Плоскопанельные детекторы в радиографии
Детекторные установки в радиографии — это устройства, которые регистрируют ионизирующее излучение, прошедшее через просвечиваемый материал, и преобразуют его в электрический сигнал, который затем обрабатывается и преобразуется в цифровое изображение. Такие установки используются в цифровой радиографии (ЦР) — методе получения рентгеновских изображений с использованием цифровых детекторов вместо традиционной плёнки. В радиографическом контроле существует несколько типов детекторных установок, здесь мы расскажем о плоскопанельных детекторах.
Это оборудование с матричным цифровым детектором (DDA-система) для промышленного радиографического контроля. Оно используется для получения и передачи рентгеновских снимков непосредственно на персональный компьютер оператора для последующей обработки и расшифровки. Аналогично методу с запоминающими пластинами и радиографической плёнкой, детекторы предназначены для регистрации ионизирующего излучения, прошедшего через просвечиваемый материал. В отличие от плёнок и пластин такие комплексы преобразуют радиационное изображение объекта контроля непосредственно в видимое цифровое изображение, которое выводится сразу на монитор ПК. В данном случае нам не потребуется ни проявочная машина, ни лаборатории с химикатами, не придется даже сканировать запоминающие пластины. Рентгенограмма передаётся сразу на ПК оператора, и при необходимости мы можем повторно ее “пересветить”, потратив всего лишь 1–2 минуты.
Методы радиационного контроля, построенные на использовании запоминающих пластин и радиографических плёнок, относятся к системам с промежуточным носителем информации. Плоскопанельные же детекторы классифицируются как системы реального времени. Они активно внедряются на объектах химической, нефтяной и газовой промышленности, атомной энергетики, судостроения, металлургии. Наиболее широкое применение в РФ получило оборудование марок Dürr NDT, Vieworks, Teledyne DALSA, Baker Hughes (GE), Perkin Elmer. Среди отечественных разработчиков можно выделить компании «Ньюком-НДТ» (Санкт-Петербург) и «ПРОДИС.НДТ» (Москва).
Плоскопанельный детектор обычно выполнен в прямоугольном или квадратном корпусе из пластика или металла. Внешняя сторона защищена твёрдым композитным материалом, прозрачным для рентгеновских лучей, но стойким к механическим воздействиям. Внутри панели расположены: cцинтилляционный экран, фоточувствительный слой, аналого-цифровой преобразователь и аккумулятор с модулями связи (Wi-Fi или Ethernet), обеспечивающие автономность и передачу данных. Сцинтилляционный экран преобразует рентгеновские фотоны в видимый свет. Фоточувствительный слой представляет собой матрицу на базе тонкоплёночных транзисторов или КМОП-сенсоров, улавливающих световые сигналы и переводящих их в электрические заряды. Аналого-цифровой преобразователь и блок обработки усиливают и оцифровывают сигнал. Электроника расположена вне активной зоны излучения и дополнительно экранируется, что увеличивает срок службы панели.
Существует два типа преобразования рентгеновских лучей в электрический сигнал:
- Непрямое. Когда излучение сначала попадает на сцинтиллятор (чаще всего GadOx или CsI), где его энергия превращается в свет. Далее фотодиоды матрицы фиксируют световую вспышку и формируют электрический сигнал.
- Прямое. Рентгеновские фотоны генерируют электроны сразу в полупроводниковом слое без промежуточного света. Однако большинство таких панелей — нишевое оборудование из-за дороговизны материалов и сложности производства.
Для промышленной радиографии распространены плоскопанельные детекторы на основе TFT-технологии и CMOS-технологии. Пример:
- TFT+CsI — наилучшая чувствительность и скорость получения снимка, подходят для объектов большой толщины.
- CMOS+GadOx — наименьший размер пикселя и наилучшее качество изображения, подходят для тонкостенных объектов и объектов повышенной важности.
Плоскопанельные детекторы используются для неразрушающего контроля различных типов промышленных объектов: сварных швов, отливок металлов, электронных компонентов, печатных плат. Также детекторы могут фиксировать изображение в «ручном» режиме — по команде оператора, переданной с управляющего ПК. В некоторых современных моделях предусмотрен автоматический режим считывания изображения при обнаружении рентгеновского излучения. Что касается очевидных преимуществ плоскопанельных детекторов по сравнению с другими методами, то в первую очередь надо выделить их высокую производительность.
Плоскопанельные детекторы выдают цифровые изображения за секунды, в то время как традиционным системам рентгеновской плёнки и компьютерной радиографии для получения изображения может потребоваться несколько минут. Существенным преимуществом также является снижение дозы рентгеновского излучения. Плоскопанельные детекторы требуют меньшей дозы рентгеновского излучения, чем традиционные системы, а это позволяет снизить облучение и повысить безопасность. С появлением плоскопанельных детекторов упростилось хранение самих изображений. Электронные изображения, которые генерируют детекторы, занимают мало места на компьютере или сервере и не деградируют со временем, в отличие от радиографической плёнки. И конечно сокращение эксплуатационных расходов. Отпала необходимости в проявочном оборудовании, плёнке и реагентах, что существенно уменьшает эксплуатационные затраты.
Помимо неразрушающего контроля это оборудование применяется в медицинской и стоматологической визуализациях, системах безопасности и в научных физических исследованиях.