Радіофізичні методи діагностики матеріалів і середовищ

Рисунок 4.5 - Схема конструкції лінійного прискорювача із ужгоджувальною системою: 1 блок живлення; 2 інжектор; 3 НВЧ-генератор; 4 фокусувальні котушки; 5 - хвилевідні уповільнювальні структури; 6 підстроювання фази; 7 вакуумний насос; 8 узгоджене навантаження; 9 камера випромінювача; 10 мішень; 11 - настроювальні поршні

У резонансних лінійних прискорювачах використовують котушки, які фокусують електрони магнітним полем, та уповільнювальні хвилевідні структури. Лінійні прискорювачі мають хороші перспективи застосування в неруйнівному контролі, особливо при контролі виробів із чорних металів великої товщини.

Мікротрон є циклічним прискорювачем із постійним і однорідним магнітним полем і сталою частотою прискорювального НВЧ-поля, що обирають таким чином, щоб електрони під час руху по колових орбітах потрапляють в резонатор у такі моменти, коли поле між його пластинами є прискорювальним. Періодичне прискорення електронів забезпечується в тому разі, якщо час обертання електрона відрізняється від часу обертання на попередній або наступній орбіті на один період НВЧ-коливань. При досягненні орбіти найбільшого діаметра електрони виводяться з мікротрона на мішень.

Крім відзначених вище пристроїв, знаходять застосування й інші види прискорювачів: прискорювачі прямої дії, у яких прискорення відбувається під дією постійного електричного поля, і прискорювачі більш важких заряджених частинок (-частинок, протонів, дейтонів), енергію яких, крім безпосереднього використання, можна перетворити в інші види іонізуючих випромінювань (гальмівне випромінювання, потік нейтронів та ін.).

Джерела рентгенівського випромінювання. Найбільшого поширення в радіаційному неруйнівному контролі отримали рентгенівські апарати [1, 4, 8, 9]. Рентгенівським апаратом називають сукупність технічних засобів, призначених для одержання рентгенівського випромінювання. Рентгенівські апарати можна класифікувати:

за конструктивним виконанним: кабельні та моноблокові;

залежно від форми анодної напруги: неперервної дії та імпульсні.

Структурні схеми кабельного та моноблокового рентгенівських апаратів неперервної дії наведені на рис 4.6.

Рентгенівський випромінювач кабельного апарата містить рентгенівську трубку, що знаходиться у захисному кожухі. Високовольтний генератор кабельного апарата виконаний у вигляді окремого блока та складається з високовольтного трансформатора, трансформатора розжарення рентгенівської трубки й випрямляча. Пульт керування звичайно містить регулятори анодної напруги та струму рентгенівської трубки, вимірювальні прилади, сигнальну система та систему керування. Апарати кабельного типу випускають із примусовим водяним охолодженням на анодні напруги до 450 кВ, анодні струми до 20 мА та призначені для роботи в цехових і лабораторних умовах.

У моноблокових рентгенівських апаратах рентгенівська трубка та високовольтний генератор об'єднані в єдиний рентгенівський моноблок, залитий маслом або заповнений газом (рис. 4.6 б). Апарати такого типу випускають як у стаціонарних виконаннях, так й у переносних для роботи в польових умовах. Стаціонарні моноблокові апарати випускають із водяним охолодженням на анодні напруги до 300 кВ та анодні струми до 10 мА.

Переносні моноблокові апарати відрізняються малими габаритами й вагою. Важливими характеристиками таких апаратів є потужність і час безперервної роботи, що залежать від їх конструкції та системи охолодження. Переносні моноблокові апарати випускають переважно на анодні напруги до 200 кВ і анодні струми до 5 мА.

Рисунок 4.6 - Структурні схеми кабельного (а) і моноблокового (б) рентгенівських апаратів

До переваг рентгенівських апаратів неперервної дії можна віднести можливість плавного регулювання анодної напруги та анодного струму рентгенівської трубки, високі потужність і часова стабільність випромінювання, що забезпечує високоякісний рентгенівський контроль у широкому діапазоні товщин об'єктів із різних матеріалів.

Імпульсні рентгенівські апарати характеризуються малими габаритами, вагою та низькою вартістю, що забезпечило їх широке застосування в радіаційному неруйнівному контролі. Конструктивно такі апарати виконуються у вигляді двох блоків: пульта керування та рентгенівського випромінювача. На відміну від апаратів неперервної дії, у яких застосовуються рентгенівські трубки з розжарювальним катодом (термокатодом), основою імпульсних рентгенівських апаратів є рентгенівські трубки з холодним катодом і вибуховою електронною емісією.

На рис. 4.7 наведена спрощена принципова схема, що пояснює принцип роботи імпульсного рентгенівського апарата. На початку робочого циклу накопичувальний конденсатор С1 заряджається від джерела живлення постійної напруги (на схемі не показаний). При замиканні ключа К попередньо заряджений конденсатор С1 розряджається через первинну обмотку трансформатора Тр. При цьому у його вторинній обмотці виникає імпульс високої напруги тривалістю порядку 10-6 с, що заряджає вихідну ємність С2 до напруги 100-300 кВ залежно від типу апарата. Розрядник-загострювач Р перетворює енергію, накопичену в конденсаторі С2, в імпульс високої напруги тривалістю 10-8 с, що прикладається до електродів рентгенівської трубки РТ. Під дією імпульсу високої напруги короткої тривалості в області вольфрамового катода за рахунок вибухової емісії утворюється хмара плазми, що є джерелом електронів. Прискорені електрони досягають анода та генерується імпульс рентгенівського випромінювання. Максимальна анодна напруга в імпульсі є фіксованою і дорівнює напрузі спрацьовування розрядника-загострювача. Далі робочий цикл повторюється. Таким чином, такі апарати генерують періодичні імпульси рентгенівського випромінювання тривалістю 10-20 нс із частотою повторення 5-20 Гц.

Конструктивно імпульсний трансформатор, розрядник-загострювач і рентгенівська трубка знаходяться в металевому контейнері, заповненому трансформаторним маслом і розташованому в рентгенівському випромінювачі.



Рисунок 4.7 - Принципова схема, що пояснює принцип роботи імпульсного рентгенівського апарата: С1 накопичувальний конденсатор; К ключ (первинний комутатор); Тр імпульсний трансформатор; С2 розрядна ємність; Р розрядник-загострювач; РТ рентгенівська трубка

Області застосування імпульсних рентгенівських апаратів рентгенівський неруйнівний контроль об'єктів у польових умовах та важкодоступних місцях (газо- і нафтопроводи, корпуси судів, мостових споруджень, контроль багажу тощо). Імпульсні апарати застосовуються також для дослідження швидкоплинних процесів у непрозорих об'єктах (процеси електричного пробою діелектриків і динамічного ущільнення матеріалів, особливості поширення ударних хвиль у різних середовищах, вибухові та детонаційні явища тощо).

