高解像度的薄閃爍成像板用于X射線無損檢測應(yīng)用

摘要。近日，非常薄的的閃爍成像板成為極大的興趣。高分辨率的X射線投影成像，非常薄閃爍體層約5-20微米1微米左右，是用來實(shí)現(xiàn)空間分辨率。這樣薄的屏幕主要用于顯微CT和納米CT系統(tǒng)中的任一微焦點(diǎn)X射線管，或與同步信號源。

這項(xiàng)工作涉及的高分辨率CCD相機(jī)不同的單晶閃爍體的低能量X射線無損檢測中應(yīng)用。已經(jīng)做了比較兩種類型的閃爍體。薄屏幕采用機(jī)械拋光合成Y3Al5O12 Lu3Al5O12單晶的制備。結(jié)果表明，在單晶板具有高空間分辨率和低能量的X射線圖像的對比度高的高靈敏度。板的使用是非常適合于低體重物體材質(zhì)的X射線攝片。

分辨率使用測試網(wǎng)格。一些重量輕的物體成像，使用薄板。

1。介紹

X射線微攝片是一種非破壞性的方法，是近年來的極大興趣?；旧希ㄟ^檢查樣品的X-射線輻射和一個高分辨率的檢測器的基礎(chǔ)上的閃爍體和一種光學(xué)裝置是用來檢測X射線通過。這是一個對比成像技術(shù)，使用在不同的材料對X射線的吸收差異。近日，三維CT成像是越來越大的興趣。
非常薄的單晶閃爍體成像板中所使用的低能量X射線微量X線攝影的輻射探測器。在高分辨率的X射線投影成像，非常薄約5-20微米的單晶閃爍板用于實(shí)現(xiàn)空間分辨率為1微米左右。這種薄板主要用于顯微CT和納米CT系統(tǒng)中的任一微焦點(diǎn)X射線管，或與同步信號源。盤上的光分布的光學(xué)系統(tǒng)被轉(zhuǎn)移到一個高分辨率的CCD芯片。對于給定的參數(shù)的光學(xué)收集系統(tǒng)中，存在一個最佳的閃爍體板的厚度。越厚的板材更有效地吸收高能量的光子，但在CCD上的圖像變得模糊[1]。另一方面，過薄的閃爍體并不能提供足夠的吸收，使畫像的積分時(shí)間是相當(dāng)高的。
1.1單晶薄板

單晶薄板制成的單晶樹干。最常用的晶體是由釔備Y3Al5O12（YAG）或镥Lu3Al5O12（LuAG），鈰摻雜，參照圖石榴石。 1。高品質(zhì)工業(yè)YAG：Ce和LuAG：CE單晶制備由提拉法[2] Crytur。

圖1。 YAG：CE單晶（直徑55毫米）

這些無機(jī)晶體閃爍體，其特征在于良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，非吸濕性，高閃爍效率和快速衰減[3]，[4]。本單晶成像閃爍屏幕是光學(xué)透明的。的發(fā)射波長的YAG：Ce和LuAG：Ce為550nm和535nm處。由這些結(jié)晶制備的成像屏幕可以用在不同類型的輻射和粒子（真空紫外（UV），電子或離子或它們的光束，X-或γ-射線）的檢測設(shè)備。該屏幕所顯示的示例是在圖2。

圖2。 YAG：Ce的薄單晶屏幕（直徑50毫米，0.1毫米厚）

LuAG：Ce的屏幕具有更高的轉(zhuǎn)換效率更高的吸收比YAG激光對X-射線：Ce的畫面，從而使圖像的信號的信噪比會更，見圖。 3。

圖3。 X-射線吸收比較YAG的LuAG

1.2 X-射線CCD相機(jī)

高分辨率的X射線相機(jī)組成的高靈敏度數(shù)字CCD探測器和薄YAG：Ce或LuAG：CE閃爍成像的屏幕采用的是低能量的X射線攝片[5]。 CCD攝象機(jī)示于圖中。 4。該照相機(jī)包括一個CCD光傳感器的24X36平方毫米的尺寸，約11萬像素的分辨率。使用珀?duì)柼鋮s和溫度穩(wěn)定的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。的CCD像素的大小為9微米，因此，CCD與光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率為1至約10微米限制X射線的分辨率。屏厚度和物鏡的數(shù)值孔徑的最大分辨率是有限的。閃爍體板的最大尺寸是直徑為50毫米。不同的閃爍體的厚度來達(dá)到的最高分辨率。的目標(biāo)被聚焦成的平面內(nèi)的閃爍體吸收圖像是最佳的對比度。相機(jī)被設(shè)定為側(cè)位置，以避免相機(jī)上的電子元件的X射線的直接影響。

