MX2014009790A - Inspeccion con rayos x utilizando detectores de escintilacion acoplados con fibras de desplazamiento de longitud de onda. - Google Patents

Abstract

Un detector y métodos para inspeccionar material sobre la base del escintilador acoplado por medio de una fibra óptica de desplazamiento de longitud de onda a uno o más foto-detectores, con una integración temporal de la señal del foto-detector; un volumen no pixelado del medio de escintilación convierte la energía de radiación penetrante incidente en luz de escintilación que se extrae de una región de extracción de luz de escintilación por medio de una pluralidad de guías de onda ópticas; esta geometría proporciona detectores eficientes y compactos que permiten hasta el momento, geometrías no asequibles para la detección de dispersión de retorno y para la discriminación de energía de radiación incidente; se permiten configuraciones de transmisión de resolución de energía adicionales, como son compensación asimétrica y de desajuste.

Description

INSPECCIÓN CON RAYOS X UTILIZANDO DETECTORES DE ESCINTILACIÓN ACOPLADOS CON FIBRAS DE DESPLAZAMIENTO DE LONGITUD DE ONDA La presente solicitud reclama prioridad de las Solicitudes de Patente Provisionales de E.U.A., Nos. de serie. 61/598,521 y 61/598,576, ambas presentadas el 14 de febrero del 2012 y las Solicitudes de Patente Provisionales de E.U.A., No. de serie 61/607,066 presentada el 6 de marzo del 2012, todas las solicitudes se incorporan a la presente por referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a detectores de escintilación acoplados con fibra y a métodos para su fabricación, y a sistemas y métodos de inspección con rayos x que emplean detectores de escintilación acoplados con fibra para la detección eficiente de rayos X.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los detectores de escintilación acoplados con fibra de radiación y partículas se han empleado durante el transcurso de los últimos 30 años. En algunos casos, el escintilador es pixelado, lo que consiste en elementos de escintilador discretos, y en otros casos, se utilizan otras estratagemas (tal como fibras acoplamiento ortogonalmente cruzadas) con el fin de proporcionar resolución espacial. Los ejemplos de detectores de escintilación acoplados con fibras se proporcionan en la Patente de E.U.A. Nos. 6,078,052 (para DiFilippo) y 7,326,9933 (para Katagiri et al.), ambas de las cuales se incorporan a la presente por referencia. Los detectores descritos ambos por DiFilippo y Katagiri et al. emplean fibras de desplazamientos de longitud de onda (WSF, por sus siglas en inglés) de manera que la luz que se vuelve a emitir por el material de núcleo de la fibra se pueda conducir, con baja atenuación, a foto-detectores que se colocan en una ubicación conveniente, con frecuencia distante de su propio escintilador. La resolución espacial tiene un valor particular en aplicaciones tales como formación de imágenes de neutrones. La resolución espacial es también primordial en el Telescopio Espacial de Gran Área de Fermi (anteriormente conocido como GLAST) en donde un detector de escintilación segmentado de gran eficiencia emplea lectura de WSF para la detección de rayos cósmicos de energía elevada, como se describe en Moiseev, et al, High efficiency plástic scintillator detector with wavelenght-shifting fiber readout for the GLAST Large Area Telescope, Nucí, Instr. eth. Ph s. Res A, vol, 583 pp. 372-81 (2007), que se incorpora a la presente por referencia.

Debido a los contextos en donde los detectores de escintilador acoplados con fibra se han empleado hasta la fecha, todos los detectores de escintilador acoplados con fibra conocidos tienen pulsos contados producidos por interacciones individuales de partículas (fotones o partículas masivas) con el escintilador, permitiendo de este modo que la energía depositada por la partícula incidente se determine con base en el flujo acumulativo de luz que el escintilador vuelve a emitir.

Los requisitos de detección de sistemas de inspección de dispersión de retorno de rayos X, sin embargo, son completamente diferentes de los requerimientos abordados por los detectores de escintilación acoplados con fibra existentes. Los sistemas de inspección con rayos x de dispersión de retorno se han utilizado durante más de 25 años para detectar materiales orgánicos ocultos dentro de equipajes, contenedores de carga, en vehículos y en personas. Ya que los materiales orgánicos a granel preferiblemente dispersan los rayos x (por medio de dispersión de Compton) en lugar de absorberlos, estos materiales aparecen como objetos más brillantes en las imágenes de dispersión de retorno. En tanto que los rayos x incidentes se dispersan en todas las direcciones, la sensibilidad supera por mucho la resolución espacial como un requisito, y en la mayoría de las aplicaciones de dispersión, la resolución espacial del detector no preocupa en absoluto, ya que la resolución es regida por el haz incidente más que por detección.

Los requisitos de detección especializados de gran área y alta sensibilidad presentados por los sistemas de dispersión de rayos x son particularmente molestos en el caso de detectores de escintilación "convencionales" 100 del tipo que se muestra en una sección transversal lateral en la figura 1A y en una sección transversal frontal en la figura 1 B. Un ejemplo de dicho detector se describe en la Patente de E.U.A. No. 5,302,817 (para Yokota) y se incorpora en la presente por referencia. Normalmente, una caja hermética a la luz 02 se alinea con las pantallas de escintilación 103 en donde la radiación de rayos x incidente 101 se convierte en luz de escintilación, normalmente en UV, longitud de onda, visible o más larga, porciones del especio electromagnético (EM, por sus siglas en inglés). Los tubos de fotomultiplicador (PMTs, por sus siglas en inglés) con gran área de fotocátodos 105 se acoplan para recibir luz de escintilación por medio de orificios 108. Un problema se encuentra en que una fracción de la luz de escintilación que se origina dentro de la pantalla se transmite desde la pantalla en el volumen encerrado. El resto de la luz de escintilación se pierde en el material de la pantalla. Las pantallas de escintilación 103 se diseñan para aumentar al máximo la fracción de la luz emitida, que es equivalente a asegurar un gran coeficiente de transmisión T para la interfaz entre la pantalla 103 y el medio (normalmente aire) que llena el volumen del detector. Sin embargo, en un detector de dispersión de retorno convencional del tipo que se muestra en las figuras 1A y 1 B, las pantallas de escintilación 103 también deben servir como buenos reflectores porque la luz de escintilación, una vez emitida en el volumen de la caja 102, normalmente necesita múltiples reflexiones hasta que alcanza un foto-detector 105. De esta manera, el coeficiente de reflexión R en la superficie de la pantalla también debe ser grande, sin embargo, ya que la suma de T y R se limita para ser unidad, tanto T como R no se pueden aumentar al máximo de manera simultánea, y debe encontrarse un equilibrio. Como resultado, la eficiencia de recolección de luz del detector de dispersión de retorno convencional es inherentemente baja, con solo un poco por ciento de la luz de escintilación generada recolectada en los foto-detectores.

