خلاصه اختراع

اختراع با نام ” سامانه آشكارسازي پرتوهاي ايكس پس‌پراكنده ” مجموعه‌اي از سخت افزار بهم پيوسته و برنامه ريزي شده است كه وظيفه ثبت وشمارش فوتون‌هاي ايكس پس پراكنده شده را در مدهاي مختلف زمان دار هر ركورد دارد. اين اختراع شامل سه بخش است. بخش اول مربوط به فيزيك و مهندسي پرتويي آشكارسازي فوتون‌هاي ايكس مي باشد. از آشكارسازهاي بلوك پلاستيك به صورت دو آرايه سه تايي استفاده شده است كه با ايزولاسيون نوري مناسب از جنس تفلون هم از نفوذ نور به داخل جلوگيري به عمل آمده است و هم بازتابندگي افزايش يافته است. فوتون‌هاي ايكس پس‌پراكنده شده با انباشت انرژي در حجم آشكارساز نور مرئي توليد نموده و اين نور توسط فوتومولتي‌پلايرها كه با پيكربندي جانبي به آشكارسازها متصل اند، به سيگنال الكتريكي تبديل مي گردد. اين سيگنال سپس در پيش‌تقويت كننده و تقويت كننده قابل خوانش شده و به ماژول شمارنده وارد مي‌شود. تمام اجزاي سيستم به گونه اي طراحي شده اند كه دو شرط سرعت بالاي خوانش و كم بودن ميزان شار فوتون‌هاي پس پراكنده شده را براورده نمايد. 3 مد عملكردي براي دريافت سيگنال پالس در اين اختراع تعريف گشته است. در مد اول شمارش‌ها در بازه هاي زماني يكساني انجام مي‌شود و داده ها به رايانه ارسال مي گردد. در مد دوم با ارسال يك تك پالس تريگر در هر بار جاروب كردن يك اسكن و در مد سوم ركورد به وسيله قطار پالس تريگر خارجي صورت مي پذيرد. اين سه مد عملكردي توسط كاربر تعيين شده و بسته به نوع كاربرد آن انتخاب مي گردد. خروجي ها با استفاده از درگاه شبكه با فركانس مطلوب به رايانه ارسال مي گردد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

سامانه آشکارسازی پرتوهای پس پراکنده از لحاظ عمومی در حوزه ادوات بازرسی امنیتی و دستگاههای بازرسی با استفاده از پرتوهای یونیزان قرار می‌گیرد و لحاظ فنی و اختصاصی زیرمجموعه کاربردپرتوها در مهندسی هسته‌ای، الکترونیک و آنالیز دیتا قرار می‌گیرد. اساس دانش مورد نیاز در دانستن فیزیک پرتوهای یونساز-در اینجا پرتوی ایکس و شناخت اثرات پرتوهای ایکس پس پراکنده برای انتخاب بهینه آشکارساز و فوتومولتی‌پلایرها و سپس استخراج و تحلیل سیگنال های دیجیتال الکترونیکی به منظور ثبت داده و درنهایت تشکیل تصویر.نتایج این اختراع در امور بازرسی و حفاظت برای امنیت اماکن و مردم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

از جمله مشکلاتی که آشکارسازهای معمول برای ثبت پرتوها دارند به شرح زیر هستند:
1- عدم امکان شمارش در بازه های زمانی بسیار کم
2- عدم استفاده در شار فوتونی پرتوی ایکس پایین
3- عدم بهینه سازی هندسی محل قرارگیری PMT ها
4- عدم ارسال دیتاهای رکورد به طور همزمان به رایانه
5- اثر بسیار مشهود بالارفتن زمان پرتودهی با کاهش اکتیویته
6- فاصله زمانی زیاد میان ثبت فوتون در آشکارساز و ایجاد پالس الکتریکی(بعلت زمان واپاشی نوری بالا، خودجذبی در درون سوسوزن، عدم استفاده از PMT مرغوب و …)
7- امکان استفاده از آشکارسازهای معمول ثبت و شمارش پرتوها
اهداف ارائه این اختراع عبارت اند از:
1- ثبت فوتون‌های پرتوی ایکس پس پراکنده
2- امکان ثبت و شمارش فوتون‌ها در بازه های زمانی بسیار کوچک
3- ارسال برخط داده به رایانه
4- راندمان آشکارسازی قابل قبول و مناسب برای شار فوتونی کم پس پراکنده
5- امکان شمارش بهینه در محدوده انرژی فوتون‌های بازگشتی
6- ایزولاسیون کامل نوری و پرتویی برای سوسوزن و مغناطیسی برای فوتومولتی‌پلایرها
7- فرآیند دریافت بسیار دقیق، سریع و به راحتی قابل تکرار و باز ‌تولید باشد
8- امکان استفاده از تریگر خارجی به منظور دستور دریافت و ثبت دیتا
9- دریافت دیتا در بازه زمانی برنامه‌ریزی شده برای هر رکورد
10- مد عملکردی ارسال تک پالس تریگر در هر بار جاروب کردن یک سطر
11- کاربرد در مد رکورد بوسیله قطار پالس تریگر
12- استفاده از بستر سخت افزاری سریع برای ارسال داده‌ها به رایانه
13- عدم تخریب و شکست در اثر ارتعاشات و لرزش‌ها

