Пристрій для знаходження і локалізації часток потоку нейтральних часток

1. Устройство для обнаружения и лока лизации частиц потока нейтральных частиц, испускаемых источником и распространяю щихся под постоянным углом с известной величиной среднего направления, включаю щее плоский твердый преобразователь, ус тановленный по касательной к среднему направлению распространения частиц, средства усиления и накопления зарядов, содержащее проводники, электрически изо лированные друг от друга и параллельные друг другу и расположенные в плоскостях параллельных твердому преобразователю, причем твердый преобразователь и средст ва усиления и накопления зарядов разме щены в камере с ионизируемым газом, проницаемой для нейтральных частиц, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что средства усиления и накопления зарядов выполнены электриче ски изолированными друг от друга, причем проводники средства усиления зарядов вы полнены в виде электропроводных линий, а средства накопления подсоединены к источнику потенциала с возможностью сообщать этим средствам потенциал, близкий к потенциалу твердого преобразователя 2. Устройство поп. 1, отличающеес я тем, что средства накопления зарядов размещены в непосредственной близости, по меньшей мере, к одной стороне преобра зователя и отделены от последнего слоем изолирующего материала. 3. Устройство по п. 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что твердый преобразователь обра зован компланарными элементами, каждый из которых включает проводники средства накопления зарядов. 4. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что электропроводные линии средства усиления размещены дополнитель но, по меньшей мере, в одной плоскости, па раллельной плоскости преобразователя, и имеют одно направление, непараллельное направлению проводников средств накоп ления зарядов. 5. Устройство по пп. 1 -4, о т л и ч а ю щее с я тем, что проводники средств накоп ления зарядов расположены по направле ниям, которые сходятся к источнику нейтральных частиц. 6. Устройство по пп. 1 - 5, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в качестве изолирующего материала используют полимер а виде пла стины, а проводники средств накопления зарядов выполнены в виде медных дорожек, выгравированных на указанной пластине полимера. с > 11077 Настоящее изобретение относится, в частности, к устройству для обнаружения и локализации частиц в потоке нейтральных частиц,-излучаемых источником и распространяющихся в телесном углу ограниченного раскрыва, определенного вокруг среднего направления. Устройства такого типа известны [1], но они не обладают достаточным пространственным разрешением. Более близким к заявляемому следует считать устрйоство [2] содержащее - по-существу плоский твердый преоб разователь, предназначенный для разме щения в касательном падении относительно этого среднего направления, причем этот преобразователь может, при падении этих нейтральных частиц, генерировать электри ческие заряды, - средства усиления зарядов, предназ наченные для получения электрического потенциала, отличного от потенциала преобразователя, и для получения усиления зарядов путем стимулированной ионизации окружающего газа, - средства накопления зарядов, содер жащие удлиненные проводники, электриче ски изолированные друг от друга, заметно параллельные между собой и параллельные преобразователю, и каждый из которых об разует со средним направлением указанно го потока плоскость, по существу перпен дикулярную преобразователю, и - камеру, проницаемую нейтральными частицами, содержащую преобразователь, средства усиления зарядов, средства накоп ления зарядов и газ. Устройство этого типа описано в европейской заявке на патент [2]. Это известное устройство позволяет получать очень высококачественные изображения предметов больших размеров и большой плотности, облученных источником нейтральных частиц, таких, как рентгеновские фотоны, гамма фотони или нейтроны , причем эти предметы размещаются между источником и устройством и подвергаются развертке. В частности, это известное устройство позволяет получать изображения облученных предметов с несравненным контрастом. Исключительный интерес, проявленный специалистами в области формирования изображений, к этому устройству по предшествующему уровню техники, привел к отысканию оптимизации, с целью придания этому известному устройству решающ их качеств п о отношению к д ругим известным системам не только