Para un detector de formación de imágenes, el ruido estadístico de fotones, se calcula en términos de los fotones absorbidos por el detector y utilizados para generar la imagen. Cualesquiera fotones que pasan a través del detector sin ser absorbidos, o incluso aquellos que son absorbidos sin generar información de imágenes, se desechan y no contribuyen a la reducción de ruido en la imagen. Ya que los fotones no se pueden subdividir, representan el nivel cuántico fundamental de un sistema. Es de práctica común, calcular el ruido estadístico en términos del número más chico de cuanta utilizados para representar la imagen en cualquier lugar a lo largo de la cadena de formación de imágenes. El punto a lo largo de la cadena de formación de imágenes en donde se utilizan los números de cuanta más bajos para representar la imagen, se denomina un "disipador cuántico". El nivel de ruido en el disipador cuántico determina el límite de ruido del sistema de formación de imágenes. Sin incrementar el número de portadores de información (es decir, cuanta) en el disipador cuántico, no se puede mejorar el límite de ruido del sistema. Una deficiente recolección de luz puede crear posiblemente un disipador cuántico secundario, que se dice limitará la fracción de los rayos x incidentes que resultan en la corriente de los PMT. Además, incrementará el ruido de la imagen. La eficiencia de la recolección de luz se puede mejorar al incrementar el área sensible de los foto-detectores, sin embargo, el camino a la eficiencia es costoso.

La estructura de la pantalla de escintilación normalmente empleada en los detectores de escintilación de rayos x de la técnica anterior ahora se describe con referencia a la figura 2. Una capa del escintilador compuesto 202 se intercala entre una lámina posterior 204 para soporte estructural y una película protectora transparente y delgada 206 que se compone de poliéster, por ejemplo. El escintilador compuesto consiste normalmente en cristales inorgánicos de micro tamaño en una matriz orgánica o resina. Los cristales son el material de escintilación actual. El fluoro-cloruro de bario (BaFCI o "BFC") u oxisulfuro de gadolinio (Gd202S, o "Gadox") dopados con elementos de tierra rara son elecciones comunes para esto. El poder de detención de la pantalla se determina por el espesor de la capa del escintilador compuesto 202, que normalmente se mide en miligramos del cristal del escintilador por área unitaria. Ya que los escintiladores inorgánicos (tales como BFC o Gadox) sufren de elevada auto-absorción, la capa del escintilador compuesto tiene que mantenerse bastante delgada con el fin de extraer una buena fracción de la luz de escintilación. Esto limita el poder de detención útil de la pantalla y la hace adecuada solo para la detección de rayos x con energías de hasta aproximadamente 100 keV.

Por lo tanto, puede ser ventajoso tener un detector de escintilación para aplicaciones de detección de dispersión de rayos x que proporcione extracción, recolección y detección más eficientes de luz de escintilación.

Como se discutió brevemente al principio, las fibras de desplazamiento de longitud de onda (WSF) se han empleado durante mucho tiempo para detección de escintilación. Las fibras de desplazamiento de longitud de onda consisten en un núcleo con índice de refracción relativamente alto, rodeado por una o más capas de recubrimiento de índice de refracción inferior. El núcleo contiene material de desplazamiento de longitud de onda, también mencionado como colorante. La luz de escintilación que entra a la fibra se absorbe por el colorante que, a su vez, emite luz con una longitud de onda más grande. La luz de longitud de onda más grande se emite isotrópicamente en el material de fibra. La reflexión interna total atrapa una fracción de esa luz y la conduce sobre distancias grandes con pérdida relativamente baja. Esto es posible, como se describe con referencia a la figura 3, porque las escalas de longitud de onda de absorción 304 y de emisión 302 del colorante no se traslapan efectivamente de manera que la luz desplazada de longitud de onda no se vuelve a absorber. La fracción capturada se determina por la relación de los índices de refracción en las superficies de la fibra. Una ventaja adicional de las WSF es que el desplazamiento de la longitud de onda puede poner a la luz de escintilación 306 en la escala de longitud de onda sensible del foto-detector (PMT, fotomultiplicador de silicio, (SiPM), o Contador de Fotones de Píxeles Múltiples (MPPC, por sus siglas en inglés), o de otra manera).

Las estructuras del escintilador se ha producido utilizando muchas tecnologías de fabricación, incluyendo, por ejemplo, fundición a presión, moldeo por inyección (como lo describe Yoshimura et al., Plástic scintillator produced by the injection-molding technique, Nucí. Instr. Meth. Phvs. Res. A. vol. 406, pp 435-41 (1998) y extrusión (como se describe en la Patente de E.U.A. No. 7,067,079, para Bross, et al.,) cuyas referencias se incorporan en la presente por referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con varias modalidades de la presente invención, se proporcionan sistemas y métodos que aplican detectores de escintilación acoplados con fibras, a los problemas en inspección con rayos X de transmisión y dispersión de retorno.

Para comodidad de anotación, un detector de escintilación acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de onda se puede mencionar en la presente como un detector de "Sc-WSF".

En una primera modalidad de la presente invención, se proporciona un detector de radiación penetrante que tiene un volumen no pixelado del medio de escintilación para convertir la energía de radiación penetrante incidente en luz de escintilación. El detector tiene múltiples guías de onda ópticas, alineadas sustancialmente en paralelo entre sí sobre una región de extracción de luz de escintilación que es contigua con el volumen no pixelado del medio de escintilación. Las guías de onda ópticas guían la luz derivada de la luz de escintilación a un foto-detector para detectar fotones guiados por las guías de onda y para generar una señal del detector.

En otras modalidades de la presente invención, el detector también puede tener un circuito de integración para integrar la señal del detector durante un lapso especificado de tiempo.

En una modalidad alternativa de la invención, se proporciona un detector de radiación penetrante que tiene un volumen de medio de escintilacion para convertir la energía de la radiación penetrante incidente en luz de escintilacion y una pluralidad de guías de onda ópticas, alineadas sustancialmente en paralelo entre sí sobre una región de extracción de luz de escintilacion contigua con el volumen del medio de escintilacion. Las guías de onda ópticas guían la luz derivada de la luz de escintilacion a un foto-detector que genera una señal del detector. Finalmente, un circuito de integración para integrar la señal del detector durante un lapso especificado de tiempo.

En modalidades adicionales de la invención, las guías de onda ópticas en los detectores anteriores se pueden adaptar para el desplazamiento de longitud de onda de la luz de escintilacion y, más particularmente, pueden ser fibras ópticas de desplazamiento de longitud de onda. El medio de escintilacion puede incluir un haluro mezclado con bario dopado con lantánido tal como fluorocloruro de bario. El foto-detector puede incluir un fotomultiplicador.

En incluso modalidades adicionales de la invención, el cuadrado del espesor de cualquiera de los detectores anteriores, dividido entre el área del detector, puede ser menor a 0.001. Por lo menos una de la pluralidad de guías de onda puede carecer de recubrimientos y el medio de escintilación se puede caracterizar por un índice de refracción del valor más bajo que un índice de refracción que caracteriza la guía de onda. Las guías de onda ópticas se pueden colocar en múltiples planos paralelos, cada uno de los planos paralelos contiene un subconjunto de la pluralidad de guías de onda ópticas.

