专利名称：用于辐射以及辐射检测的移动设备的利记博彩app
用于辐射以及辐射检测的移动设备技术领域-本发明涉及在破坏性和非破坏性综合控制中用于辐射以及辐射检测的 移动设备。
背景技术：
用于辐射以及辐射检测的移动设备设有放射源和探测器。放射源可以 发射不同特性的粒子(或波)(例如X射线、中子/电子、超声波等等)。通 常在同一仪器中不会同时或交替使用超过1个放射源。另外，这些设备当 其必须从一个地方移到另一个地方时存在一些问题，这些问题主要涉及设 备自身及其附属设备(例如高压发电机、冷却液容器、密闭容器)的尺寸。 例如当使用中子源用于衍射，通常设备是被安装在实验室中，所述实验室 中存在具有高中子通量的核反应器或者所述实验室中中子是由加速器中的 碰撞过程产生，这样可以提供适当的中子通量以满足衍射测量的需要。因 此这类仪器很大并且沉重使得它们只能安装在大型实验室中。使用电子源 时也存在类似的问题，因为在这个情况下所要求的尺寸也不是一个容易放 置的设备。因为任何类型的辐射撞击在被检测材料上都具有特性，使用不同类型 的放射源进行调查和分析给出的基本信息是互补的。
发明内容
根据前述，具有良好机动性并具有在任何需要的地点并且无论所需放 射源是什么都可进行检测的设备是很重要的。因为许多分析具有相关特性，也就是其是相对于其他参照测量和参照 样品而进行的，对于本发明所涉及的必需给定优选的方案。
因此，根据优选应用，本发明涉及中子衍射，在本发明中为获得衍射的几何规则在独立于所用的辐射的类型(中子、电子、x-射线等)下被特别考虑。直到现在，辐射热能化器以及限制系统的尺寸使得不能实现带有设备 和控制器的中子衍射仪适于整体设施的移动和运输。所述的创新方面之一是结合折射效应(用于热能化中子)和完全反射效应。其它方面是使用所结合的具有不同特性的放射源并且控制设备在轨道 上移动的可能性，这使得有利于用于诊断和治疗用途的测量。
图l(a)显示基于本发明的设备的自动机械的示意图; 图l(b)显示图l(a)特定细节图2显示定位系统部件的相互位置；图3显示辐照和热能化会聚透镜特定细节。 图4显示基于本发明的装置的示意图。
具体实施例方式描述了一个可移动或运输的设备，所述设备具有可与其它放射源结合 的中子源。这个设备包括一个自动机械系统，所述自动机械系统基于自动 机械可在受控轨道上移动而用于在不同角度下观测来自待检试样的辐射。如上所述，由于来自待检样板的中子辐射束的衍射是本发明的优选应 用，这里做主要详细描述。相对于其它类型的方法中子衍射实际上要求绑定更多实现条件，并包 括使用会聚和热能化系统，这些系统对于其它分析是非必须的。详细描述本发明本发明提供一个可行的多功能设备，其可以用于不同特性的放射以便 于不同或互补的目的(诊断、治疗、修复、烙印等)，由于本发明的设备可 以实现所需要的操作，无论要求在哪里进行，即使在设备的部分上运行。 其优选用作衍射仪，这是因为存在沿受控轨道移动的自动机械替代实验室 衍射仪所使用的传统机械测角仪。这个自动机械系统以及相应的运动使得 实现定义为"虚拟测角仪结构"的仪器结构。图l显示基于本发明的可移动设备，其包括一个移动表面IO，在该表 面上固定有辅助系统10'(例如冷却液容器或发电机、高压发电机、电池等等)。所述表面通过中轴ll连接到搁板12，在其上设有第二搁板13。所述 搁板13可相对于搁板12移动，如图所示沿笛卡尔坐标系(Cartesian axes)的x和y轴方向滑动，所述滑动是通过机械齿轮手动或电控引导 的。轴ll可机械或手动或电动移动；所述轴11可以抬升和降落搁板12。三个自动机械14、 15和16被设于搁板13上。