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

اولین بخش از سامانه کلی آشکارسازی تبدیل فوتون ایکس به نور مرئی است. در بلوک اول همانگونه که نشان داده شده است، پرتوهای ایکس بازگشتی پس از عبور از لایه نازک آلومینیوم و بازتابنده تفلونی، با برخورد به آشکارساز انرژی خود را در آن برجای می گذارند. این انرژی برجای مانده بر طبق اندرکنش های کوانتومی‌ای که پیش از این بدان پرداخته شد به نور مرئی در طول موج حدود 435 نانومتر (نزدیک به رنگ آبی) تبدیل می گردند. نور مرئی به لامپ فوتومولتی‌پلایر هایی که بر روی آشکارساز به طور محکم چسبانده شده اند، برخورد می کنند و الکترون تولید می کنند. این الکترون ها با عبور از چندین داینود که به ولتاژهای بالا متصل شده اند، تقویت شده و در انتها به یک سیگنال نسبتاً بزرگ الکتریکی تبدیل می گردند. این سیگنال سپس در یک پیش تقویت کننده، تقویت اولیه می شود. این پیش‌تقویتگر همچنین نقش تطبیق امپدانس را نیز ایفا می‌کند. سپس برای بالابردن هرچه بیشتر نسبت سیگنال به نویز، تقویت کننده اصلی پس از آن قرار می‌گیرند. این سیگنال سپس بر اساس مدهای عملکردی خوانش شده و به سه شکل مختلف که می‌تواند در بازه زمانی مشخص، با دستور تریگر خارجی و با انتخاب اپراتور انجام بپذیرد. شمارش ها برای هر رکورد برای هر ستون یا سطر داده و این مقادیر را ثبت بنماید. پس از آن با استفاده از بستر مناسبی، داده ها که حاوی شمارش ها در بازه های زمانی معین هستند، به رایانه جهت پس پردازش های ثانوی فرستاد می شوند.این سامانه بخش اساسی یک سامانه تصویربرداری با استفاده از پرتوهای ایکس پس پراکنده برای مقاصد بازرسی است. این اختراع با باریکه ساز چرخان و بقیه اجزای آن روی یک کابین یا ون قرارداده شده و می‌تواند به صورت برخط تصویربرداری از داخل عمق جسم مورد بازرسی را به دست دهند. فوتون‌های ایکس باریکه مدادی توسط یک چرخنده، جسم مورد بازرسی را که عموماً خودروی پارک شده است، ستون به ستون اسکن کرده و فوتون‌های بازگشتی توسط این اختراع به سیگنال قابل خوانش در بازه های زمانی بسیار کوچک تبدیل می شود. سپس این سیگنال ها برای پس‌پردازش‌های آتی به رایانه داده می شود و با استفاده از الگوریتم بازسازی تصویر، تصویر نهایی از ماده مورد اسکن به دست می‌آید.این سامانه بخش اساسی یک سامانه تصویربرداری با استفاده از پرتوهای ایکس پس پراکنده برای مقاصد بازرسی است. این اختراع با باریکه ساز چرخان و بقیه اجزای آن روی یک کابین یا ون قرارداده شده و می‌تواند به صورت برخط تصویربرداری از داخل عمق جسم مورد بازرسی را به دست دهند. فوتون‌های ایکس باریکه مدادی توسط یک چرخنده، جسم مورد بازرسی را که عموماً خودروی پارک شده است، ستون به ستون اسکن کرده و فوتون‌های بازگشتی توسط این اختراع به سیگنال قابل خوانش در بازه های زمانی بسیار کوچک تبدیل می شود. سپس این سیگنال ها برای پس‌پردازش‌های آتی به رایانه داده می شود و با استفاده از الگوریتم بازسازی تصویر، تصویر نهایی از ماده مورد اسکن به دست می‌آید.