En otras modalidades de la invención, el detector puede tener una pluralidad de capas del medio escintilador encontradas sucesivamente por un haz incidente, y las capas se pueden caracterizar por sensibilidades espectrales diferentes al haz incidente. Las capas alternas del escintilador pueden incluir Li6F:ZnS(Ag) alternando con por lo menos uno de BaFCI(Eu) acoplado con fibras y BaFI(Eu) acoplado con fibras. Una primera de la pluralidad de capas del medio escintilador puede ser un detector acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de ondas preferiblemente sensible a rayos X de energía más baja y una última de la pluralidad de capas del medio escintilador puede ser un escintilador de plástico.

Los segmentos del medio escintilador se pueden colocar en un plano transversal a la dirección de propagación de un haz incidente, y se pueden acoplar de forma diferente a foto-detectores por medio de fibras ópticas.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un método para fabricar un detector de escintilación, el método comprende extrudir una cubierta de material de escintilación alrededor de una guía de onda óptica, y, en una modalidad particular, la guía de onda óptica es una fibra óptica de desplazamiento de longitud de onda.

En una modalidad alternativa, un método para detectar radiación de rayos X dispersos tiene los pasos de: a. proporcionar un detector caracterizado por una pluralidad de segmentos de lectura individual; y b. sumar una señal desde un subconjunto de los segmentos de lectura individual, en donde el subconjunto se selecciona en una base de señal-a-ruido relativa.

En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para detectar radiación de rayos x dispersos. El método tiene los pasos de: a. proporcionar un detector caracterizado por una pluralidad de segmentos de lectura individual; y b. sumar una señal desde un subconjunto de los segmentos de lectura individual, en donde el subconjunto se selecciona con base en una posición conocida de un haz de iluminación primario.

Se proporciona un sistema de inspección con rayos x móvil de acuerdo con otra modalidad. El sistema de inspección tiene una fuente de radiación de rayos x que se coloca en un transporte que tiene una plataforma y miembros que hacen contacto con el suelo y, un detector de escintilacion acoplado con fibras desplegado fuera del transporte durante la operación de inspección para detectar los rayos x que han interactuado con el objeto inspeccionado.

El sistema de inspección con rayos x móvil también puede tener un detector de toldo de escintilación acoplado con fibras desplegado por arriba del objeto inspeccionado durante el transcurso de la inspección, y el detector de toldo se puede deslizar hacia afuera de un techo del transporte antes de la operación de inspección. También puede haber un detector de faldón desplegado por debajo de la plataforma del transporte, y un detector de techo para la detección de espacios superiores al transporte, como también segmentos del detector de escintilador acoplado con fibra sustancialmente horizontal y sustancialmente vertical. Los segmentos del detector de escintilador acoplado con fibra sustancialmente horizontal y sustancialmente vertical se puede formar en una estructura integral.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para detectar la radiación incidente en el aparato, el aparato comprende: a. una pluralidad de aspas de colimación activas sustancialmente paralelas que comprenden detectores de escintilación acoplados con fibras de desplazamiento de longitud de onda sensibles a la radiación para generar por lo menos una primera señal de detección; b. un detector de área amplia posterior para detectar la radiación que pasa entre las aspas de colimación activas sustancialmente paralelas de la pluralidad de aspas de colimación activas y generar una segunda señal de detección; y c. un procesador para recibir y procesar la primera y segunda señales de detección.

De acuerdo con una modalidad alternativa de la invención, se proporciona un sistema de inspección de formación de imágenes de arriba a bajo para inspeccionar un objeto que se coloca en una superficie subyacente. El sistema de inspección de formación de imágenes de arriba a abajo tiene una fuente de rayos x que se dirigen sustancialmente hacia abajo y una disposición del detector lineal que se coloca dentro una saliente por arriba de la superficie subyacente. La disposición del detector lineal puede incluir detectores de escintilación acoplados con fibras de desplazamiento de longitud de onda.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema de inspección con rayos x para inspeccionar un lado inferior de un vehículo. El sistema de inspección con rayos x tiene una fuente de rayos x dirigidos sustancialmente hacia arriba acoplados a un chasis y un detector de escintilador acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de onda que se coloca en el chasis para detectar los rayos x dispersos por el vehículo y por los objetos ocultos bajo o dentro del vehículo. El chasis se puede adaptar para ser maniobrado bajo el vehículo por al menos un motor y un control manual.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características anteriores de la invención se entenderán con más facilidad por referencia a la siguiente descripción detallada, que se toma con referencia los dibujos anexos, en donde: Las figuras 1A y 1 B muestran vistas en sección transversal laterales y frontales, respectivamente de un detector de escintilación de la técnica anterior de "tipo caja".

La figura 2 es una vista esquemática de una pantalla del escintilador de la técnica anterior.

La figura 3 muestra relaciones espectrales entre la luz de escintilación y los espectros típicos de absorción y emisión de fibras de desplazamiento de longitud de onda.

La figura 4 es una vista esquemática en perspectiva de una disposición de las fibras de desplazamiento de longitud de onda intercaladas entre el material de escintilador, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 5 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de las fibras de desplazamiento de longitud de onda incrustadas dentro de una matriz de material de escintilador, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 6A es una vista en perspectiva de un escintilador cilindrico extrudido alrededor de una WSF, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 6B en un dibujo esquemático de un sistema para extrudir un escintilador cilindrico alrededor de una WSF, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 6C es una vista en sección transversal de un extrusor para co-extrudir un escintilador cilindrico con una WSF, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 7 es una sección transversal esquemática de un detector de escintilación con múltiples filas de WSF, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 8 es una vista superior de un detector de escintilación acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de onda de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 9 muestra detectores de dispersión de retorno de techo y faldón, almacenados de acuerdo con las modalidades de la presente invención, mientras que la figura 10 muestra los mismos detectores desplegados durante el transcurso de las operaciones de inspección.

La figura 1 1 muestra un detector de toldo y un detector de faldón para usarse con un sistema de inspección de dispersión de retorno de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La figura 12 es una vista esquemática en sección transversal de una pila de capas del escintilador para usarse con un detector de transmisión de rayos x de energía elevada, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las figuras 13A y 13B muestran un detector de transmisión estratificado dentro de un reductor de velocidad alto de de 5.08 cm, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, mientras que la figura 13C muestra una sección transversal del ensamble del detector insertado en la estructura del reductor de velocidad.

La figura 14A muestra una vista en perspectiva de un detector de transmisión de rayos x segmentado para medición de la distribución de la intensidad detectada a través del ancho de un haz de rayos X, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, mientras que las figuras 14B y 14C muestran una sección transversal final y un perfil de haz típico del detector de la figura 14A.