До недоліків імпульсних рентгенівських апаратів можна віднести неможливість регулювання анодної напруги та анодного струму рентгенівської трубки, малу середню потужність випромінювання, обмежений час безперервної роботи, малий термін служби імпульсної рентгенівської трубки (100-150 годин).

Невід'ємною частиною рентгенівських апаратів є рентгенівська трубка - високовольтний електровакуумний прилад, що має катод, анод і фокусувальні елементи та призначений для генерації рентгенівського випромінювання.

Рентгенівські трубки класифікують:

за принципом роботи: неперервної дії та імпульсні;

за типом охолодження: з водяним, масляним і повітряним охолодженням; за способом фокусування електронного пучка: з електростатичним, магнітним і електромагнітним фокусуванням;

за розміром фокусної плями: макрофокусні (розмір фокусної плями більше 1 мм), гострофокусні (0,1-1 мм) і мікрофокусні (менше 0,1 мм).

Рентгенівську трубку виготовляють у вигляді замкненого скляного або металокерамічного балона з вакуумним розрядженням 10-5-10-7 мм рт. ст. На рис. 4.8 показана конструкція найбільш поширеної двохелектродної рентгенівської трубки неперервної дії з термокатодом і нерухомим анодом. У колбі 8 розміщені катод 2 та анод 7, які є двома основними електродами трубки. Катод 2 є джерелом потоку електронів, що утворюється при його нагріванні до температури 2370-2770 К ниткою розжарення 1 за рахунок термоелектронної емісії. Кількість електронів, що вилітають, визначає струм анода і залежить від температури катода, що задається величиною струму нитки розжарення.

Рисунок 4.8 - Схема конструкції рентгенівської трубки:

1 - нитка розжарення; 2 - катод; 3, 4 - фокусувальні електроди; 5 - фокусувальні котушки; 6 - мішень; 7 - анод; 8 - колба; 9 - охолоджувальні трубки; 10 - вихідне вікно

Фокусувальні електроди 3 і 4 створюють електричні поля спеціальної форми, що збирають електрони у вузький пучок. Із цією самою метою використовують додаткове фокусування магнітним полем коротких котушок 5, по яких пропускають постійний електричний струм. Анод 7 виготовлений з мідного циліндра із привареною до його торця мішенню 6 із вольфраму, графіту або іншого тугоплавкого матеріалу. Анод 7 звичайно має систему трубок 9, по яких циркулює охолоджувальна рідина для відведення тепла, що виділяється під час влучення електронів у анод. Між анодом і катодом прикладена висока постійна напруга величиною від десятків до кількох сотень кіловольтів. За рахунок великого позитивного потенціалу на аноді електрони прискорюються до великих швидкостей і при ударі об мішень 6 за рахунок гальмування створюють рентгенівське випромінювання, що виходить через вікно 10.

На рис. 4.9 наведена конструкція імпульсної рентгенівської трубки із прострільним анодом на анодну напругу 150 кВ. Катод 3, виконаний із вольфрамової трубки діаметром 2 мм із товщиною стінки 0,2 мм, установлений на грибоподібний електрод 4. Цей електрод захищає скляний конічний ізолятор 6 від конденсації парів металу. До металевого циліндричного корпуса 5 припаяне вихідне вікно 1 із ковара товщиною 0,2 мм. Вивід 7, що має назву штенгеля, призначений для вакуумного відкачування трубки.

У цій трубці прострільний вольфрамовий анод 2 приварений безпосередньо до вихідного вікна 1. Електрони із плазми, що утворюється на кінці циліндричного катода 3, бомбардують плаский заземлений анод 2 з одного боку. При цьому фотони рентгенівського випромінювання, що генеруються в аноді 2, виходять із анода з іншого боку. Тому такий анод називають прострільним. Далі імпульсне рентгенівське випромінювання через вікно 1 надходить на вихід трубки.



Рисунок 4.9 - Схема конструкції імпульсної рентгенівської трубки із прострільним анодом на напругу 150 кВ: 1 вихідне вікно; 2 - анод; 3 - катод; 4 - електрод; 5 - корпус; 6 - скляний ізолятор; 7 - вивід

4.5 Детектори іонізуючого випромінювання

Детектором іонізуючого випромінювання називають чутливий елемент, призначений для перетворення енергії іонізуючого випромінювання в інший вид енергії, зручний для реєстрації та (або) вимірювання параметрів іонізуючого випромінювання [8, 28].

Іонізуюче випромінювання можна виявити лише за взаємодією його із середовищем, що призводить до утворення іонів різних знаків. Явище іонізації використовується в більшості детекторів іонізуючих випромінювань. У деяких детекторах, наприклад сцинтиляційних, використовуються ефекти, що супроводжують іонізацію.

Детектори, що застосовуються в апаратурі радіаційного контролю та дозиметрії, класифікують у такий спосіб:

іонізаційні;

напівпровідникові;

радіолюмінесцентні;

радіографічні.

Іонізаційні камери. В іонізаційній камері до об'єму газу між двома електродами прикладається різниця потенціалів. Залежно від форми електродів камери підрозділяють на циліндричні, пласкі та сферичні.

На рис. 4.10 наведена схема циліндричної іонізаційної камери, у якій газом наповнений циліндричний катод 1, через який проходить аксіально розміщений стрижневий анод 2. За наявності поля іони та електрони 4, що утворилися під дією випромінювання 3, рухаються до відповідних електродів і в зовнішньому ланцюзі з'являється струм, величина якого визначається різницею потенціалів на електродах. Залежність іонізаційного струму І від напруги U на електродах камери показана на рис. 4.11. При збільшенні напруги від нуля до U1 іонізаційний струм лінійно зростає, тому що зі збільшенням напруженості поля збільшується швидкість іонів і підвищується ймовірність досягнення ними відповідного електрода без рекомбінації. У діапазоні напруг U1-U2 всі іони, що утворилися, досягають електродів, тому збільшення напруги не викликає збільшення струму. Цю ділянку називають областю насичення.