他们可沿受控轨道移 动，从而实现虚拟测角仪并淘汰了这类设备通常所使用的机械测角仪。每个自动机械14、 15和16包括一个底座17和两个臂18和18'，所 述臂通过接头19连接，使得臂18'相对于臂18转动。所述自动机械14, 15和16的底座17可以设有可在搁板13上自由移 动的滚轮并且被电控制，或者可以在同一搁板13的表面上的适当轨道上 滑行。每个自动机械的底座17设有马达可以转动臂18绕轴x和y旋转，此 外接头19设有马达以绕转动轴y和z。在两个外自动机械14, 16的臂18'的末端，(与接头19连接端的相对 端)分别固定有放射源20和探测器21，而在中央自动机械15的同一末端 固定有带对准窗22的定位系统。所述对准窗可设有或不设有伸縮臂以便于接近待测表面而不接触它， 并可以装配有几何参照物(即，线、标记、框架等)以便相对于所述表面精 确定位仪器。这个窗口可以设有适当的覆盖材料以便显示辐射(例如荧光 材料)并且还可以装配有在远端线、罩、框架处发射和探测的装置和用于 溅射覆盖材料的装置。
对准窗22设于相对于放射源20和探测器21中间的位置。在对准窗 内部可以确定为圆的中央26 ，所述圆限定了 "虚拟测角仪"并且包括在其 圆周25上的放射源20和探测器21 。如果优选，所述放射源20、探测器21和对准窗22可通过接头23而 连接到臂18'以绕一个或多个轴x、 y、 z旋转设备，这样虚拟测角仪中心 的半径可以在测量中调整。显而易见的，装置还可装配有控制单元，其可以电脑化，以便控制并 引导前述设备不同部件的所有必要的运动。通过聚毛细管或梯度曲线反射镜或类似设备获得的平行束可以实现更 精确的测量，所述这些设备不是必须的，但是可以有效增加待测样板的辐 射密度。^游虛淑谬/唐汉基于本发明的优选方案，描述了带有虚拟测角仪的衍射仪的工作操 作，其相对于其它设备具有更严格的限制。在传统实验室衍射仪中，或者在基于一个或多个欧拉托架(Euleur cradles)上的可移动衍射仪，组成测角仪的元件是机械限定的。在本专利 情况下机械测角仪的缺失要求实现布拉格衍射(Bragg diffraction)条件(2d sen e=x，其中d格间距,e是衍射线观测角，X是辐射波长)的几何图形清晰和 适当的衍射几何以便测量材料组成(矿物相、化学化合物、有机或无机等) 和/或他们的物理和机械特性(残余应力，结构,微形变等等)。所述几何图形是虚拟测角仪的中心、半径和圆周，不同于传统实验室 或可移动的测角仪，它们不是固定的，而是长度可变。其它几何图形，例如聚焦圈的半径、中心和圆周，衍射面和轴以及其 它类似的均依照已知衍射设置。定位鄉廳资参照图2，定位系统优选包括两个光学激光器LA和LB， 一个照相机 CCD (TC)以及对准窗22，对准窗被限制在照相机的开口 a中，并且中心 26被限制在窗口中，并实际位于被检测表面下。 定位和观测系统使得操作者可以从自动机械末端操作器的视角观测仪 器的工作环境。在手动匹配仪器到分析部分时这是有效的帮助。通过分析位于末端操作器前面的表面的图像，可以个体化检验轴、虚 拟测角仪的中心和轴平面。另外，可以定义放射源与所述中心的距离以及 相对于检测轴的辐照方向。还可以确定赤道面，在该赤道面上虚拟测角仪和聚焦圈被定义；因此，可用定义必须覆盖的设备单一部分的轨道。图2中示意性显示照相机TC和激光器LA、 LB的位置，它们的入射 角|3在待测样板被分析的点上；通常待测样板表面是倾斜的并相对于照相 机的轴成Y角。激光的倾度基于当两个激光与中心26相配时值Z=0。