La figura 15 es una vista en sección transversal de un detector de escintilación con resolución de energía múltiple, de acuerdo con una modalidad de presente invención.

La figura 16 muestra un detector de escintilación de capas múltiples para la detección tanto de rayos x como de neutrones térmicos, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 17 muestra una vista en perspectiva de un detector con colimadores activos.

Las figuras 18A y 18B muestran vistas en perspectiva y en sección transversal de un detector de WSF utilizado como un colimador activo de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y las figuras 18C y 18D muestran una disposición con lecturas independientes separadas por un absorbedor de rayos x hermético a la luz para distinguir la radiación que choca con cada cara, de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención.

Las figuras 19A y 19B muestran detectores múltiples plegados hacia afuera de un escáner portátil, en condiciones almacenadas y desplegadas, respectivamente, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las figuras 20A y 20B muestran una unidad de dispersión de retorno que, en virtud de los detectores de Sc-WSF de acuerdo con la presente invención, se puede deslizar bajo un vehículo para inspección bajo el chasis.

Las figuras 21 A y 2 B muestran el. uso de una combinación en ángulo recto de los detectores con base en la tecnología de Sc-WSF en conjunto con un sistema de inspección móvil y de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo con las modalidades de la presente invención, el acoplamiento óptico del material de escintilador a las guías de onda ópticas y más particularmente, a las fibras de desplazamiento de longitud de onda, de manera ventajosa permite los objetivos que incluyen aquellas características propias a las demandas de detección de dispersión de rayos X.

Definiciones: El término "imagen" se debe referir a cualquier representación unidimensional o multidimensional, ya sea en forma tangible o de otra forma perceptible, o de otra forma, por lo cual un valor de algunas características (tales como la intensidad transmitida fraccional a través de una columna de un objeto inspeccionado cruzado por un haz incidente, en el caso de formación de imágenes de transmisión de rayos X) se relaciona con cada una de la pluralidad de ubicaciones (o vectores en un espacio euclidiano, normalmente R2) que corresponde a las coordenadas dimensionales de un objeto en un espacio físico, aunque no necesariamente mapeadas una a una en el mismo.

Una imagen puede comprender una disposición de números en una memoria de computadora o medio holográfico, de igual manera, "la formación de imágenes", se refiere a la representación de una característica física establecida en términos de una o más imágenes.

Los términos de relación espacial, tales como "arriba", "abajo", "superior", "inferior" y similares, se pueden utilizar para facilidad de descripción para describir la relación de un elemento con otro, como se muestra en las figuras. Se debe entender que dichos términos de relación espacial pretenden abarcar las diferentes orientaciones del aparato en uso u operación además de la orientación descrita y/o mostrada en las figuras.

En donde un elemento se describe como "sobre", "conectado a" o "acoplado a " otro elemento, puede estar directamente sobre, conectado o acoplado a otro elemento o de forma alternativa, uno o más elementos intermedios pueden estar presentes, a menos que se especifique de otra manera.

La terminología utilizada en la presente tiene el propósito de describir modalidades particulares y no pretende ser limitativa. Las formas en singular "un", "una", y "el/la" pretenden incluir también las formas en plural.

Detectores de WSF Con relación, primero, a la figura 4, en una modalidad de la invención, una capa de fibras de desplazamiento de longitud de onda paralelas cercanamente separadas 400 se intercala entre las dos capas 403 de la pantalla de escintilacion compuesta. El material preferido del escintilador es fluorocloruro de bario dopado con europio (BaFCI:Eu), aunque otros escintiladores, tales como BaFI:Eu u otros haluros mezclados con bario dopados con lantánidos (incluyendo, por medio de ejemplo adicional, BaBrLEu y BaCsLEu), se pueden utilizar dentro del alcance de la presente invención. Ya que los materiales del escintilador empleados para la detección de rayos x normalmente exhiben auto-absorción muy fuerte de los fotones de escintilacion, las modalidades de acuerdo con la presente invención permiten de manera ventajosa, que se utilicen volúmenes inusualmente grandes de escintilador 403 mientras que aún se acopla de manera eficiente a la señal de escintilacion.

Una ventaja de utilizar la pantalla de escintilacion compuesta en la presente solicitud es que permite fabricación por extrusión de un detector de escintilacion acoplado con fibras.

El escintilador compuesto 403 se soporta de manera estructural por las capas exteriores 404 de plástico, u otro material, proporcionando soporte mecánico. El contacto óptico entre el recubrimiento de la fibra 401 y el escintilador compuesto 403 se establece por el llenado de los vacíos con material de compatibilidad de los índices 405 de un índice de refracción adecuado que es transparente a la luz de escintilación. El índice de refracción del material de relleno se elige para optimizar la recolección de fotones de luz primaria en la WSF y la captura de los fotones desplazados con longitud de onda en la fibra. El matenal de relleno 405 puede ser grasa óptica o epoxi óptico, por ejemplo aunque cualquier material está dentro del alcance de la presente invención.

Tras la incidencia de los fotones de rayos x, la luz de escintilación emitida por el escintilador 403 se acopla por medio del recubrimiento 401 en el núcleo 407 de las fibras respectivas, desplazadas hacia abajo en frecuencia (es decir , desplazadas al rojo) y propagadas a uno o más foto-detectores 805 (que se muestran en la figura 8, por ejemplo). La luz desde los núcleos de las fibras 407 se convierte en una corriente por medio del foto-detector 805, y la corriente se integra durante un intervalo de tiempo, normalmente en la escala de 1 a 12 ps, para obtener la fuerza de la señal para cada píxel. La integración de la señal del detector se puede realizar por medio de un circuito de integración (no se muestra), tal como un pre-amplificador de integración, por ejemplo.

Con relación ahora a la figura 5, las fibras de desplazamiento de longitud de onda 400 se incrustan en la matriz de la pantalla de escintilación 503. La incrustación de la WSF en el medio de escintilación crea el mejor contacto óptico.

En incluso otra modalidad de la invención, que se describe ahora con referencia a la figura 6A, el material de escintilador compuesto 603 se aplica como un recubrimiento o cubierta alrededor de una WSF 601 con el núcleo 602. Esta aplicación conduce por sí misma a un procedimiento de fabricación de tipo extrusión y permite hacer el uso más efectivo de material costoso del escintilador 603. El material de escintilador 603 se sella con una capa protectora 604 que también actúa como un reflector para la luz de escintilación. Dentro del alcance de la presente invención, el recubrimiento se puede omitir cuando el escintilador tiene un índice más bajo de refracción que la fibra y el enlace del escintilador-fibra tiene la suavidad y dureza necesarias.