Рисунок 4.10 - Схема циліндричної іонізаційної камери: 1 катод; 2 анод; 3 іонізуюче випромінювання; 4 іони та електрони

При збільшенні напруги вище U2 (рис. 4.11) швидкість іонів стає достатньою для іонізації молекул газу внаслідок зіткнень (ударної іонізації), внаслідок чого з'являються нові носії зарядів. У діапазоні напруг U2-U3 спостерігається спочатку область пропорційності, а потім область обмеженої пропорційності, де лінійна залежність порушується.

Нарешті, у діапазоні напруг U3-U4 (область Гейгера) у газі, що заповнює камеру, виникає електронна лавина, що збуджує атоми газу. Збуджені атоми випускають кванти ультрафіолетового випромінювання. Ці кванти разом із позитивними іонами вибивають із катода вільні електрони, які, прискорюючись електричним полем, сприяють підтримці в газі самостійного розряду.

Іонізаційні камери працюють в області насичення (U1-U2). Напруга насичення залежить від форми електродів і відстані між ними. Напруга на електродах іонізаційних камер звичайно становить 100-220 В. Іонізаційний струм, що виникає в камері, вимірюють під час його проходження через зовнішній ланцюг. Цей струм дуже малий, що вимагає застосування підсилювальних пристроїв.

Газові лічильники. Газовий лічильник - це детектор, за конструкцією аналогічний іонізаційній камері. Призначений для реєстрації окремих іонізувальних частинок. На відміну від іонізаційних камер у газових лічильниках для посилення іонізаційного струму використовується газовий розряд.

Залежно від характеру газового розряду, що використовується, такі лічильники можна розділити на два типи:

пропорційні лічильники (із несамостійним розрядом);

лічильники Гейгера (із самостійним розрядом).

Пропорційні лічильники працюють в умовах газового посилення в області пропорційності (діапазон напруг U2-U3 на рис. 4.11), де значення імпульсу струму залежить від первинної іонізації, тому за допомогою цих лічильників можна визначати вид та енергію іонізуючих частинок.

Коефіцієнт газового посилення пропорційного лічильника може досягати 106. Щоб коефіцієнт газового посилення якнайменше залежав від місця виникнення первинної іонізації, катод лічильника виготовляють у вигляді циліндра, а як анод використовують тонку вольфрамову нитку, натягнуту по осі цього циліндра (конструкція, аналогічна циліндричній іонізаційній камері). На електроди пропорційного лічильника подається напруга більше 300 В.

Лічильник Гейгера працює при напругах, що перевищують U3 (рис. 4.11). Струм вихідного імпульсу такого лічильника не залежить від значень початкової іонізації. Всі імпульси при заданій напрузі незалежно від роду іонізаційних частинок та їх енергій мають однакове значення струму. Лічильники Гейгера найбільш широко застосовують для дозиметричного контролю.

Напівпровідникові детектори. До напівпровідникових детекторів відносять власне напівпровідникові детектори (лічильники) та електрорадіографічні пластини.

Напівпровідники під дією іонізуючого випромінювання змінюють свої властивості та можуть використовуватися як детектори випромінювання. У радіаційному неруйнівному контролі та дозиметрії застосовуються такі типи напівпровідникових детекторів: дифузійні детектори з р-п-переходом, поверхнево-бар'єрні та дифузійно-дрейфові детектори.

Схема дифузійного детектора з р-п-переходом наведена на рис. 4.12. У процесі виготовлення такого детектора за допомогою дифузійної технології безпосередньо під його поверхнею формують р-п-перехід. При прикладанні до детектора зовнішньої напруги з полярністю, що зміщює р-п-перехід у зворотному напрямку, потенційний бар'єр на переході зростає та виникає збіднена носіями заряду зона 1 (рис. 4.12). Ця збіднена область є чутливим об'ємом детектора та аналогічна чутливому об'єму газу в іонізаційному детекторі. Заряджені частинки, потрапляючи в збіднену носіями заряду область, генерують електронно-діркові пари. Оскільки в чутливому об'ємі напівпровідникового детектора існує електричне поле, при взаємодії іонізуючою частинкою з ним виникає імпульс струму, пропорційний енергії, яка віддана частинкою чутливому об'єму детектора.



Рисунок 4.12 - Схема дифузійного детектора з р-п-переходом:

1 - збіднена область; 2 - електричні контакти; 3 - вхід детектора; 4 - область n-типу; 5 - кремній р-типу; 6 - металевий електрод

Принцип дії поверхнево-бар'єрних і дифузійно-дрейфових детекторів той самий, що й у детектора з р-п-переходом: виникає збіднена зона, у якій існує електричне поле. Спосіб створення збідненої зони, так само як і її розміри та місце розташування в кристалі, варіюється від одного типу детектора до іншого. Поверхнево-бар'єрні детектори порівняно з детекторами з р-n-переходом мають кращу роздільну здатність за енергією, однак в останніх більш широка збіднена область, що дозволяє їм детектувати частинки з більш високою енергією.

Напівпровідникові детектори у поєднанні з підсилювачами дозволяють вимірювати густини потоку важких частинок, електронів і фотонного випромінювання. Поверхнево-бар'єрні кремнієві детектори застосовують для реєстрації швидких і повільних нейтронів. Амплітудна роздільна здатність напівпровідникових детекторів приблизно в п'ять разів краща, ніж газових пропорційних лічильників. Крім того, вони мають такі переваги, як висока швидкість рахунку, лінійність сигналу в широкому діапазоні енергій, можливість селективної реєстрації частинок, невеликі розміри та ін.

Електрорадіографічні пластини застосовують як детектор іонізуючого випромінювання при електрорадіографічному методі радіаційного контролю. Під час проведення електрорадіографічного контролю використовують напівпровідникові селенові пластини, що складаються з металевої алюмінієвої підкладки, на яку у вакуумних умовах шляхом термічного випару нанесений шар фотонапівпровідника аморфного селену. Товщина селенового шару становить 100-500 мкм.

Процес одержання електрорентгенограми складається з таких етапів. Для надання пластині з напівпровідниковим шаром фоточутливості на поверхню шару аморфного селену наносять рівномірний за площею електричний заряд. У процесі нанесення заряду висока напруга (5-7 кВ) підводиться до електродів, що розміщені над пластиною. У повітряному проміжку між електродами і шаром селену виникає коронний розряд. Іони повітря, що утворилися в процесі розряду, осідають на селеновому шарі. Залежно від полярності напруги, що подається на електроди, на поверхню селенового шару може бути нанесений або позитивний, або негативний потенціал відносно підкладки. Після зарядки пластину закривають світлонепроникним кожухом і вона готова до експонування.