使用三角法因素，可以评估从正交平面的测角仪26的中心到从激光 束在被检测表面入射点穿过的照相机轴的距离Z,, Z2和Z3，可以评估在其 自身表面上的距离和L2。基于这些评估可以相对于前述虚拟测角仪的 其它元件重新定位测量设备。 /柳虛層M舒微中央自动机械15的底座17是坐标系统的初始，该坐标系统被采用以 便使用虚拟测角仪衍射仪。自动机械15底座和所连的臂的运动使得可以找到将被检验的区域的 位置，该区域的坐标通过参考前述系统的原点可以被计算。由对准窗隔离的区域被认为是与聚焦圈成切线的平面的一部分，并属 于被检测的表面。中心26也是与赤道平面垂直的轴上的点。移动承载放射源和相应的臂的自动机械14的底座，可以把自动机械 上合适的部分设置成为带有适当的出射角的放射源点，这个部分在入射光 束到赤道平面的点26 (即测角仪中心)的相切平面的入射角上提供有入射方 向。包括放射源和点26的线位于赤道面上。移动承载着探测器和相应的臂的自动机械的底座，可以这样设置自动 机械--探测点(与探测器21相对应)与放射源和中心26共面； -中心26 (由对准窗22确定)与其它两点等距；这是仅仅在发散束(入射或衍射)的情况下是必须的。在平行束的情况下，这个等距限制具 有很小的相关性。-探测点和the re (如前述)的连线相对于放射源和中心26的连线形成角2e。承载探测器的自动机械16，承载放射源的自动机械14，将根据前述 而被移动。在实现衍射仪时自动机械14、 15和16的相对位置将保持如前 述的布拉格定律确定的条件(2d sen e=nX)。以相对于检测轴相反的方向移动自动机械14和16并调整入射光束的 轴(瞄准轴)以及衍射光束的轴(接受轴)于同一赤道面并与赤道面上的轴和测角仪轴垂直的轴形成顶点相对的角(结构e: e)。当可能时，放射源可以 保持固定，中心26绕测角仪轴成e/2角旋转。这样的得到e:2e的结构。 出于连线确认和校准的目的，角e被选作记录与材料和所用放射的特性一致的反射一旦到达测角仪部分，精确调整将被执行以便达到探测器可采集的最 大放射流量。在这一点处，测量操作开始，所述操作是通过保持承载放射 源的自动机械以及承载对准窗的中央自动机械固定并移动承载探测器的自 动机械在测角仪圆和圆锥外周(德拜圆)上移动。虚搬放射源20可用是粒子源，可与其它电磁辐射源(例如用于衍射、光谱、荧光等的x射线)以及其它相结合。基于本发明的放射源(优选为被热能化或部分热能化的中子源)设有 可以删除带有极端能量值的中子电子滤波器以及可以增加单位辐照面积放 射束密度的会聚透镜。优选的，基于本发明，中子由发生器中产生，在该发生器中小粒子撞击氘标靶引发D+D~>3He+n反应放射出具有适当能量、通量和脉冲宽度的 中子。作为示例可参考下列特性 -中子能量2MeV
-中子通量为108-109n/s-脉冲宽度高于l(Hisec并根据放射源类型而调整。 基于本发明的一个实施例， 一个结合有用于中子的会聚透镜的脉冲源 是优选的。当使用脉冲源，电子滤波器的脉冲宽度将根据脉冲频率的特性而调 整。能量减少(例如热能化到值0.025 eV)以调试中子束到所述的诊断和治 疗目的。好会覆纖基于本发明的优选示例，所谓的热能化可以通过引导从放射源发射出 的中子通过结合总反射和折射过程而到达排出沟道。这两种效果的结合使 得可以获得一个平行束和具有满意通量的热中子以及满足设备用途。中子折射现象由于C.S Schneider (1994诺贝尔奖)的研究而已知，并且 最近通过所谓的"自旋回波小角度中子散射"技术测量到。在单向束中通量 是穿过与其运动垂直的单位表面的中子数目。