Una fibra óptica de polímero de desplazamiento de longitud de onda se puede fabricar, de acuerdo con una modalidad de la invención que ahora se describe con referencia al sistema esquemático que se muestra en la figura 6B. Las fuentes de la fusión de polímero de WSF 606, fusión de polímero de recubrimiento con un bajo índice de refracción 608 y la fusión de polímero ópticamente transparente incrustada con fósforo 610, todas bajo presión, se alimentan en un troquel de co-extrusión 612 dentro de la zona de extrusión 614, y se co-extruyen. El gas seco 61 1 , tal como aire seco o nitrógeno, por ejemplo, se rocía en la fibra extrudida para enfriamiento. La fusión de polímero con un pigmento reflectante de luz (tal como ???2, por ejemplo) 616 se alimenta bajo presión en un troquel de extrusión 618 para una camisa que refleja la luz sobre la WSF revestida del escintilador 613. La WSF cargada del escintilador resultante 620 se enrolla para almacenamiento por medio de una bobinadora 622. La figura 6C muestra una vista en sección transversal de un sistema de co-extrusión, para usarse de acuerdo con las modalidades de la presente invención, para la fabricación de una WSF revestido del escintilador. La fusión de polímero de la WSF 606 se inyecta, junto con la fusión de polímero de recubrimiento con bajo índice de refracción 608 y la fusión de polímero ópticamente transparente incrustada con fósforo 610, en un troquel de co-extrusión 612. La fusión de polímero con pigmento que refleja la luz 616 se alimenta bajo presión en un troquel de extrusión 618. La fibra completada tiene un núcleo de WSF 602, un recubrimiento de bajo índice 601 , un recubrimiento cargado del escintilador 603 y un revestimiento reflectante 604.

Para todas las modalidades de un detector de escintilación de acuerdo con la presente invención, es ventajoso que el espesor del material de escintilador se optimice para la energía de la radiación que se va a detectar. El diseño debe asegurar una recolección de luz suficiente para evitar una disipación cuántica secundaria. En particular, las modalidades de la invención descritas en la presente proporcionan detectores de ligereza extraordinaria con respecto a su área.

Definiciones: Para propósitos de la presente descripción, y en cualquiera de las reivindicaciones anexas, el término "espesor", como se aplica al detector de escintilación, debe representar la extensión media del detector en una dimensión a lo largo, o paralela a, un centroide del campo de visión del detector. El término área, como se aplica a un detector, o, equivalentemente, el término "área activa" se debe referir al tamaño del detector medido en un plano transversal al centroide de todos los vectores de propagación de radiación dentro del campo de visión del detector.

Las modalidades de la presente invención, incluso aquellas con hasta 8 capas de WSF, tienen relaciones del cuadrado del espesor del detector al área del detector activa que son menores a 0.001. Por ejemplo, un detector de 8 capas con un área de 121.92 cm X 30.48 cm, tiene un espesor no mayor que 1.27 cm, de manera que la relación del cuadrado del espesor al área del detector es 0.0005. Esta relación de espesor-cuadrado-a- área normalmente es un orden de magnitud o más, menor que la relación comparable para los detectores de dispersión de retorno en donde la luz del escintilador es directamente detectada por un foto-detector.

De acuerdo con una modalidad adicional de la invención que se muestra en la figura 7, el poder de detención útil del detector se puede incrementar al combinar capas múltiples 701 , 702 de WSF 400 (u otras guias de onda ópticas incrementando así la profundidad del material de escintilador 403 a lo largo de la trayectoria de la radiación incidente.

Una modalidad de un detector de escintilador de desplazamiento de longitud de onda de acuerdo con la presente invención se muestra en la figura 8. Las fibras de desplazamiento de longitud de onda 801 se incrustan dentro del material de escintilador 803, acoplando luz y desplazándose hacia abajo en frecuencia para la detección por medio de tubos fotomultiplicadores 805.

De acuerdo con varias de las modalidades hasta ahora descritas, los extremos de las WSF se agrupan y se acoplan de manera óptica a por lo menos un foto-detector. Los ejemplos de los foto-detectores adecuados incluyen PMTs y fotomultiplicadores de silicio (SiPMs).

Las ventajas del detector, cuya invención se describe en la presente, incluyen la eficiencia de la detección y el bajo perfil geométrico de implementación. Esto permite mayor libertad en el diseño del sistema de detección y hace completamente posibles las aplicaciones nuevas y restringidas en cuanto al espacio. La flexibilidad mecánica de la estructura del detector permite formar la superficie del detector para conformarse a la aplicación, tal como una implementación en donde un objeto representado por una imagen es rodeado por el volumen del detector. El bajo perfil también lo hace relativamente fácil de orientar y proteger el área del detector en formas para reducir al mínimo la detección de la radiación de dispersión no deseada (interferencia) desde un sistema de formación de imágenes de rayos x cercano.

La extracción de luz de escintilación sobre una región grande del escintilador permite a los detectores una gran relación de aspecto de ancho a profundidad. En particular, los detectores que subtienden ángulos espaciales de 0.1 sr o más, se facilitan por las modalidades de la presente invención.

En un sistema de formación de imágenes de rayos x de dispersión de retorno típico, un haz filiforme de rayos x escanea un objetivo representado por una imagen en un movimiento lineal, mientras que los detectores de radiación alargada se colocan en ambos lados de una abertura de salida de una fuente de rayos x. A medida que se mueve el haz filiforme, el área del detector más cercana al haz normalmente recibirá la señal más fuerte y el área del detector lejos del haz, menos. Si el área del detector se segmenta en secciones de lectura individual, la relación de señal a ruido del sistema de detección puede mejorar al solamente leer los segmentos con una buena relación de señal a ruido y abandonando los segmentos que podrían contribuir predominantemente con el ruido a la señal sumada. La selección para contribuir con los segmentos del detector se puede hace con base en la señal actualmente detectada o con base en la posición conocida del haz filiforme.

Ventajas de la fabricación del escintilador por medio de extrusión El proceso de extrusión o "revestimiento automatizado", que se describió anteriormente con referencia a las figuras 6A a 6C está en completo contraste con lo métodos típicos del material de escintilación policristalino establecido, tal como BaFCI(Eu) en un respaldo plano. El método de extrusión para fabricar las fibras de desplazamiento de ondas individuales revestidas con un espesor uniforme del escintilador, como se enseñó arriba, produce fibras que se pueden perfilar de manera que las restricciones en la forma de un detector de Sc-WSF se rijan principalmente por el requerimiento de una captura completa en la fibra por medio de una reflexión interna total. El concepto de fibras de acoplamiento revestidas de manera uniforme da una mayor libertad al diseño de los detectores de dispersión de retorno (BX), especialmente detectores montados en robots y portátiles, en donde el espacio es valioso.