Експонування зарядженої пластини здійснюється фотонним випромінюванням, що пройшло через контрольований об'єкт. Взаємодіючи із селеновим шаром, випромінювання генерує вільні носії заряду (електронно-діркові пари) і зменшує його електричний опір. Унаслідок зменшення опору нейтралізується заряд, нанесений на шар. Причому нейтралізація заряду в першому наближенні пропорційна інтенсивності випромінювання. Унаслідок цього на поверхні фотонапівпровідникового шару утворюється приховане електростатичне зображення, що проявляється при запиленні поверхні селенового шару дрібнодисперсним зарядженим порошком електрографічним проявником. Інтенсивність осідання порошку на пластині також пропорційна значенню залишкового заряду.

Далі проявлене видиме порошкове зображення переносять на інший носій (як правило, папір), який використовують для аналізу та зберігання електрорентгенограми.

Радіолюмінесцентні детектори. Принцип дії цих детекторів базується на явищі радіолюмінесценції випромінюванні деякими речовинами світла під впливом іонізуючого випромінювання [28].

Явище радіолюмінесценції можна пояснити в такий спосіб. При взаємодії випромінювання з речовиною генеровані електрони передають речовині свою кінетичну енергію шляхом іонізації та збудження атомів речовини. Іонізація пов'язана з видаленням електрона з атома, а збудження - з підвищенням енергетичного стану електрона в атомі. Повернення збуджених електронів у нормальний низькоенергетичний стан (релаксація) відбувається досить швидко і супроводжується випущенням речовиною фотонів видимого світла.

Ці світлові фотони, що випускаються, проявляються у вигляді спалахів, тобто речовини сцинтилюють, і тому називаються сцинтиляторами, або люмінофорами.

Є різні сцинтилятори, що дозволяють детектувати альфа- і бета-частинки, фотонне та нейтронне випромінювання. Низка сцинтиляторів, які широко застосовуються в системах рідіаційного контролю, наведена у табл. 4.1. Сцинтиляційні матеріали виготовляють у газоподібній, рідкій і твердій формах. Як сцинтилятори широко застосовують органічні рідини та тверді речовини, а також неорганічні гази та тверді речовини. Тверді органічні сцинтилятори випускають у вигляді кристалів, пластинок і гелів. Тверді сцинтилятори мають більш високу густину, ніж гази, і перевершують за ефективністю детектування газові іонізаційні камери на кілька порядків.

Таблиця 4.1 - Сцинтилятори для систем радіаційного контролю

Назва	Хімічна формула	Тип детектованих частинок
Йодид натрію	NI (Tl)	Фотони
Йодид цезію	Cs (Tl)	Фотони
Йодид літію	Li (Eu)	Фотони, нейтрони
Сульфід цинку	Zn (Ag)	Альфа-частинки
Германат вісмуту	ViGe3O12	Фотони
Вольфрамат кадмію	CdWO4	Фотони
Оксисульфід гадолінію	Gd2O2S(Tb)	Фотони

Як показали дослідження, люмінесценція багатьох твердих тіл сильно залежить від наявності в них незначних домішок, що визначають як колір світіння, так і здатність до люмінесценції. Ці домішки називають активаторами, а люмінофори, що їх містять, розглядають як тверді розчини активатора в основній речовині основі люмінофора. Акт випромінювання світла відбувається в мікроскопічних утвореннях, пов'язаних з атомами активатора. Такі утворення отримали найменування центрів світіння. У табл. 4.1 для сцинтиляторів у дужках хімічних формул зазначені елементи, що використовуються як активатори.

Для ефективного застосування в апаратурі радіаційного контролю та дозиметрії сцинтилятори повинні відповідати низці вимог: вони повинні мати високу щільність і містити атоми хімічних елементів із високим атомним номером, мати високу ефективність перетворення енергії іонізуючого випромінювання у світлову енергію та високу просторову роздільну здатність, мати відпрацьовану технологію виготовлення.

Для вимірювання параметрів іонізуючих випромінювань сцинтилятори сполучають із перетворювачами «світло-сигнал»: фотоелектронними помножувачами, фотодіодами або іншими фотоприймачами. При виборі пари сцинтилятор фотоприймач для досягнення високої ефективності детектування необхідно враховувати відповідність спектральної характеристики випромінювання сцинтилятора спектральній характеристиці чутливості фотоприймача. Мірою такої взаємної відповідності є коефіцієнт спектральної відповідності Кс :

де I() - нормована спектральна характеристика випромінювання сцинтилятора; S() - нормована спектральна характеристика чутливості фотоприймача.

Детектори «сцинтилятор ФЕП». Фотоелектронний помножувач (ФЕП) - це електровакуумний прилад, що складається з фоточутливого шару (фотокатода) і системи спеціальних електродів, що називаються динодами. Фотокатод за рахунок зовнішнього фотоефекта перетворює світлові фотони в потік фотоелектронів, що прискорюються електростатичним полем, після чого їх кількість множиться на динодах. Кількість динодів ФЕП звичайно становить від 9 до 13. Робота динода базується на явищі вторинної електронної емісії, коли первинний електрон, потрапляючи на динод, вибиває кілька електронів (які називаються вторинними). Наприкінці динодної системи знаходиться анод, крізь який проходить вихідний струм ФЕП.

Пари сцинтилятор ФЕП підбирають із урахуванням їх взаємної спектральної відповідності, що тим краще, ніж ближче до одиниці значення коефіцієнта спектральної відповідності, яке розраховується за формулою (4.7). Так, наприклад, комбінація сцинтилятора Cs(Tl) і ФЕП із багатолужним фотокатодом, для якої Кс = 0,83, є більш доцільною, ніж комбінація Cs(Tl) і ФЕП із SbCs-фотокатодом, для якої Кс = 0,48.

За рахунок високого коефіцієнта підсилення ФЕП (106-108) такі детектори перевищують за ефективністю детектування іонізаційні камери та напівпровідникові детектори.

Детекторам «сцинтилятор - ФЕП» властива також низка недоліків. Це чутливість до магнітних полів та до зміни температури, порівняно невелика (102-103) лінійна ділянка динамічного діапазону, необхідність високовольтного живлення ФЕП і жорсткі вимоги до його стабільності, відносно великі габарити.

Детектори «сцинтилятор фотодіод». Детектори «сцинтилятор фотодіод» мають практично всі переваги детекторів «сцинтилятор - ФЕП», зокрема реалізацією в них ефекту внутрішнього підсилення (при застосуванні як фотоприймача лавинного фотодіода).