圖4。 X射線CCD相機(jī)高分辨率照相
2。實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)裝置中所呈現(xiàn)的高靈敏度的CCD攝像頭和YAG：Ce或LuAG：Ce的單晶薄板用于微重量輕的物體的X線攝影。
對象的位置非?？拷W爍體板，所以幾乎沒有使用投影倍率。用強(qiáng)度最大的Cu-陽極微焦點(diǎn)X射線源在約8千電子伏。
的X-射線CCD相機(jī)進(jìn)行了測試有特殊網(wǎng)格中，請參閱圖。圖5和圖6。該網(wǎng)格是由銅制成。它是在直徑為3毫米，并具有約8微米的寬度的線。

圖5。圖像的網(wǎng)格使用LuAG（左）和YAG（右）

吸收影像圖的圖像。 5使用目標(biāo)10倍放大倍率和非常薄的，厚度為20微米的單晶屏幕。這樣的成像系統(tǒng)的分辨率是大約1微米。中所示的吸收圖像。 6使用目標(biāo)放大倍率為1:1。解決電線具有良好的分辨率和對比度。該成像系統(tǒng)的分辨率大約是10微米。

X射線圖像的網(wǎng)格

的成像系統(tǒng)，用于觀察重量輕的材料作為YAG：Ce和LuAG：Ce的單晶的高靈敏度的低X-射線的能量（低于1千電子伏）。圖。圖7給出的2-D的X線攝影圖像的多孔塑料泡沫。

高分辨率和高對比度圖像的塑料泡沫

4。討論

的閃爍體為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的分辨率取決于幾個因素，主要是對X射線吸收的過程中，屏幕上的幾何形狀（主要是厚度），和光學(xué)系統(tǒng)。
的X-射線被吸收并產(chǎn)生閃爍光子在一個卷，這是能量依賴的。 [1]作者報(bào)告蒙特卡羅模擬YAG：Ce的表明，絕大多數(shù)閃爍光子產(chǎn)生體積尺寸小于100納米。這是小于任何光學(xué)系統(tǒng)的衍射極限的分辨率，因此，閃爍材料和X射線吸收過程本身不是一個限制因素。分辨率是有限的，實(shí)際上只用幾何和光學(xué)系統(tǒng)問題。
此外，有一個基本的限制，任何光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，這是衍射極限。因此，典型的閃爍體的發(fā)光波長為550nm的亞微米分辨率的最高可能已經(jīng)達(dá)成同步實(shí)驗(yàn)室[6]。
閃爍體中的X射線輻射的平均吸收深度依賴于光子能量和材料。 YAG：Ce和LuAG：CE屏幕是透明的，所以圖像的互動點(diǎn)是很容易轉(zhuǎn)移到CCD。然而，該材料的優(yōu)點(diǎn)是透明性與成像板的厚度減小。如果閃爍體較薄，平均吸收深度較低，所創(chuàng)建的圖像更清晰，由于減減閃爍光子的橫向擴(kuò)散引起的圖像模糊。成像板越薄，因此，更好的是在圖像中取得的分辨率。另一方面，與閃爍體的厚度減小了檢測效率。
低Z（重量輕）的材料大多是由碳，氫，氧，氮，原子序數(shù)小于10，和多達(dá)18個。這些低Z元素，其特征在于的吸收邊緣的情況下（原子殼層能量）高于5千電子伏。真正的X-射線管譜幾乎沒有低于5千電子伏的能量，因此，低Z元素對比度極低，幾乎完全由于其密度。
閃爍屏的效率依賴于吸收在材料中的特定的X射線譜。繪于圖LuAG的Cu陽極型X射線源40千伏譜的吸收效率的計(jì)算：Ce材料的厚度有關(guān)的。 8。利用所提出的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的圖像的二維空間分辨率最高的是約1微米[5]。

LuAG：CE銅陽極40千伏供電X射線管的能量吸收效率。

5。結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)裝置，一個高分辨率的成像系統(tǒng)基于CCD攝像機(jī)的透鏡和制造精密的YAG：Ce和LuAG：Ce的單晶屏幕被用于X-射線微X線攝影。
實(shí)驗(yàn)證明，YAG：Ce和LuAG：Ce的屏幕是適于以高空間分辨率的成像。由該成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最高分辨率是約1微米。 LuAG：Ce的屏幕具有更高的轉(zhuǎn)換效率比YAG：Ce的畫面，使該信號噪聲比的圖像更好。
YAG：Ce和的LuAG：CE單晶屏幕的靈敏度低能量預(yù)測其使用重量輕（低Z）材料攝片。
4。致謝

捷克GA AV項(xiàng)目KAN300100802的支持表示感謝。
參考文獻(xiàn)

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