Detectores despleqables para incrementar la eficiencia geométrica de los rayos x dispersos Algunos de los sistemas de rayos x móviles, como los que se describieron, por ejemplo, en la patente de E.U.A. Nos. 5,764,683 para Swift, et al., y 7,099,434, para Chalmers et al., ambas de las cuales se incorporan a la presente por referencia, utilizan el método de rayos x dispersos en retorno (BX) para inspeccionar coches o camiones desde un lado. Lo anterior utiliza detectores desplegados fuera de un transporte durante la operación, por lo que lo último utiliza un área del detector completamente contenida dentro de un confinamiento, principalmente el revestimiento de un transporte. Ambos utilizan detectores de gran área para aumentar al máximo la eficiencia para detectar los rayos x dispersos. La cobertura del detector de dispersión de retorno del área en el caso de un producto de acuerdo con las enseñanzas de la patente '434 de Chalmers cubre el orden de 1 .84 metros cuadrados de la superficie interior de un confinamiento que se orienta hacia el objetivo. Esta área del detector oculta tiene una eficiencia geométrica relativamente deficiente para recolectar la radiación dispersa desde objetivos bajos o altos.

El perfil geométrico intrínsecamente profundo de dichos detectores, necesario para captura directa de la luz de escintilación por medio de fotomultiplicadores, es adverso para el despliegue fuera de la camioneta.

Definiciones: Como se utiliza en la presente, y en cualquiera de las reivindicaciones anexas, el término "detector de gran área" se refiere a cualquier detector individual, o cualquier módulo del detector, que subtienda un ángulo de abertura de por lo menos 30° en cada una de las dos direcciones transversales ortogonales como se observa desde un punto en un objeto que se somete a inspección, equivalentemente, caracterizado por un ángulo espacial de por lo menos p estereorradianes.

Un "transporte" puede ser cualquier dispositivo caracterizado por una plataforma que se origina en los miembros que hacen contacto con el suelo tal como ruedas, pistas, bandas de rodadura, patines, etc. que se utilizan para transportar equipo de una ubicación a otra.

Un detector de Sc-WSF, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, hace práctico el almacenamiento discreto de los detectores de gran área que se pueden desplegar rápidamente fuera de la camioneta en posiciones que mejoran sustancialmente la eficiencia de detección.

Con relación ahora a la figura 9, el detector de toldo de Sc-WSF de gran área 1101 se muestra en una posición de trinca, almacenada en el techo de una camioneta de inspección de dispersión de retorno 1 103, y un detector de faldón delgado 1 105 se muestra en una posición de trinca por arriba de una rueda de la camioneta de inspección de dispersión de retorno. En la figura 10, tanto los detectores de techo como de faldón se muestran desplegados para incrementar el ángulo sólido para detectar objetivos más altos y más bajos, respectivamente; el detector de toldo se despliega por arriba de un objeto inspeccionado durante el transcurso de la inspección, mientras que el detector de faldón se despliega, por lo menos en parte, por debajo de la plataforma del transporte. En otra modalidad de la invención, que se describe con referencia a la figura 1 1 , un detector de toldo 1301 se puede desplegar para objetivos cercanos y bajos, tal como para detección de contrabando en un camión o en el borde opuesto de un coche 1303. El detector de toldo 1301 se puede deslizar fuera de un techo del transporte antes de la operación de inspección. La figura 1 1 también muestra el despliegue de los detectores de faldón de Sc-WSF 1 105 utilizados para examinar de manera eficiente las llantas, alojamiento para ruedas y el interior de vehículos cerrados.

Detectores de energía doble o de energía múltiple para detección de transmisión de haces filiformes de rayos x de escaneo El escaneo de haces filiformes de rayos x no solo revela los objetos interiores al analizar la radiación dispersa en retorno, sino que en algunas aplicaciones, puede obtener información adicional por medio del análisis simultáneo de transmisión (TX) y radiación dispersa hacia adelante (FX). Los detectores de TX y FX no necesitan ser segmentados ya que el área en sección transversal del haz filiforme, junto con el tiempo de integración de la señal, define el tamaño del píxel. Además, los detectores de TX y FX solo necesitan ser detectores de energía total, ya que, en la mayoría de las aplicaciones, el flujo de los rayos x de TX o FX es demasiado elevado para conteo de pulsos. Las pantallas de escintilación son los detectores tradicionales para dichas aplicaciones de haces de escaneo. Los detectores de Sc-WSF extienden sustancialmente la escala de aplicaciones de los detectores de escintilación de TX y FX presentes, como lo aclaran los siguientes ejemplos.

TX para haces de rayos x hasta por lo menos 250 keV La eficiencia de absorción de las pantallas de escintilación tradicionales, hechas, por ejemplo de BaFCI(Eu) o Gadox, cae por debajo del 50% para las energías de rayos x por arriba de - 80 keV. El punto del 50% para dos capas es de aproximadamente 100 keV. Por medio de distinción, el detector de Sc-WSF se puede hacer con más de dos capas de escintiladores sin incrementar sustancialmente el perfil del detector. Un detector de Sc-WSF efectivo en cuanto a costo, con 4 capas, se puede utilizar para TX con haces de rayos x de escaneo generados por un tubo de rayos x de 140 keV estándar. Un detector de capas múltiples tal como un detector de 9 capas, como se muestra en la figura 12, y se designa generalmente con el número 1400 puede ser altamente efectivo para detectar rayos x 1402 emitidos por un tubo de rayos x de 255 keV estándar (no se muestra), tal como el que se utiliza en la inspección con rayos x de los vehículos a través de entradas. Se muestran las capas 1404 del material de escintilador y las fibras de WSF 1406 que se acoplan a los foto-detectores 1408.

Detector de TX transportable para el generador de imágenes de arriba a abajo en inspección de entrada de tres lados El perfil delgado del detector de transmisión de capas múltiples (TX) hace práctico un detector de transmisión (TX) al principio de la carretera. Las figuras 13A y 13B muestran dicho detector dentro de un reductor de velocidad alto de 5.08 cm 1 131 lo suficientemente fuerte para soportar un trailer de tractor totalmente cargado, y que no requiere excavación del suelo para el despliegue. La fuente 1 132 de radiación penetrante emite haz en abanico 1134 incidente en un ensamble del detector lineal 1 135 dentro de la estructura 1 136 del reductor de velocidad 1 131 o una saliente similar por arriba de una superficie subyacente. El ensamble del detector 1 135 incluye segmentos del material de escintilador 1 137 separado por las aspas 1 138 de un número atómico alto. Como se describió anteriormente, por ejemplo con referencia a la figura 4, la luz de escintilación se acopla a los foto-detectores por medio de fibras ópticas de desplazamiento de longitud de onda 1 139.

Detector de TX segmentado para determinar el perfil de intensidad del haz de escaneo Con relación ahora a las figuras 14A y 14B, un detector de transmisión segmentada, que se designan por lo general con el número 1 141 , se muestra para medir un perfil de intensidad de haz de escaneo de rayos x incidentes 1 143. Una alineación del detector de Sc-WSF 1141 (que se utiliza para transmisión) con el plano de una haz filiforme de escaneo presenta un desafío importante cuando el detector de TX se despliega para un sistema de seguridad móvil. La figura 14B muestra una sección transversal de un detector de Sc-WSF vertical 1141 (de otra forma mencionado en la presente, cuando sea apropiado, como un "detector de transmisión" o "detector de TX") con lectura independiente de las fibras 1 145 de las WSFs, que proporciona los medios para medir de forma simultánea tanto la intensidad transmitida de cada píxel como la distribución lineal a través del ancho del haz para determinar su posición centroide. Las fibras 1145 se enrutan en grupos 1147 a foto-detectores individuales 1 149 tal como PMTs. La distribución de la intensidad se puede extender fuera para obtener la intensidad dispersa hacia adelante, que contiene información útil para el material de dispersión, y da un medida de la radiación dispersa hacia adentro que se cuenta como intensidad de Transmisión.