Схема детектора «сцинтилятор - фотодіод» наведена на рис. 4.13. Сцинтилятор 2 перетворює іонізуюче випромінювання 1 у світлові фотони, що потрапляють на р-n-перехід 4 фотодіода. Фотодіод перетворює світловий потік в електричний сигнал, який після підсилення в підсилювачі 3 надходить на вихід детектора. Як фотоприймач у таких детекторах звичайно застосовують кремнієві або арсенід-галієві фотодіоди.

Детектори «сцинтилятор фотодіод» мають низку переваг перед детекторами «сцинтилятор ФЕП»: низька напруга живлення; невелика споживана потужність; малі габарити; мала чутливість до механічних, температурних і магнітних впливів. Крім того, ефективність перетворення енергії випромінювання такими детекторами приблизно на порядок вища, ніж детекторами «сцинтилятор ФЕП». Нині детектори «сцинтилятор - фотодіод» знайшли широке застосування в дозиметрії іонізуючих випромінювань; у радіаційних системах неруйнівного контролю з лінійним і матричним розміщенням десятків, сотень і тисяч таких детекторів, у промислових і медичних томографах [8].

Рисунок 4.13 - Схема детектора «сцинтилятор - фотодіод»: 1 - іонізуюче випромінювання; 2 - сцинтилятор; 3 - підсилювач; 4 - р-n-перехід; 5 - SiО2; 6 - металевий контакт

Радіографічні детектори. До радіографічних детекторів відносять радіографічні плівки, що застосовуються в радіографії та дозиметрії.

Основою радіографічної плівки є гнучка прозора підкладка 4 товщиною 100-200 мкм із пластмаси ацетатцелюлози (рис. 4.14). На підкладку із двох боків наносять чутливу до випромінювання емульсію 2, що становить шар желатини товщиною 10-30 мкм, у якому рівномірно розподілені мікрокристали бромистого срібла розміром не більше 3 мкм. Для збільшення міцності з'єднання між емульсією та підкладкою служить шар спеціального клею 3, що має назву підшару. Зовні на емульсію наносять захисний шар 1 із задубленої желатини товщиною до 1 мкм, що захищає емульсію від механічних ушкоджень.

У мікрокристалах бромистого срібла негативні іони брому пов'язані з позитивними іонами срібла силами електростатичного притяжіння. По дією іонізуючого випромінювання негативний іон брому втрачає свій валентний електрон і стає нейтральним атомом, а електрон, що звільнився, взаємодіючи з вільним позитивним іоном срібла, перетворює його в нейтральний атом срібла. Коли в кристалі бромистого срібла накопичується певна кількість атомів відновленого металевого срібла, у ньому утворюється так званий центр прихованого зображення. Для перетворення прихованого зображення у видиме радіографічну плівку обробляють у розчині проявника. У проявнику відбувається хімічна реакція відновлення бромистого срібла в металеве, причому процес відновлення проходить найбільш ефективно в кристалах, що мають центри прихованого зображення.

Зерна відновленого металевого срібла надають плівці темного забарвлення, тобто визначають її прозорість. Ступінь почорніння якої-небудь ділянки зображення залежить від кількості зерен металевого срібла на ньому і визначається інтенсивністю випромінювання I і часом t його впливу на емульсію. Добуток Н = I · t називають експозицією.

Щоб зафіксувати отримане зображення, тобто зробити його не чутливим до світла, проявлену плівку обробляють у розчині закріплювача. Закріплювач розчиняє кристали бромистого срібла, що не прореагували із проявником.

Ступінь почорніння радіографічного знімка характеризують оптичною густиною почорніння D = lg(Р0/Р), де Р0 - падаючий на плівку світловий потік; Р - світловий потік, що пройшов через плівку. Із формули випливає, що оптична густина почорніння цілком прозорого знімка (Р0 = Р) дорівнює нулю. Оптична густина почорніння D = 2 відповідає ослабленню світлового потоку в 100 разів, D = 3 у 1000 разів.

Основні радіографічні характеристики плівки визначаються характеристичою кривою, що становить собою залежність оптичної густини почорніння D від логарифма експозиції lg Н : D = f(lg Н) (рис. 4.15).

З аналізу характеристичної кривої бачимо, що до експонування плівка має деяке початкове почорніння з оптичною густиною D0, яке називається вуаллю. Це пояснюється непрозорістю підкладки, а також здатністю деяких зерен бромистого срібла проявлятися без впливу на них випромінювання. Оптична густина вуалі тільки-но вироблених плівок не перевищує 0,2. Під час зберігання плівки густина вуалі зростає. Придатними для роботи вважаються плівки з оптичною густиною вуалі до 0,3.

Характеристичну криву можна розділити на кілька ділянок (рис. 4.15). Ділянку АБ називають областю недотримувань. У цій області густина почорніння плівки є невеликою. Ділянку БВ називають областю нормальних експозицій. Тут густина почорніння пропорційна експозиції. Ця область відповідає області робочих експозицій у радіографії. На ділянці ВГ, або в області перетримувань, рівним приростам експозиції відповідають нерівні прирости оптичних густин, що поступово зменшуються. Нарешті, на ділянці ГД, в області соляризації, зі зростанням експозиції ступінь почорніння знімка зменшується.

Одним із важливих параметрів радіографічної плівки є її контрастність властивість відповідати на певне збільшення експозиції більшим або меншим збільшенням оптичної густини. Від контрастності плівки залежить контрастність зображення на радіографічному знімку. Мірою контрастності плівки є коефіцієнт контрастності г, що чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу прямолінійної ділянки характеристичної кривої г = tg б (рис. 4.15). Плівки з більш високим г за тих самих умов просвічування дають більш контрастне зображення.

Іншим важливим параметром плівки є чутливість, що характеризує її здатність реєструвати іонізуюче випромінювання. Чутливість визначають за характеристичною кривою як величину, обернену експозиційній дозі у рентгенах (Р), необхідну для одержання оптичної густини, що перевищує на 0,85 (або на 2) густину вуалі. Одиницею вимірювання чутливості є Р-1. Якщо, наприклад, чутливість плівки дорівнює 25 Р-1, то це означає, що для отримання оптичної густини D = D0 + 0,85 (або D = D0 + 2) необхідна експозиційна доза випромінювання 1/25 Р, де D0 - оптична густина вуалі.

Чутливість плівки залежить від розмірів зерен бромистого срібла: у плівки з більшим розміром зерна чутливість вища, ніж у дрібнозернистої. Однак збільшення розміру зерна призводить до зниження роздільної здатності плівки.

