高解像度的薄闪烁成像板用于X射线无损检测应用

高解像度的薄闪烁成像板用于X射线无损检测应用

摘要。近日，非常薄的的闪烁成像板成为极大的兴趣。高分辨率的X射线投影成像，非常薄闪烁体层约5-20微米1微米左右，是用来实现空间分辨率。这样薄的屏幕主要用于显微CT和纳米CT系统中的任一微焦点X射线管，或与同步信号源。

这项工作涉及的高分辨率CCD相机不同的单晶闪烁体的低能量X射线无损检测中应用。已经做了比较两种类型的闪烁体。薄屏幕采用机械抛光合成Y3Al5O12 Lu3Al5O12单晶的制备。结果表明，在单晶板具有高空间分辨率和低能量的X射线图像的对比度高的高灵敏度。板的使用是非常适合于低体重物体材质的X射线摄片。

分辨率使用测试网格。一些重量轻的物体成像，使用薄板。

1。介绍

X射线微摄片是一种非破坏性的方法，是近年来的极大兴趣。基本上，通过检查样品的X-射线辐射和一个高分辨率的检测器的基础上的闪烁体和一种光学装置是用来检测X射线通过。这是一个对比成像技术，使用在不同的材料对X射线的吸收差异。近日，三维CT成像是越来越大的兴趣。
非常薄的单晶闪烁体成像板中所使用的低能量X射线微量X线摄影的辐射探测器。在高分辨率的X射线投影成像，非常薄约5-20微米的单晶闪烁板用于实现空间分辨率为1微米左右。这种薄板主要用于显微CT和纳米CT系统中的任一微焦点X射线管，或与同步信号源。盘上的光分布的光学系统被转移到一个高分辨率的CCD芯片。对于给定的参数的光学收集系统中，存在一个最佳的闪烁体板的厚度。越厚的板材更有效地吸收高能量的光子，但在CCD上的图像变得模糊[1]。另一方面，过薄的闪烁体并不能提供足够的吸收，使画像的积分时间是相当高的。
1.1单晶薄板

单晶薄板制成的单晶树干。最常用的晶体是由钇备Y3Al5O12（YAG）或镥Lu3Al5O12（LuAG），铈掺杂，参照图石榴石。 1。高品质工业YAG：Ce和LuAG：CE单晶制备由提拉法[2] Crytur。

图1。 YAG：CE单晶（直径55毫米）

这些无机晶体闪烁体，其特征在于良好的机械和化学稳定性，非吸湿性，高闪烁效率和快速衰减[3]，[4]。本单晶成像闪烁屏幕是光学透明的。的发射波长的YAG：Ce和LuAG：Ce为550nm和535nm处。由这些结晶制备的成像屏幕可以用在不同类型的辐射和粒子（真空紫外（UV），电子或离子或它们的光束，X-或γ-射线）的检测设备。该屏幕所显示的示例是在图2。

图2。 YAG：Ce的薄单晶屏幕（直径50毫米，0.1毫米厚）

LuAG：Ce的屏幕具有更高的转换效率更高的吸收比YAG激光对X-射线：Ce的画面，从而使图像的信号的信噪比会更，见图。 3。

图3。 X-射线吸收比较YAG的LuAG

1.2 X-射线CCD相机

高分辨率的X射线相机组成的高灵敏度数字CCD探测器和薄YAG：Ce或LuAG：CE闪烁成像的屏幕采用的是低能量的X射线摄片[5]。 CCD摄象机示于图中。 4。该照相机包括一个CCD光传感器的24X36平方毫米的尺寸，约11万像素的分辨率。使用珀尔帖冷却和温度稳定的体温调节系统。的CCD像素的大小为9微米，因此，CCD与光学系统的放大倍率为1至约10微米限制X射线的分辨率。屏厚度和物镜的数值孔径的最大分辨率是有限的。闪烁体板的最大尺寸是直径为50毫米。不同的闪烁体的厚度来达到的最高分辨率。的目标被聚焦成的平面内的闪烁体吸收图像是最佳的对比度。相机被设定为侧位置，以避免相机上的电子元件的X射线的直接影响。

图4。 X射线CCD相机高分辨率照相
2。实验

在实验装置中所呈现的高灵敏度的CCD摄像头和YAG：Ce或LuAG：Ce的单晶薄板用于微重量轻的物体的X线摄影。
对象的位置非常靠近闪烁体板，所以几乎没有使用投影倍率。用强度最大的Cu-阳极微焦点X射线源在约8千电子伏。
的X-射线CCD相机进行了测试有特殊网格中，请参阅图。图5和图6。该网格是由铜制成。它是在直径为3毫米，并具有约8微米的宽度的线。