La posición relativa del plano del detector y el plano de los rayos x de escaneo se puede controlar de forma automática. El detector para este concepto se muestra esquemáticamente en la figura 14A. Una superficie de reflexión 1 148 se puede proporcionar en el extremo del detector 1 141 distal a los foto-detectores 1 149.

Con un canal de datos individual para una señal de transmisión, la resolución espacial a lo largo de la dirección de tráfico (transversal a un haz de rayos x de iluminación en forma de abanico) se determina por la más pequeña de las siguientes dos dimensiones: el ancho del área del detector sensible o el tamaño de haz a través del detector de TX. (Para propósitos heurísticos, el caso del submuestreo no se considera en esta descripción). La resolución espacial se puede mejorar, sin embargo, al hacer más angosta el área del detector sensible, como se describe ahora con referencia a la figura 14C. De acuerdo con las modalidades de la presente invención, la resolución espacial a través de la dirección de tráfico (a lo largo de la línea del detector) se mejora al emplear detectores múltiples de una disposición del detector 1450 relacionada con una pluralidad de canales (A, B, C en la figura 14C) y entrelazando sus áreas sensibles. La separación del patrón de entrelazado depende del ancho del haz a lo largo del detector. De manera ideal, la separación (es decir, el espacio ente los dos detectores 1451 y 1454 relacionado con un canal individual "A") tiene que ser lo suficientemente grande de manera que los dos segmentos del detector del mismo canal de detección no reciban la radiación directa desde al haz al mismo tiempo. El perfil de intensidad del haz se muestra por el número 1456. Para propósitos prácticos el requerimiento no es tan estricto, ya que es aceptable alguna cantidad de interferencia entre los píxeles. Las imágenes resultantes múltiples necesitan ser entrelazadas, empleando cualquier método, incluyendo métodos bien conocidos en la técnica, para crear una imagen de resolución más alta. Cabe señalar que la mejora de la resolución espacial en el detector es a expensas del flujo y de este modo, se limita por las consideraciones de señal a ruido.

Otra configuración dentro del alcance de la presente invención incluye una combinación del detector vertical 1 141 que se muestra en la figura 14A con un detector camino horizontal 1 135 de la figura 13B para formar un detector en forma de L que se configura y se alinea fácilmente de manera ventajosa.

En incluso otra modalidad de la invención, una disposición del detector de transmisión 1450 (a pesar de la orientación geométrica, si es vertical, horizontal, en forma de L, etc.) se segmenta en una pluralidad de unidades; tal como B, C y A de la figura 14C. Como se muestra, el perfil del haz 1456 es simétrico con respecto a B y A de manera que la relación de las intensidades medidas es la unidad. Si, por cualquier razón, cambia la alineación, la relación cambia dramáticamente. Si la alineación se inclina a media que un haz filiforme de rayos x de iluminación se escanea hacia arriba y hacia abajo, el cambio en la relación de B/A mide la asimetría y el desplazamiento lateral. Los datos recolectados luego se pueden corregir para dicho desplazamiento en una base de línea por línea.

Detectores de TX de energía múltiple y de energía doble para identificación de material Separar las señales desde las capas frontal y posterior de los escintiladores permite que la capa frontal dé una medida del componente de baja energía de cada píxel mientras que la capa posterior da una medida de los componentes de energía elevada. Colocar un capa de un material absorbente entre los escintiladores frontales y posteriores es una forma estándar para mejorar la diferencia entre los componentes de baja energía y de energía elevada, y que se hace fácilmente con un detector de Sc-WSF.

El detector de Sc-WSF hace práctico un detector de energía doble que consiste en una capa de Sc-WSF, tal como BaFCI-WSF en la parte superior de un detector de escintilador de plástico; el BaFCI es sensible a los rayos x de baja energía y no a los rayos x de energía elevada, mientras que el detector de plástico es sensible a los rayos x de energía elevada y muy insensible a los rayos x de baja energía.

Un discriminador de material alternativo y potencialmente más efectivo se puede hacer al utilizar más de dos capas independientes de Sc-WSF, con lecturas separadas para cada capa. Un absorbedor pasivo, tal como un espesor apropiado de cobre, se puede insertar después de que el Sc-WSF superior mejora la aplicación de energía doble, como se practica con los detectores segmentados. Alternativamente, el escintilador medio se puede utilizar como una capa de absorción activa. La medición de los tres parámetros independientes permite que uno obtenga una medida tanto del número atómico promedio de los materiales cruzados como también del grado de endurecimiento del haz. El Sc-WSF se puede extender adicionalmente para obtener más de tres valores de energía para cada píxel, el límite son las incertidumbres estadísticas, que incrementan con el número de componentes.

El detector 1400 que se muestra en la figura 12 es un ejemplo extremo de dicho detector.

Una aplicación importante de TX de energía doble es para escáneres de personal de rayos x en terminales de aeropuertos. Proporcionar imágenes de TX simultáneamente con BX ha probado ser útil para inspección. Agregar energía doble a las imágenes de TX ha sido impractico hasta ahora principalmente debido a las restricciones de tamaño impuestas por los detectores convencionales. El Sc-WSF elimina aquellas restricciones y promete mejorar significativamente el rendimiento, ya que múltiples detectores, con diferentes sensibilidades de energía se pueden apilar, como se muestra en la figura 15, en donde un detector de energía doble (o múltiple) 1500 incluye un detector de Sc-WSF 1508, sensible a un componente de energía más baja de rayos x incidentes 1501 , que se colocan en una parte frontal de un bloque del escintilador de plástico 1502 que es sensible a los rayos x de energía más alta. El detector de Sc-WSF 1508 contiene un escintilador 1504 que se obtiene por dos capas de fibras WS 1506.

Detector de radiación compacta de radiación gamma y de neutrones El método de Sc-WSF hace práctico un monitor económico, ligero en cuanto a peso y pequeño de rayos gamma y neutrones 1601. BaFCI(Eu)-WSF es muy sensible a radiación gamma mientras que es insensible a neutrones, mientras que Li6F:ZnS(Ag)-WSF es insensible a rayos gamma y muy sensible para la detección de neutrones térmicos. La figura 16 muestra un sándwich "Dagwood" de capas múltiples que consiste en una o más capas 1602 de BaFCI(Eu), obtenidas por un foto-detector individual (no se muestra) por medio de fibras ópticas 1604, y una o más capas 1606 de Li6F:ZnS(Ag)-WSF, obtenidas por un segundo foro-detector independiente (no se muestra) con los elementos activos ocupando un espesor de no más de uno o dos centímetros. Una capa apropiada de moderador de neutrones 1612, tal como polietileno, se puede colocar en cualquier lado de Li6F:ZnS(Ag)-WSF para mejorar la eficiencia para detectar neutrones. La lámina ópticamente reflectante 1608 tal como lámina de aluminio, confina la escintilación a las regiones respectivas del detector.