Просторова роздільна здатність радіографічної плівки характеризується максимальною кількістю пар ліній (пар штрихів) на 1 мм довжини знімка, що роздільно реєструються плівкою. Пара ліній дві сусідні лінії (біла та чорна) однакової ширини. Роздільна здатність характеризує можливість плівки реєструвати зображення дефектів із малими просторовими розмірами та близько розташованих дефектів контрольованого об'єкта. Просторова роздільна здатність сучасних радіографічних плівок становить 20-25 пар ліній/мм.

4.6 Радіаційні системи неруйнівного контролю

Дослідження внутрішньої будови контрольованих об'єктів, виявлення в них дефектів і неоднорідностей провадиться шляхом аналізу випромінювання, що пройшло через об'єкт, і найчастіше з перетворенням тіньового радіаційного зображення у видиме. Узагальнена схема радіаційного контролю наведена на рис. 4.16.

Джерело випромінювання ДВ створює потік енергії відповідного виду випромінювання. Щоб випромінювання надходило лише в область, де розташований контрольований об'єкт КО, джерело випромінювання ДВ розміщується у захисному контейнері ЗК. Для того щоб контрольований об'єкт опромінювався лише протягом певного часу, на шляху випромінювання встановлений затвор З. Випромінювання джерела ДВ може містити компоненти випромінювань різних видів або спектрального складу, у зв'язку із чим на шляху встановлюється фільтр Ф, що пропускає лише необхідну частину випромінювання. Крім того, до складу фільтра може входити коліматор, що формує форму та розміри поперечного перерізу вихідного потоку випромінювання. У контакті з контрольованим об'єктом знаходяться еталони чутливості ЕЧ та маркувальні знаки МЗ.

Рисунок 4.16 - Узагальнена схема радіаційного контролю

Еталони чутливості ЕЧ встановлюють у місці контрольованого об'єкта, де умови контролю найгірші (як правило, на краях), а поява дефектів малоймовірна. Вони призначені для вимірювання чутливості контролю. Поряд з еталонами чутливості можуть встановлюватись еталони для вимірювання роздільної здатності.

Маркувальні знаки МЗ служать для зручності аналізу, зберігання даних і результатів неруйнуйнівного контролю (нумерація знімків, зазначення режиму просвічування і т. д.). Вони поміщаються в полі зору системи детектування СД у місці, не зайнятому зображенням контрольованого об'єкта, або в області, де поява дефектів малоймовірна.

Система детектування СД перетворює тіньове радіаційне зображення контрольованого об'єкта, що сформоване в площині СД, у видиме зображення, яке аналізує та оцінює оператор. У деяких системах детектування СД тіньове радіаційне зображення перетворюється в електричні сигнали, що потім обробляються з метою одержання необхідної інформації про контрольований об'єкт.

Для захисту оператора та навколишнього середовища від іонізуючого випромінювання апаратура для радіаційного контролю, де наявне випромінювання, захищене стінкою біологічного захисту БЗ необхідної товщини зі свинцю, сталі, бетону або іншого матеріалу (рис. 4.16).

Система детектування радіаційних зображень характеризується системою параметрів, що визначає її можливості з виявлення дефектів і неоднорідностей у контрольованому об'єкті. До основних параметрів системи детектування можна віднести:

відносну чутливість контролю;

просторову роздільну здатність;

розмір робочого поля;

швидкість контролю об'єктів.

Відносна чутливість контролю визначається відношенням розміру мінімального дефекту, який виявляється та розмір якого збігається з напрямком просвічування, до товщини контрольованого об'єкта і виражається у відсотках. Для вимірювання відносної чутливості застосовуються дротові та канавкові еталони чутливості 8, 9. Відносну чутливість за дротовим еталоном Кд і канавковим еталоном Кк визначають за формулами: Кд = (dmin/H) · 100 %; Кк = hmin/(H + h) · 100 %, де dmin діаметр найменшого виявленого дроту еталона; hmin глибина найменшої виявленої канавки еталона; H товщина контрольованого об'єкта; h товщина канавкового еталона.

Просторова роздільна здатність характеризує здатність системи виявляти дефекти з малими просторовими розмірами. Вимірюється в парах ліній на міліметр. Іноді просторова роздільна здатність вимірюється діаметром найменшого одиночного дроту, що виявляється системою.

Швидкість контролю об'єктів визначається швидкістю перебігу фізичних процесів у системі детектування. Характеризує здатність системи контролювати об'єкти, що рухаються, у реальному часі.

На сьогодні існує велика різноманітність систем детектування радіаційних зображень, що різняться між собою структурою, параметрами, принципом роботи, областю застосування і т. д. На рис. 4.17 наведено класифікацію систем детектування радіаційних зображень. Системи можна поділити на два класи: системи із запам'ятовуванням зображення і системи реального часу.

У системах із запам'ятовуванням зображення радіаційне зображення детектується і запам'ятовується на якомусь носії (радіографічна плівка, електрорадіографічна пластина, запам'ятовувальна пластина із фотостимульованою пам'яттю). Такі системи можуть виконувати радіаційний контроль лише нерухомих об'єктів.

Радіографія на радіографічну плівку. Радіографічна плівка все ще є найбільш широко використовуваним детектором іонізуючого випромінювання як у промисловості, так і медичній діагностиці. До переваг радіографії потрібно віднести високу відносну чутливість контролю (1 %) у широкому діапазоні товщини контрольованих об'єктів, високу роздільну здатність (25 пар лін./мм), великий розмір робочого поля, можливість отримання внаслідок контролю документа у вигляді плівки.

Експонування плівки при радіографічному контролі може виконуватися як із використанням підсилювальних екранів, так і без них.

Рисунок 4.17 - Класифікація систем детектування радіаційних зображень

Підсилювальні екрани служать для підвищення ефективності детектування плівкою іонізуючого випромінювання і, відповідно, скорочення часу експонування. Посилювальні екрани діляться на два принципово різні види металеві та флуоресцентні.

Підсилювальна дія металевих екранів базується на додатковому експонуванні плівки вторинними електронами, вибитими іонізуючим випромінюванням із тонкої свинцевої або свинцево-олов'яної фольги металевого екрана. Ці електрони практично повністю поглинаються плівкою. Коефіцієнт посилення металевих екранів, що дорівнює відношенню тривалості експозиції без екрана і з ним, може доходити до 2-2,5. Спільно з плівкою зазвичай використовують пару екранів, розміщуючи їх по обидва боки плівки.