в области формирования изображений очень объем ных и плотных предметов, но также в области формирования изображений предметов с меньшими размерами, что уже применяется с помощью известного устройства, но для 5 этого применения это устройство может иметь более строгие ограничения, чем в обычных системах, с точки зрения разрешающей способности. Целью изобретения является, таким об10 разом, увеличение пространственного разрешения локализации нейтральных частиц. Цель достигается заявленным устройством. Устройство, согласно изобретению, 15 предназначенное для обнаружения и локализации частиц в потоке нейтральных частиц, излучаемых источником и распространяющихся в телесном углу ограниченного раскрывэ, определенного вокруг среднего направ20 ления, и содержащее известным способом; - по существу плоский твердый преобра зователь, размещенный в касательном паде нии относительно этого среднего направле ния, 25 - средства усиления и накопления зарядов, содержащие удлиненные проводники, электрически изолированные друг от друга, посуществу параллельные между собой и параллельные твердому преобразователю, 30 причем твердый преобразователь и средства усиления и накопления зарядов размещены в камере с ионизируемым газом. - проницаемой для нейтральных частиц, в основном отличается тем, что средства 35 усиления и накопления зарядов выполнены электрически изолированными друг от друга, причем проводники средства усиления зарядов выполнены в виде электропроводных линий, а средства накопления подсое40 динены к источнику потенциала с возможностью сообщать этим средствам потенциал, близкий к потенциалу твердого преобразователя. Под "эл ектрическим п отенциалом, 45 близким к потенциалу преобразователя" здесь понимается электрический потенциал, в известных случаях, идентичный потенциалу преобразователю, но, в любом случае, более близкий к нему, чем к потенциалу 50 средств усиления зарядов. По мере того, как заряды, которые усиливаются путем стимулированной ионизации, являются отрицательными, накопленные заряды являются положительными, таким образом, что про55 водники накопления зарядов играют роль катодов. В то время, как в устройстве по предшествующему уровню техники удлиненные проводники накопления зарядов служат также для усиления зарядов, в устройстве, 11077 согласно изобретению, предусматриваются полностью отдельные средства усиления и накопления зарядов Это особое расположение позволяет, путем разделения конструктивных напряже- 5 ний, воздействующих, с одной стороны, на средства усиления зарядов и, с другой стороны, на средства накопления зарядов, устранить недостатки, ограничивающие разрешающую способность известной системы. 10 Более конкретно, в то время, как было необходимо подавать на средства усиления зарядов довольно большой потенциал, по отношению к преобразователю, для получения явления стимулированной ионизации 15 такого, как лавина Таузенда, и для удерживания на достаточном удалении друг от друга проводимых линий усиления зарядоп для придания созданному электрическому полю распределения, совместимого с использо- 20 ванием явления усиления, это требование наличия минимального расстояния между этими линиями непосредственно связано с ограничением разрешающей способности системы, так как эти линии служат также для 25 накопления зарядов, а расстояние между ними определяет разрешающую способность системы. Исключая это требование и позволяя уменьшать расстояние между проводника- 30 ми накопления зарядов, изобретение расш и р я ет возможности р а з р еш а ю щ е й способности известного устройства до технологических пределов. Согласно особому способу выполнения 35 устройства, согласно изобретению, средства накопления зарядов размещают в непосредстоенной близости, к, по меньшей мере, одной стороне преобразователя и отделяют от этой последней слоем изоляционного ма- 40 териала. Согласно другому способу выполнения, твердый преобразователь образован из ком планарных элементов, составляющих указан ные проводники накопления зарядов. 