wymaga stosowania większych dawek promieniowania.
Ograniczeniem tego typu detektora jest niezbyt wysoka
rozdzielczość, czułość fotodiod na światło widzialne i ich
wrażliwość na uszkodzenia radiacyjne.
46
45
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Zalety:
- niski koszt na powierzchnię,
- powierzchnie aktywne: 20×20 cm do 43×43 cm,
- dobra wydajność energetyczna,
- częstość przestrzenna (10% MTF): 3,5 do 10 lp/mm
- odporny na promieniowanie,
- odporny na wstrząsy,
- szybki proces akwizycji,
- dłuższy czas użytkowania.
Ograniczenia:
- względnie duży piksel (65 µm do 500 µm),
- czas odpowiedzi,
- efekt „ghosting”.
Systemy oparte na amorficznym selenie –
bezpośrednia konwersja sygnału
Materiałem detektora tj. fotoprzewodnika jest najczęściej
amorficzny selen (a-Se) o grubości ~500–1000 µm . Trwają
także prace nad wykorzystaniem innych fotoprzewodników jak
np. CdTe, HgI2 czy PbI2. Ładunek obrazu jest zbierany przez
elektrodę piksela i zapamiętywany w pojemności do niego
przypisanej (pojemność całkująca). Zarówno elektroda jak i
pojemność są dołączone do tranzystora cienkowarstwowego
TFT związanego z danym pikselem. Z powodu braku rozrzutu i
optymalnego stosunku sygnału do szumu, jakość obrazu jest
bliska jakości obrazu na błonie o średniej ziarnistości.
48
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
47
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
KRAJOWA KONFERENCJA BADAŃ RADIOGRAFICZNYCH - „POPÓW 2014”
10 - 12 września 2014 r.
Zalety:
- duże powierzchnie: 43 cm x 43 cm,
- wysoka rozdzielczość MTF~75% przy 2 lp/mm (piksel 150
µm)
- współczynnik wypełnienia: 100% dla piksela 150 µm)
-prosty odczyt matrycy: brak fotodiod (szybszy niż a-Si)
Ograniczenia:
- absorpcja X – 52% (60 keV). W przypadku stosowania
wyższych energii promieniowania X (>180 kV) selen jest
wrażliwy na tzw. zjawy (ghosting). Do ujemnych stron tego
detektora można zaliczyć konieczność stosowania wysokiego
napięcia, wytwarzanie sygnału nawet przy braku
promieniowania (dark signal), a przede wszystkim bardzo
wysoki koszt wyprodukowania tak dużej płyty z selenu
amorficznego. Ograniczenia te powodują, że płyty selenowe
mają zastosowanie tylko w bardzo specyficznych
przypadkach, przy bardzo ściśle kontrolowanych warunkach.
Wybrane urządzenia radioskopowe firm:
YXLON (PHILIPS)
GE (SEIFERT)
GILARDONI
FAXITRON
50
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
49
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Istotne parametry systemu radioskopowego
1. Uniwersalny/specjalistyczny,
2. Wielkość kabiny/ konstrukcja modułowa,
3. Wielkość badanego elementu: wymiary/masa,
4. Stół manipulacyjny, manipulator/ ilość osi,
5. Wielkość drzwi: dzielone, czas otwierania,
6. Energia promieniowania, wysokostabilny generator WN,
7. Lampa: jedno/dwa ogniska,
8. System obrazowania, jakość obrazu,
9. Oprogramowanie (łatwe, możliwości obróbki obrazu),
10. Monitorowanie całej pracy systemu,
11. Kompatybilność z siecią LAN, wysyłanie obrazów pocztą
elektroniczną,
12. Serwis: kompetentny i niezawodny; 24h/dobę 7 dni w
tygodniu, koszty serwisowe.
51
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”
Stan znormalizowania
1). ASTM E 1000-98 (2009) Standard Guide for Radioscopy
1. PN-EN 13068-1 Badania nieniszczące – Badania
radioskopowe – Część 1: Ilościowy pomiar własności obrazu
2. PN-EN 13068-2 Badania nieniszczące – Badania
radioskopowe – Część 2: Sprawdzanie długotrwałej stabilności
urządzeń obrazujących
3. PN-EN 13068-3 Badania nieniszczące – Badania
radioskopowe – Część 3: Ogólne zasady badania
radioskopowego materiałów metalicznych promieniowaniem X
i gamma
2). ASTM E1411-09 Standard Practice for Qualification of
Radioscopic Systems
3). ASTM E 1255-09 Standard Practice for Radioscopy
4). ASTM E 1416-09 Standard Test Method for
Radioscopic Examination of Weldments
5). ASTM E1647-09 Standard Practice for Determining
Contrast Sensitivity in Radioscopy
(wprowadzono w 2002 r.)
522014”
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów
6). ASTM E 1734-09 Standard Practice for Radioscopic
Examination of Castings
53
Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych „Popów 2014”