Підсилювальні флуоресцентні екрани виготовляють із сцинтиляційних матеріалів (табл. 4.1), що перетворюють іонізуюче випромінювання у видиме світло. Фотони видимого світла практично повністю поглинаються плівкою, підвищуючи її густину почорніння. Коефіцієнт підсилення флуоресцентних екранів може становити кілька десятків. Однак значне скорочення тривалості експозиції при використанні флуоресцентних екранів супроводжується погіршенням роздільної здатності системи «екран плівка».

Останніми роками з'явився новий тип підсилювальних екранів, що є комбінацією металевого і флуоресцентного екранів. Це флуорометалеві екрани, що поєднують шар свинцевої фольги із шаром сцинтилятора. Такі екрани дають істотне зниження часу експозиції плівки, незначно погіршуючи її роздільну здатність. Флуоресцентні екрани, так як і металеві, як правило, використовуються в комплекті із двох екранів (переднього і заднього).

Радіографія має низку істотних недоліків: низьку продуктивність і високу трудомісткість контролю через необхідність хімічної обробки плівки, а також високу вартість контролю через наявність у плівці срібла. Обсяги застосування плівкової радіографії з кожним роком зменшуються у зв'язку з появою і вдосконаленням нових систем детектування радіаційних зображень.

Комп'ютерна радіографія із запам'ятовувальними пластинами. У комп'ютерній радіографії для отримання зображення замість плівки застосовуються спеціальні запам'ятовувальні пластини багаторазового користування [27, 29]. Пластини мають типові для радіографічної плівки розміри 18 Ч 24, 18 Ч 30, 24 Ч 30 і 35 Ч 43 см. Для запам'ятовування зображення в пластині використовується шар з фотостимульованою пам'яттю складною хімічною сполукою. Найчастіше використовується сполука типу BaFBrxI1-x : Eu2+.

Під час експонування пластини, розміщеної за контрольованим об'єктом, під дією іонізуючого випромінювання електрони всередині шару з фотостимульованою пам'яттю збуджуються і захоплюються на енергетичні рівні (пастки), на яких можуть перебувати протягом тривалого часу.

Після експонування пластину вставляють у спеціальний сканер, у якому вона сканується лазерним пучком. Схема процесу сканування запам'ятовувальної пластини та отримання цифрового зображення показана на рис. 4.18. При скануванні пластини лазерним пучком електрони вивільняються з пасток, що супроводжується емісією видимого світла, довжина хвилі якого відрізняється від довжини хвилі випромінювання сканувального лазера. Це світло збирається фотоприймачем (фотопомножувачем) і перетворюється в електричний сигнал. Після його підсилення й аналого-цифрового перетворення комп'ютер формує на екрані монітора цифрове зображення контрольованого об'єкта.

Оскільки зчитування прихованого зображення, сформованого на запам'ятовувальній пластині під час її експонування, можливе лише з використанням комп'ютерної техніки, радіаційний контроль за допомогою таких систем отримав назву комп'ютерної радіографії.

Відмінність запам'ятовувальних пластин від радіографічної плівки можливість їх багаторазового використання (кілька тисяч разів без втрати якості). Пластини сумісні із джерелами іонізуючого випромінювання, що мають енергію від 10 кеВ до 20 МеВ (рентгенівські апарати неперервної дії та імпульсні, бетатрони, радіоізотопні джерела).

Запам'ятовувальні пластини є гнучкими і, подібно плівці, можуть набирати форму контрольованого об'єкта. З процесу комп'ютерної радіографії виключена хімічна обробка плівки, час отримання зображення становить від 1 до 2 хвилин. Зображення зберігаються в електронному вигляді й можуть піддаватися цифровій обробці з метою покращання виявлення дефектів.



Рисунок 4.18 - Схема процесу сканування запам'ятовувальної пластини та отримання цифрового зображення: 1 лазер; 2 оптична система формування пучка; 3 дзеркало; 4 фотопомножувач; 5 фільтр; 6 оптична система збору світла люмінесценції; 7 запам'ятовувальна пластина

За своїм динамічним діапазоном комп'ютерна радіографія перевершує плівкову радіографію, що дозволяє виконувати контроль об'єктів із великим перепадом товщини за одну експозицію. Комп'ютерна радіографія забезпечує відносну чутливість контролю, порівняну з плівковою радіографією, а роздільну здатність до 20 пар лін./мм. До недоліків таких систем можна віднести високу вартість комплекту обладнання для комп'ютерної радіографії.

Електрорадіографія. Як детектор іонізуючого випромінювання при електрографії використовують електрорадіографічні селенові пластини (див. п. 4.5). Процес отримання електрорадіографічного знімка складається з таких операцій:

- зарядки (електризації);

- експонування пластини, розміщеної за контрольованим об'єктом;

- проявлення прихованого електростатичного зображення;

- перенесення проявленого порошкового зображення з пластини на папір;

- закріплення зображення на папері;

- очищення пластини від залишків проявника.

Усі операції електрорадіографічного контролю, крім операції експонування, виконуються в спеціальних електрорадіографічних апаратах типу «ЕРГА». Порівняно з плівковою радіографією електрорадіографія прискорює процес отримання зображення (всі операції, крім експонування, виконуються за 45-75 с). Електрорадіографічні пластини мають розміри 10 Ч 30, 10 Ч 40, 24 Ч 30 і 30 Ч 40 см та витримують близько 2000 експозицій.

Відносна чутливість контролю електрорадіографії при просвічуванні алюмінієвих і титанових сплавів відповідає чутливості плівкової радіографії, а при контролі сталевих об'єктів дещо гірше останньої. Роздільна здатність електрорадіографії становить 8-12 пар лін./мм .

Системи реального часу (рис. 4.17) дозволяють виконувати радіаційний контроль як нерухомих, так і рухомих об'єктів у реальному часі. Вони поділяються на системи непрямого перетворення та системи прямого перетворення.

У системах непрямого перетворення тіньове радіаційне зображення за допомогою сцинтилятора перетворюється спочатку в світлове, яке потім перетворюється в електричний сигнал. Далі електричний сигнал використовується для формування вихідного зображення системи детектування .

У системах прямого перетворення тіньове радіаційне зображення безпосередньо перетворюється в електричний сигнал, що використовується для формування вихідного зображення.