45 Предпочтительно электропроводные линии, которые размещены в, по меньшей мере, одной плоскости, параллельной плоскости преобразователя, и имеют (каждая) одно направление, непараллельное направ- 50 лению рассматриваемых проводников накопления зарядов. В случае, когда устройство используется для формирования изображений предметов небольшого обьема, можно приблизить 55 источник нейтральных частиц к устройству и, в этом случае, преимущественным является такое положение, когда проводники накопления зарядов, оставаясь по-существу параллельными друг к другу, сориентирова ны таким образом что их направления сходятся к источнику нейтральных частиц. Это особое расположение проводников накопления зарядов, при котором проводники не обязательно, а только приблизительно являются параллельными друг к другу, позволяет сблизить источник и устройство, исключая проблемы, связанные с параллаксом; само это сближение позволяет увеличить число частиц, достигающих устройство, следовательно, достичь еще более лучшего контраста полученных изображений; с другой стороны, это расположение позволяет, независимо от приближения источника, выполнять детекторы больших размеров и, тем не менее, без эффектов параллакса; таким образом это расположение является, согласно изобретению, очень удобным вследствие того, что, так как проводники накопления зарядов являются независимыми от линий усиления зарядов, можно выбирать расположение эгих проводников без проблем, связанных с распределением электрического поля, ответственного за лавины. Для промышленного выполнения устройства, согласно изобретению, изоляционный материал, предпочтительно, содержит листовой полимер, а проводники накопления зарядов образованы медными дорожками, гравированными на этом листовом полимере. Другие признаки и преимущества изобретения будут более ясно выявлены из описания, которое приводится ниже в качестве неограниченного примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг, 1 -схематический вид, показывающий вид спереди системы для осуществления способа согласно изобретению; фиг. 2 - вид системы по фиг. 1, наблюдаемый сбоку в направлении стрелки II по фиг. 1; фиг. 3 вид в перспективе устройства обнаружения, которое может использоваться п системе по фиг. 1; фиг. А - принципиальная схема, иллюстрирующая способ изобретения и работу устройства по фиг. 3, выполненного согласно первому способу выполнения; фиг. 5-вид подкомплекта обнаружения устройства по фиг. 3; фиг. 6 - принципиальная схема, аналогичная схеме по фиг.4, иллюстрирующая работу устройства по фиг. 3. выполненного согласно второму способу выполнения. На фиг. 1 позицией 1 показан источник нейтральных частиц, например, ИСТОЧНИК рентгеновских лучей, гамма фотоноо или нейтронов. В типичном применении изобретения, источник 1 является источником рентгеновских лучей, энергия которого составляет 250-750 кзв. 11077 Поток частиц, излучаемый этим источником, ограничивается, благодаря первому коллиматору 2, возбуждающим пучком 3, направленным, в совокупности, к комплекту детекторов 4, установленных на раме 5. Одна ил її несколько пластин 6 из материала, непроницаемого для излученных нейтральных частиц, например, из свинца, в случае использования рентгеновских лучей, размещаются между источником 1 и детекторами 4, в непосредственной близости к этим детекторам, и они снабжены прямоугольными щелями 7, каждая из которых представляет собой собственно коллиматор детектора 4. В возбуждающем пучке 3 предусмотрены средства перемещения, показанные тележкой 8, которая может перемещаться в направлении, указанном стрелкой 9, увлекая за собой рассматриваемый предмет 10 таким образом, что этот предмет, при своем перемещении пересекает пучок 3. Коллимирующие щели 7 перпендикулярны направлению перемещение указанному стрелкой 9. На фиг. 3 более детально показан один из детекторов 4. Этот детектор, который может представлять собой частное устройство, согласно изобретению, содержит, как это уже описано в вышеупомянутой европейской заявке на патент, камеру 11, проницаемую нейтральными частицами, содержащую газ и комплект обнаружения 12, удерживаемый кронштейном 13. Газ может представлять собой любую газовую смесь с возможностью проявления усиления зарядов путем стимулированной ионизации этого газа, например, появление явления "лавина Таузеида", хорошо известного специалистам; для этой цели, этот газ может быть смесью 70% аргона и 30% этана, причем последний может являться веществом тушения (guencher). Давление этого газа может составлять, например, около одного бара. Комплект обнаружения 12, который более детально будет описан со ссылкой на фиг, 4 и 5, имеет, по существу, плоскую форму; он удерживается кронштейном 13 для перехвата, в режиме касательного падения, потока нейтральных частиц, который, проходя через предмет 13 и коллимирующую щель 7, распространяется в виде плоского слоя 14. Комплект обнаружения 12 и слоевой поток 14, оба, предпочтительно, являются перпендикулярными плоскости, перпендикулярной прямоугольной щели 7 соответствующего коллиматора. 