通过蒙特卡罗模拟式可以获得一个源自填充有折射材料(例如氘、 水、树脂玻璃、聚乙烯纤维等，可还有额外的金属箔片以便偏离和/或吸收 残余快速和/或超热中子)的沟道的中子的评估。可以获得折射和反射元件的结合，这样(适当地安装)使得通量适于 设备用途。图3 (a)显示了本发明的一个示例，其中折射效果(用于热能化中子)是 结合有已知的总反射效果并使得可以建立一个带有会聚透镜(称为ToReRe 透镜)的装置。所述透镜包括由毛细管或聚毛细管纤维或适当结合而成的多层平面 组成的沟道27和一个主沟道28 (可以是个玻璃管)，最终成形在纵向截 面上为具有合适尺寸和大小(例如平均2 cm宽并在纵向截面上调整有20 cm的长度)的钮孔(bottonhole)。这样的管可以填充有中子折射材料(例如 D20, H20)。所述的沟道27可根据梯度曲率半径弯曲。所述曲率半径随沟 道27到透镜(或中央沟道)28的距离而梯度增加。每个这样的沟道中可以填 充由具有增加折射指数的材料以便提高偏离效果。当所述的透镜结合有相
等的设备，排出沟道29则可以被得到，并且透镜的两个扇区30也产生 了。如果需要，所述的含有两个不同扇区30的所述透镜的沟道可以具有 不同的曲率并可以填充有不同折射指数的材料以提高总反射和折射合并效 果。图3 (b)显示"外相"结合ToReRe透镜并组成一个"梯度曲率"透镜的镶嵌。基于应用，扇区30的组合可以被延伸以形成立体、圆锥、棱形或其 它形状的缓冲区，如图3(c)所示。当中子运动方向使其从一个沟道逃逸到另一个沟道时，这样的联合可 以改善在每个界面折射而导致的多重偏差。在界面的折射偏好中子波动运 动，增加其到排出沟道的导向。在实践中，透镜必须考虑两个可能发生的不同情况a) 中子的运动方向包含进入中央沟道捕获角，但是其能量被减弱(热 能化)。b) 中子的方向不能被限制在中央沟道中。所述的中子不得不在与原始 方向不同的方向上被热能化。所述中子从中央沟道出来并遇到含有 增加折射指数材料的沟道。包含在所述材料中的元素具有适当的密 度，作为折射效益的结果可以梯度偏离运动方向(见图3 (b)箭头所示 方向)。由于通过沟道的中子在其轨道上引起少许偏移，材料的折射 指数的变化被达到，该少许偏移偏好波动发现总反射条件的适当方 向。所诱导的在中子运动上的波动以及不同沟道在不同扇区的镶嵌 排列通过结合多重折射以及总反射效应趋向于引导中子朝向排出沟 道。具有梯度曲率的所述镶嵌沟道可被包含在多层框中以避免非校准中子 辐射和/或寄生Y辐射或其它的传播。这个框在图3 (c)标记为32可由金属 箔片和中空制成(例如Pb， Cr， H20, B4C和其它可被用作箔片和中空填充的 材料)在图3(c)中标记为32。
例如，H20, D20和其它的组合，可在排出沟道出口获得25%由中央 沟道捕获的中子。与中子运动轴向少量偏离可用通过中央和排出沟道的梯 度曲率而得到补偿。 一个可通过蒙特卡罗模拟实现的设计导致使用适当的 D20、水、树脂玻璃和其它材料的组合以获得至少0.1%由放射源发射出的 中子的适当的会聚和热能化。这是最小ToReRe透镜效率。对于示例的特 定放射源，所述的效率使得中子通量为105 - 107中子/秒/cm2。透镜的尺寸 限定在l平方米内。鄉器中子探测器优选是由SHe气体计数器制成；其显示出高横截面以及良好的市售性，其另一优点是使用低压发电机。 一批探测器以及相关的探测 控制器可与电子滤波器以及单色仪结合使用。图4显示了本发明一个可能实施例的示意图，其中可见中子发生器 (源)20,辐照透镜31,探测器21,虚拟测角仪圆25,聚焦圈24,对准窗22 ， 其投射在虚拟测角仪26的中央。