Рентгенотелевізійні системи (РТВС) на основі РЕОП. У таких системах детектування перетворювачем рентгенівського випромінювання у видиме є рентгенівський електронно-оптичний перетворювач (РЕОП), що одночасно виконує функції підсилювача яскравості зображення. Рентгенівський електронно-оптичний перетворювач - це електровакуумний прилад із залишковим тиском 10-7 мм рт. ст., схема якого наведена на рис. 4.19. На вході РЕОП розташований екранно-катодний вузол, що складається з сцинтиляційного екрана 1 і перебуває з ним в оптичному контакті фотокатода 2. Екран 1 перетворює тіньове рентгенівське зображення у видиме. Фотокатод 2 під дією світлових фотонів за рахунок зовнішнього фотоефекту випускає електрони, які прискорюються і фокусуються електронно-оптичною системою РЕОП. Електронно-оптична система утворена електродами 3, 4 і 5, на які відносно екранно-катодного вузла подаються певні високі напруги. Прискорені й сфокусовані електрони бомбардують вихідний екран 6, виготовлений із дрібнозернистого люмінофора і розташованого на внутрішньому боці вихідного вікна РЕОП. Унаслідок такого бомбардування електронами люмінофорний екран 6 перетворює електронне зображення у видиме зображення високої яскравості.

Перетворення вхідного рентгенівського зображення у вихідне супроводжується зменшенням його розміру приблизно в 10 разів. Таким чином, в РЕОП спостерігається потрійне перетворення зображення: рентгенівського у видиме, видиме в електронне та електронного знову у видиме.

Діаметр робочого поля різних типів РЕОП становить від 120 до 350 мм. Найбільш поширені 9-дюймові РЕОП з діаметром робочого поля 230 мм. Діаметр вихідного екрана становить 15, 20, 25, 30 або 35 мм. Вхідні екрани у сучасних РЕОП виготовляють переважно з йодиду цезію (CsI). Для поліпшення взаємної спектральної відповідності фотокатода та екрана CsI як активатор у нього вводять натрій (Na).

Зображення, сформоване на вихідному екрані РЕОП, за допомогою оптичної системи переносять на вхід перетворювача світло сигнал телевізійної камери. Як перетворювачі світло сигнал в сучасних телевізійних камерах застосовують матриці на основі приладів із зарядовим зв'язком (ПЗЗ-матриці), а також КМОП-сенсори. Електричний відеосигнал з виходу телевізійної камери подають на телевізійний монітор, на якому відтворюється рентгенотелевізійне зображення контрольованого об'єкта, а також у комп'ютер для обробки та архівування зображень.

Рисунок 4.19 - Рентгенівський електронно-оптичний перетворювач:

1 сцинтиляційний екран; 2 фотокатод; 3, 4 і 5 електроди електронно-оптичної системи; 6 вихідний екран; РВ рентгенівське випромінювання

Рентгенотелевізійні системи на основі РЕОП та телевізійної камери широко застосовуються для неруйнівного контролю об'єктів, що рухаються зі швидкістю до 3 м/хв. Відносна чутливість контролю таких систем становить 2 - 3%, роздільна здатність від 3 до 5 пар лін./мм.

Рентгенотелевізійні системи «сцинтилятор ПЗЗ». Такі системи мають ряд переваг перед системами на основі РЕОП: можливість зміни сцинтиляційного екрана, що дозволяє змінювати розмір робочого поля та інші параметри системи; простота конструкції; низька вартість та ін. Схема РТВС «сцинтилятор ПЗЗ» наведена на рис. 4.20.

Сцинтиляційний екран перетворює тіньове рентгенівське зображення контрольованого об'єкта у видиме. Перенесення видимого зображення з екрана на ПЗЗ-матрицю телевізійної камери відбувається з поворотом на 90°, оскільки оптична система складається з об'єктива і дзеркала. Для захисту від прямого рентгенівського випромінювання, що може призводити до деградації ПЗЗ-матриці, телевізійна камера розміщена в захисному свинцевому екрані.

Як сцинтилятори в таких системах застосовують йодид цезію, активований талієм CsI (Tl), та оксисульфід гадолінію, активований тербієм Gd2O2S (Tb) ( табл. 4.1).

Рисунок 4.20 - Схема рентгенотелевізійної системи «сцинтилятор ПЗЗ»

Через низьку яскравість світіння сцинтиляційних екранів у телевізійних камерах таких систем необхідно застосовувати високочутливі ПЗЗ-матриці. Придатні, наприклад, ПЗЗ-матриці з мікролінзами фірми Sony (технологія EXview HAD CCD). Для підвищення відносної чутливості контролю та зменшення шумів на зображенні застосовують режим тривалого накопичення зображень на ПЗЗ-матриці. Переведення ПЗЗ-матриці в режим тривалого накопичення зображень, поряд із підвищенням чутливості, дозволяє використовувати для просвічування об'єктів малогабаритні імпульсні рентгенівські апарати. Збільшення можливих тривалостей накопичення зображень можливе за рахунок охолодження ПЗЗ-матриці за допомогою елементів Пельтьє .

Відносна чутливість контролю РТВС «сцинтилятор ПЗС» відповідає чутливості плівкової радіографії. Роздільна здатність таких систем, що залежить від роздільної здатності екрана та ПЗЗ-матриці, а також розміру робочого поля, становить від 2 до 10 пар лін./мм.

Системи на основі плоскопанельних (лінійних) детекторів. Останніми роками розроблені плоскопанельні матричні й лінійні детектори іонізуючого випромінювання на основі напівпровідникових структур (рис. 4.17). У детекторах непрямого перетворення (типу «сцинтилятор напівпровідник») використовується проміжне перетворення іонізуючого випромінювання у видиме. У детекторах прямого перетворення іонізуюче випромінювання безпосередньо перетворюється в електричний сигнал. Найбільш поширеними на сьогодні є плоскопанельні детектори непрямого перетворення [29].

Як плоскопанельні детектори «сцинтилятор - напівпровідник» найчастіше використовують панелі на основі аморфного кремнію (а-Si) в комбінації із сцинтилятором на основі оксисульфіду гадолінію Gd2O2S або йодиду цезію CsI. Схеми таких плоскопанельних детекторів наведені на рис. 4.21. Сцинтилятори перетворюють рентгенівське випромінювання у видиме світло, що надходить на матрицю фотодіодів із аморфного кремнію і конвертується в електричний заряд. Чутливість і роздільна здатність детектора із сцинтилятором із Gd2O2S залежить від товщини та розмірів зерна (зернистості) сцинтилятора. Однак при збільшенні його товщини зростає розсіювання світла і погіршується роздільна здатність детектора (рис. 4.21 а).