8 Как показано на фиг . 3, слоевой поток 14 распространяется в телесном углу, раскрыв которого ограничивается коллимирующей щелью 7, причем этот телесный угол 5 проходит вокруг среднего направления 15, которое соответствует траектории одной частицы, проходящей через центр щели 7. Слоевой поток 14, который проходит, в поперечном направлении, через часть пред10 мета 10, имеет, перпендикулярно своему направлению распространения, распределения интенсивности частиц, показывающей вид и толщину материала, что и является функцией комплекта обнаружения 12. 15 Как показано на фиг. 2, детекторы расположены в шахматном порядке таким образом, что любая часть предмета 10, облученная возбуждающим пучком 3, наблюдается через, по меньшей мере, один 20 детектор. Кроме уже описанных элементов, каждый детектор 4 снабжен одним клапаном (не показан на фигуре) для впуска газа, а также герметичными вводами (не показаны на фи25 гуре) для возможности подаода к комплекту обнаружения 12 наружного электрического потенциала +Y, и для вывода на наружную сторону камеры электрических сигналов, которые генерируются этим комплектом и кото30 рые показывают распределение интенсивности частиц в слоевом потоке, следовательно, вид и толщину материала, и которые передаются проводниками 16. На фиг. 4 показан, более детально, хотя 35 и схематически, комплект обнаружения 12. Такой комплект содержит твердый преобразователь, средства усиления зарядов и средства накопления зарядов. Преобразователь принимает форму 40 плоской пластины 17, размещенной в касательном падении по отношению к потоку 14, причем ненулевой угол падения составляет, например, менее 10 градусов и, предпочтительно, порядка одного градуса. Этот преобра45 зооатель, в случае использования рентгеновских лучей, представляет собой танталовую пластину толщиной 50-200 микрон. Функцией этого преобразователя является генерирование, при падении прини50 маемого им потока 14 нейтральных частиц, ионизирующих частиц внутри камеры. Траектория одной ионизирующей частицы символически показана на фиг. 4 прерывистой линией ТІ. 55 Средства усиления зарядов содержат, например, электрически проводимые линии 18, предпочтительно выполненные в форме очень тонких проводов^ соединенные с наружным потенциальным источником, который поддерживается на положительном 9 11077 потенциале +Y, причем этот потенциал составляет, например, порядка 3000 вольт. В качестве примера, провода 18 выпол нены из нержавеющей стали или из позоло ченного вольфрама; они имеют диаметр 50 5 микрон и размещены, по меньшей мере, примерно параллельно одни относительно других, примерно 2,5 милиметра друг от друга, в плоскости, по меньшей мере, при мерно параллельной преобразователю, и на 10 расстоянии примерно 2 миллиметра от это го преобразователя, Кроме того, их общее направление является поперечным по отно шению к среднему направлению 15 распро странения нейтральных частиц, 15 Ионизирующие частицы такие, как частица; которая распространяется по линии Т1, вызывает образование, из молекул газа, содержащегося в камере 11, электрических зарядов, а точнее отрицательно заряжен- 20 ных электронов и положительных ионов. Электроны, интенсивно привлекаемые электрическими линиями, соединенные с положительным электрическим потенциалом +Y, вызывают, в свою очередь, напри- 25 мер, путем лавин, появление электрических зарядов, из которых все отрицательные заряды притягиваются линиями 18. Это явление притягивания отрицательных зарядов этими линиями символически показано, на 30 фигуре 4, стрелками из сплошных линий такими, так Т2. Кроме преобразователя и средств усиления зарядов, которые описаны выше, каждый комплект обнаружения 12 содержит, 35 согласно изобретению, средства накопления зарядов. Хотя выражение "срества накопления зарядов" может априори применяться для линий 18, которые накапливают отрицатель- 40 ные заряды, выражение используется здесь для обозначения элементов, отличных от этих линий. В частности, средства накопления зарядов содержат дорожки 19. соединенные с 45 уже упомянутыми проводниками 16 или образованные этими проводниками. Дорожки 19 образованы электрическими проводниками, соединенными с электрическим потенциалом, близким к потенциалу 50 преобразователя, другими словами, с отрицательным