图4中，设有自动机械并移动放射源20、对准窗22、探测器21的平 面可以被移动并与平面13 (见图l)相对应。壁"e"和"f'是用来限制测量 区域并可被含有适当浓度的硼(用于捕获中子)和碳(用于捕获Y射线)的水填 充。壁"e"可被移动或倾斜以便支撑所有仪器的平台相对于被分析物体来 定位；壁(f)是可移除的以便进行设备和定位调整操作以捕获可能分散的辐 射。为了显示完整，图中还显示了标记为(d)的被分析物体。.使用基于本发明所提供的自动化设备在结合一个"合并的多重方法" 中提供了将观测方法与测量结合和损害修复(诊断和治疗)的可能。例 如，使用带有定位系统"激光-照相机-对准窗"的"辐射-探测"系统，所述的 结合使得可用使用唯一设备以非破坏性的方法实现诊断和治疗操作。这个 "结合和多重"使用可以使得这样的设备被用于诊断目的、故障和/或损害修 复(治疗)目的、甚至是用于修复质量复核目的。例如在使用高能X射线的 情况下可以减少由于机械压力导致的材料裂缝(或损害)。虚拟测角仪结 构使得可以个体化最佳晶向以便修复然后(或者同时)使用不同的放射源
来观察修复效果。还可以使用光学激光源以及覆盖不同电磁波谱范围的 源；还可以使用结合声学放射(声学、超声、次声)或者带电或电中性粒 子辐射。可用使用衍射、光谱、光刻和其它技术。基于同理，还可以使用 可控的材料结构替换，并将其用于烙印和/或标记。另外设备提供一种可能，使用常用交通工具(具有明显优势和多用途 可能)来移动。当中子源、高能X射线、电子或其它破坏性辐射被使用，应该设有适 当的防护罩。在使用X射线、电子和中子的情况下，使用透镜可用减少粒 子穿过立体角柄有利于基于已有材料选择限制壁。
权利要求
1.配置有可与其它放射源结合的中子源的移动式设备包括一个自动机械系统，所述系统在受控轨道上移动，实现从不同位置观测来自移动或固定的被适当辐照的待检样本的辐射。
2. 根据权利要求1所述的设备包括至少一个可在空间的三个方向 上移动的搁板以及在受控轨道上可移动的自动机械，所述自动机械被置 于所述搁板上并可实现虚拟测角仪。
3. 根据权利要求1-2所述的设备包括-被连接到中央轴(ii)的可动表面(io)，可机械、电动或手动移动，并能抬起或降下与其连接的所述第一搁板(12)，在其上设 有第二搁板(13)，所述第二搁板(13)可相对搁板(12)通过手控或 电控的机械齿轮和导轨沿x和y轴方向移动； -三个自动机械(14)、 (15)和(16)沿受控轨道移动并能实现虚拟测 角仪。
4. 根据权利要求3所述的设备，其中所述自动机械(14)、 (15)和(16) 包括一个底座(17)和两个由接头(19)连接的臂(18， 18')，所述接头可用使 得臂(18')相对于臂(18)旋转。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述自动机械(14)、 (15)和(16) 的所述底座(17)设有电控滚轮使其可以在搁板(13)上自由移动或在同一 搁板(13)表面上的适宜导轨上滑动。
6. 根据权利要求4-5所述的设备，其中所述底座(17)设有马达用以 绕轴x和y旋转臂(18)，并且其中接头(19)设有马达用以绕轴x和y旋 转。
7. 根据权利要求l-6所述的设备，在两个外自动机械(14)和(16)的 臂(18')的与接头(19)相连端相对的末端上分别承载有放射源(20)和探测 器(21)，而在中央自动机械(15)的同一末端处承载有带对准窗(22)的定 位系统。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述对准窗(22)设有伸縮臂可 以将其接近待分析表面而无任何直接接触；所述对准窗可设有适当的遮盖材料以显示辐射，还装配有在远端线、罩和框架进行发射和探测的装 置以及用于在表面溅射所述遮盖材料的装置。