图5。图像的网格使用LuAG（左）和YAG（右）

吸收影像图的图像。 5使用目标10倍放大倍率和非常薄的，厚度为20微米的单晶屏幕。这样的成像系统的分辨率是大约1微米。中所示的吸收图像。 6使用目标放大倍率为1:1。解决电线具有良好的分辨率和对比度。该成像系统的分辨率大约是10微米。

X射线图像的网格

的成像系统，用于观察重量轻的材料作为YAG：Ce和LuAG：Ce的单晶的高灵敏度的低X-射线的能量（低于1千电子伏）。图。图7给出的2-D的X线摄影图像的多孔塑料泡沫。

高分辨率和高对比度图像的塑料泡沫

4。讨论

的闪烁体为基础的系统的分辨率取决于几个因素，主要是对X射线吸收的过程中，屏幕上的几何形状（主要是厚度），和光学系统。
的X-射线被吸收并产生闪烁光子在一个卷，这是能量依赖的。 [1]作者报告蒙特卡罗模拟YAG：Ce的表明，绝大多数闪烁光子产生体积尺寸小于100纳米。这是小于任何光学系统的衍射极限的分辨率，因此，闪烁材料和X射线吸收过程本身不是一个限制因素。分辨率是有限的，实际上只用几何和光学系统问题。
此外，有一个基本的限制，任何光学系统的分辨率，这是衍射极限。因此，典型的闪烁体的发光波长为550nm的亚微米分辨率的最高可能已经达成同步实验室[6]。
闪烁体中的X射线辐射的平均吸收深度依赖于光子能量和材料。 YAG：Ce和LuAG：CE屏幕是透明的，所以图像的互动点是很容易转移到CCD。然而，该材料的优点是透明性与成像板的厚度减小。如果闪烁体较薄，平均吸收深度较低，所创建的图像更清晰，由于减减闪烁光子的横向扩散引起的图像模糊。成像板越薄，因此，更好的是在图像中取得的分辨率。另一方面，与闪烁体的厚度减小了检测效率。
低Z（重量轻）的材料大多是由碳，氢，氧，氮，原子序数小于10，和多达18个。这些低Z元素，其特征在于的吸收边缘的情况下（原子壳层能量）高于5千电子伏。真正的X-射线管谱几乎没有低于5千电子伏的能量，因此，低Z元素对比度极低，几乎完全由于其密度。
闪烁屏的效率依赖于吸收在材料中的特定的X射线谱。绘于图LuAG的Cu阳极型X射线源40千伏谱的吸收效率的计算：Ce材料的厚度有关的。 8。利用所提出的系统实现的图像的二维空间分辨率最高的是约1微米[5]。

LuAG：CE铜阳极40千伏供电X射线管的能量吸收效率。

5。结论

在实验装置，一个高分辨率的成像系统基于CCD摄像机的透镜和制造精密的YAG：Ce和LuAG：Ce的单晶屏幕被用于X-射线微X线摄影。
实验证明，YAG：Ce和LuAG：Ce的屏幕是适于以高空间分辨率的成像。由该成像系统实现的最高分辨率是约1微米。 LuAG：Ce的屏幕具有更高的转换效率比YAG：Ce的画面，使该信号噪声比的图像更好。
YAG：Ce和的LuAG：CE单晶屏幕的灵敏度低能量预测其使用重量轻（低Z）材料摄片。
4。致谢

捷克GA AV项目KAN300100802的支持表示感谢。
参考文献

[1]科赫，乌鸦，C.，Spanne，P.，Snigirev，A.，X射线成像与亚微米分辨率采用透明发光屏幕，J.选项。 SOC。 PM。 15，1940至1951年（1998年）。
[2]Brändle公司，CD，晶柱生长的氧化物，J.晶体生长264（2004）593-604。
[3] Nikl，M.，X-射线的闪烁探测器。外箱尺寸。 SCI收录。技术17，R37-R54（2006）。
[4] J.A.母马，A. Beitlerova M. Nikl，N. Solovieva，C. D“橝mbrosio，K.布拉泽克，P.马利，K. Nejezchleb和F. De Notaristefani的放射。外箱尺寸。 38，353-356（2004）。
[5] Tous的，J.，霍瓦特，M.，翩，L.，布拉泽克，K.和Sopko，，B.，高分辨率应用YAG：Ce和LuAG：CE成像探测器与CCD X射线相机。原子核。指令冰毒。物理。研究A，591 264-267（2008）。
[6] T.马丁等人，用千分尺的空间分辨率在X射线摄像的最近的发展，J.同步加速器放射。 13，180-194（2006）