потенциалом по отношению к потенциалу+Y линий 18. Хотя и доведенные до такого же потенциала или до близких потенциалов, дорожки 19 являются электрически 55 изолированными друг от друга, а также от преобразователя. Хотя преобразователь может быть электрически изолированным для принятия плавающего электрического потенциала, он, предпочтительно, соединен 10 с потенциалом земли, при этом дорожки 19 также соединены с потенциалом земли, но посредством емкостей таких, как емкости 25. В этих условиях, эти дорожки, хотя и полносью не играющие такую же роль, что и линии 18, ответственные за усиление зарядов, играют идентичную роль этих линий относительно накопления зарядов и, более конкретно, играют роль катодов; фактически, положительные ионы, созданные явлениями лавины, привлеченные отрицательным потенциалом дорожек 19, накапливаются этими дорожками: это явление символически показано, на фиг. 4, пунктирными стрелками такими, как ТЗ. Дорожки 19 располагаются, например, по меньшей мере, примерно параллельно друг к другу и в плоскости, по меньшей мере, примерно параллельно преобразователю. В примере выполнения, показанном на фиг. 4 и 5, эти дорожки размещаются в непосредственной близости к каждой стороне преобразователя, на расстоянии от нее примерно 15 микрон. Их общее направление параллельно проекции на преобразователь 17 среднего направления распространения 15 нейтральных частиц; наконец, эти дорожки распределены одни относительно других в направлении, по существу перпендикулярном этой проекции, на расстоянии, которое может составлять по-существу менее расстоянию между двумя соседними линиями 18 и даже, например, менее одного миллиметра. Каждая дорожка 19, посредством проводника 16, который проходит через камеру 11, соединена с электронным устройством 20, символизирующим усилитель, способный усиливать и измерять общий заряд, принятый дорожкой, с которой он связан. Каждая дорожка 19 отдельно может соединяться с одним электронным устройством 20, собственным для этой дорожки, или дорожки 19 могут, посредством само по себе известного уплотнения, по очереди соединяться с единым электронным устройством 20, которое, в этом случае, последовательно измеряет заряды, принятые на различных дорожках. Электронные устройства 20 хорошо известны специалистам и здесь излишне их описание. Их функция заключается в возможности визуального представления на экране и, предпочтительно, хранения в электронной памяти в соответствующей форме, всех электрических сигналов, соответствующих зарядам, принятым различными дорожками 19, причем сами эти заряды показывают вид и толщину материала, через который проходят нейтральные частицы, которые достига" 11 11077 юі преобразователя 17 в различных его точках согласно направлению линий 18. Вместо ориентирования дорожек 19 таким образом, чтобы они были строго параллельны между собой, одновременно 5 возможно и является преимущественным, согласно изобретению, ориентировать каждую из этих дорожек 19 таким образом, чтобы она была направлена к источнику 1, Хотя, на практике, такое расположение 10 приводит к отклонению двух соседних дорожек от их строгой параллельности только на очень небольшой угол, например, на одну десятую градуса, оно позволяет, без появления погрешностей паралакса, ебли- 15 гить детектор 4 и источник 1 и принимать на детекторе, для одного и того же источника 1, большее количество нейтральных частиц, чем в случае, когда расстояние между детектором и источником является 20 большим. Комплект обнаружения \2 может быть выполнен согласно виду, показанному на фиг. 5. Этот комплект обнаружения 12 образо- 25 ван наслоением, которое, за исключением некоторых деталей, является симметричным по отношению к своему среднему слою, который образован преобразователем 17. Функционально эквивалентные элементы, 30 соответственно расположенные выше и ниже преобразователя в расположении, показанном на фиг. 5, обозначены одними и теми же позициями, соответственно с буквенными обозначениями "S" (верхний) и "I" 35 (нижний). На каждой из сторон преобразователя 17 наклеен, горячим способом и под давлением, с помощью соответствующего полимеризующегося клея, один лист 21s, 211 из 40 изоляционного материала, например, листматериала, продаваемого под маркой Каптон, толщиной 12 микрон, причем наружная сторона этого листа первоначально покрывается, известным способом, слоем меди 45 толщиной 5 микрон. После наклеивания этого листа, медный слой