9. 根据权利要求7-8所述的设备，其中所述放射源(20)、探测器 (21)和对准窗(22)通过可将这些设备绕一个或多个轴x, y, z旋转的接头 (23)被连接到各自的臂(18')。
10. 根据权利要求7所述的设备，其中所述定位系统包括两个光学 激光器(LA)和(LB)、 一个CCD照相机(TC)以及对准窗(22)。
11. 根据权利要求7所述的设备，其中所述放射源是中子源，所述 中子源可被热能化或部分热能化。
12. 根据权利要求ll所述的设备，其中所述中子源是脉冲源，设有 电子滤波器以去除具有极端能值的中子以及辐射透镜以增加被辐照区域 单位面积放射束的密度。
13. 根据权利要求7所述的设备，其中所述探测器由一个3He气体 计数器组成，可设有单色仪和探测控制器。
14. 根据权利要求1-13所述的设备，设有壁以便限制测量区域；所 述壁可移动或倾斜或可移除以便承载所有与被分析物体相关的设备的平 台(13)的定位。
15. 放射透镜包括沟道(27)， 一个中央沟道(28)和一个排出沟道(29)， 所述沟道(27)由毛细管或纤维聚毛细管或多层适当结合的平面组成， 所述中央沟道填充有中子折射材料。
16. 根据权利要求15所述的透镜，其中所述沟道(27)根据梯度曲率 而弯曲并填充有可增加折射指数的材料；所述增加折射指数基于所述沟 道(27)相对于中央沟道(28)的位置。
17. 根据权利要求15-16所述的透镜，其中所述透镜被再分为扇区， 在所述扇区中沟道具有不同曲率并填充有具有不同折射指数的材料以增 加总反射和折射的结合效果。
18. 根据权利要求15-17所述的透镜，其中所述的扇区为立方形、圆 锥形或棱柱形。19.衍射中子分析方法，其中使用如权利要求1-14所述的设备，所 述设备设有如权利要求15-18所述的透镜，其中-自动机械(15)的底座(17)以及相应的臂被移动以找到将被检测的区域的位置，并且其坐标参照自动机械(15)的底座进行计算； -承载有放射源的自动机械底座和各自的臂被移动以具有一个"源 点"和一个适当的出射角以便提供入射束到在测角仪中心与聚焦圈 相切平面的角；-承载探测器的自动机械底座和相应臂被移动到所述的位置，所述 自动机械因而a) 探测器与放射源以及测角仪中心(26)共面；b) 当在入射和衍射方向上使用发散光束，被对准窗个体化的测角仪 中心(26)与其它两个点等距；c) 探测器和测角仪中心的连线相对于放射源与测角仪中心的连线形成2e角；-承载探测器的自动机械以及承载放射源的自动机械可相对于检测 轴反向移动从而使得瞄准轴和接受轴处于同一赤道面，并与包含在赤道面的轴和与测角仪轴垂直的轴形成顶点相对的角(结构e--通过精细调整以找到探测器可采集的最大辐射；-测量开始保持承载放射源的自动机械以及承载定位系统的自动机械固定；移动带有探测器的自动机械在测角仪圆和圆锥外周(德拜圆)上移动以找到最大强度。
全文摘要
描述了配置有可与其它放射源结合的中子源的移动式设备包括一个自动机械系统，所述系统在受控轨道上移动，实现从不同位置观测来自移动或固定的被适当辐照的待检样本的辐射。
文档编号G01N23/207GK101213442SQ200680024005
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者吉奥瓦尼·博迪 申请人:吉奥瓦尼·博迪