гравируют, путем фотолитограпироза-ния, оставляя только прямолинейные дорожки, образующие дорожки 19. Для большей 50 ясности, на фиг. 5, дорожки показаны в меньшем числе (4) и с большой сходимостью в то время, как предпочтительно, они предстввле-ны в большом количестве (например, 256), а их сходимость, которая зависит от рзестоя- 55 ния от детектора до источника, практически является намного меньшей. Противоположные проводними такие, как 16s и 161 вместе соединены с одним и тем же электронным устройством 20.12 Над каждой плоскостью дорожек 19 размещается вставная рама такая, как 22s, 221. Каждая из этих рам, прямоугольной формы, как и преобразователь 17, обеспечивает двойную функцию; с одной стороны, она обеспечивает правильное удерживание преобразователя, позволяющее этому преобразователю сохранять как можно большую горизонтальность, и с другой стороны, она определяет пространство, в вертикальном направлении на фиг. 5, между плоскостью дорожек 19 и последующими слоями элемента обнаружения. Каждая рама 22s, 22I имеет толщину, примерно, около 1,5 миллиметра и может быть выполнена либо из эпоксидной смолы со стекловолокном, либб из нержавеющей стали. Однако, в этом последнем случае, дорожки 19 и рамы 22s и 221 разделены изоляционным материалом, с целью исключения короткого замыкания разных дорожек через эти рамы; кроме того, передний край нижней рамы 221 образован из материала, очень проницаемогодля нейтральных частиц с тем, чтобы не создавать тени на преобразователе. Над каждой рамой 22s, 22І размещен плоский кронштейн 23s, 23i, также принимающий форму прямоугольной рамы и выполненный, наприме р, из эпоксидной смолы со стекловолокном. На стороне каждого из этих кронштейнов, .оторая противоположна раме 22s, 221, натянуты провода 18, которые электрически соединены между собой и с источником потенциала +Y с наружной стороны камеры 11. Над каждым кронштейном22з,22І размещается дополнительный плоский катод 24s, 24I, электрически изолированный от проводов 18, например, посредством соответствующих изолирующих накладок 24р и доведенный до того же самого потенциала, что и преобразователь 17, хотя v. факультативно, этот дополнительный катод, который позволяет осуществлять симметризацию электрического поля вокруг проводов 18. способствует улучшению характеристик устройства. Над верхним дополнительным катодом 24s может быть размещена изолирующая пластина 25, позволяющая изолировать этот катод 24s от кронштейна 13, с которым он жестко связан; в той степени, в которой потенциалы этого катода и этого кронштейна могут выбираться равными между собой и потенциалу земли, например, пластина 25 является оптационной Наслоение, образованное различными слоями, показанными ца фиг. 5, например, жестко связано с кронштейном 13 посредством нейлонового винта для исключения ка 13 11077 14 Эти компланарные элементы такие, как кой-либо передачи электрического потенци17а, 17b, 17с имеют, следовательно, распоала с одного слоя на другой/ ложение, описанное для дорожек 19 по фиХотя в примере выполнения, описанном гурам 4 и 5, являются электрически со ссылкой на фиг. 5, упоминается с симметричном монтаже, специалисту понятно, что 5 изолированными между собой, индивидуально соединены с потенциалом земли чедетектор, соответствующий этому примеру рез емкости такие, как 25 и индивидуально выполнения, может быть сконструирован с или по очереди, посредством уплотнения, исключением элементов, которые на фиг. 5 соединены, с по меньшей мере, одной элекпоказаны либо под преобразователем, либо 10 тронной схемой такой, как 20 над ним. Согласно другому примеру выполнения На фиг, 6 схематически показан другой изобретения, по меньшей мере, один из доспособ выполнения изобретения, по котополнительных катодов таких, как 24s морому преобразователь 17 состоит, наприжет быть образован плоскостью дорожек мер, благодаря нарезке танталовой пластины, из компланарных элементов та- 15 накопления зарядов 19 взамен или в дополнение к дорожкам накопления, расположенких, как 17а, 17Ь, 17с, которые вместе, кроме ным в непосредственной близости к функции преобразователя, выполняют фунпреобразователю или представленными сакцию дорожек накопления 19, описанных со мим преобразователем. ссылкой на фиг. А. Ти г. 2 11077 V 11077 8 11077 vO 5 9Упорядник Техред М.Моргентал Замовлення 4046 Коректор М. Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України. 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101