La Solicitud de Patente de E.U.A. No de serie 13/163,854 (para Rothschild), que se titula "Detector with Active Collimators" y que se incorpora a la presente por referencia, describe un módulo del detector de dispersión de retorno 30 que incrementa la profundidad de inspección al distinguir la dispersión desde el campo cercano y lejano de los objetos inspeccionados, como se muestra en la figura 17. El ángulo de un conjunto de aspas de colimación activa 31 puede ajustarse ya sea una vez en la fábrica o se puede fijar a cualquier tipo de dispositivo electro-mecánico proporcionado para ajustarías de forma dinámica, dependiendo del tipo y/o distancia del objeto que se va a escanear. La luz de escintilación de las aspas de colimación se detecta por medio de uno o más foto-detectores (por ejemplo, por medio de PMTs 32 que se localizan en la parte superior e inferior del compartimiento frontal del detector). Un compartimiento posterior 36 del detector se aisla ópticamente desde un compartimiento frontal 35 por medio de un deflector de luz 34 y la luz de escintilación de los rayos x detectados en el compartimiento posterior 36 se recolectan por medio de un segundo conjunto de uno más foto-detectores (por ejemplo, PMTs 37 montados en la cara posterior del detector. El compartimiento posterior se puede alinear con la pantalla de fósforo de escintilación, por ejemplo, o, en otras modalidades de la invención, puede contener un escintilador de plástico o líquido.

Una adición útil para una unidad de dispersión de retorno estándar puede ser un colimador de "persiana veneciana" hecho de un escintilador. Las tiras interceptan la radiación que no entra directamente a través de los espacios entre las tiras de manera que los detectores de la caja detectan preferiblemente objetos interiores más profundos. Los colimadores activos registran la radiación rechazada. La luz de los colimadores activos se detecta por medio de los PMTs, cuya eficiencia de recolección disminuye rápidamente a medida que disminuye el espacio entre los colimadores. Reemplazar los PMTs y las aspas del escintilador con aspas que consisten en detectores de Sc-WSF resuelve los inconvenientes principales y hace prácticos los colimadores de persiana veneciana. En primer lugar, la recolección de luz es independiente del ancho del espacio entre las aspas. En segundo lugar, el área activa de los PMTs o fotomultiplicadores de silicio utilizados para recolectar la luz desde los colimadores activos es generalmente mucho menor que el área activa de los PMTs necesarios, de manera que el costo de los foto-detectores es menor. En tercer lugar, la colocación del foto-detector al final de los grupos de WSF no es crítica para la eficiencia de la recolección de luz. En cuarto lugar, las señales desde los WSFs desde cada tira se pueden procesar de forma independiente, dando un alcance considerable para aumentar al máximo la información sobre el interior del objeto inspeccionado. En quinto lugar, la luz de las pantallas delgadas del escintilador en la parte frontal y posterior de cada aspa se puede recolectar por medio de WSFs independientes, lo que puede mejorar significativamente la discriminación de la profundidad.

Las figuras 18C y 18D muestran (en perspectiva y en sección transversal, respectivamente) un colimador de WSF activo 181 sensible a los rayos x que chocan desde cualquier lado del escintilador. La luz de escintilación de ambas regiones del escintilador 182 se acoplan a foto-detectores por medio de fibras ópticas con desplazamiento de ondas 183. Las figuras 18A y 18B muestran (en perspectiva y en sección transversal, respectivamente) un colimador de WSF activo 185 con lecturas independientes 187 que se separan por un absorbedor de rayos x hermético a la luz 189 para distinguir la radiación que golpea cada cara. Por ejemplo, cada colimador 185 puede consistir, en una modalidad, de dos capas de los detectores de Sc-WSF 182, cada uno con una densidad de área de 60 mg de BaFCI:Eu por cm2. El absorbedor de rayos x hermético a la luz 189 puede consistir en una capa delgada de estaño, que también proporciona soporte estructural.

Detectores para sistemas de inspección de mini-dispersión de retorno La delgadez de los detectores de Sc-WSF proporciona un potencial único para aplicaciones en donde el peso bajo y el poder son los impulsores. Con relación a las figuras 19A y 19B, un sistema de formación de imágenes portátil 193 es un ejemplo de dicha aplicación. Los requerimientos de poder, tiempo de inspección y calidad de la imagen, todos se ven afectados por el ángulo sólido de detección. Un detector tradicional con, por ejemplo, un sección transversal de 10 cm x 10 cm (100 cm2), pesa aproximadamente medio kilogramo. Un cubo de 10 cm de Sc--WSF, que no pesa más del doble, se puede hacer de detectores de 10 cm x 10 cm de Sc-WSF individuales, cada uno con un espesor de menos de 5 mm, que se pueden desplegar para presentar un área de detección de dispersión de retorno de por lo menos 2,000 cm2, un incremento de veinte veces en este ejemplo. La cobertura de detección adicional puede hacer un orden de mejora de magnitud en el rendimiento del sistema portátil.

El perfil delgado de los detectores de Sc-WSF descrito en la presente, proporciona detectores perfilados con ajuste en espacios ajustados. Por ejemplo, los detectores se pueden adaptar para escáneres de personal restringidos para ajustarse en espacios restringidos de inspección en aeropuertos.

Las figuras 19A y 19B muestran un ejemplo en donde cuatro detectores 191 se pliegan o se deslizan hacia afuera del escáner portátil 193 para incrementar de manera sustancial la eficiencia de detección, especialmente para artículos ocultos más profundos en el objeto que se va a inspeccionar. Los detectores de dispersión de retorno 195 colocan a ambos lados el haz de irradiación 197.

Inspección de dispersión de retorno del lado inferior de los vehículos fijos La inspección del lado inferior de los vehículos por medio un sistema de dispersión de retorno de rayos x portátil presenta problemas especiales. La altura libre por debajo del chasis de los autos no es mayor a 20.32 cm y puede ser de menos de 15.24 cm. Los sistemas de inspección fijos, tal como entradas, pueden colocar un detector en el suelo o como se describió anteriormente, se pueden colocar en el suelo, utilizando Sc-WSF. Sin embargo, los sistemas de inspección móviles debajo del vehículo, que son necesarios para seguridad en muchas áreas, nunca se han desarrollado. Los inspectores que dependen de las herramientas de inspección pasiva, tal como espejos y cámaras, que pierden contrabando en el tanque de gasolina o se camuflan para parecer inofensivos.

Los detectores de Sc-WSF hacen práctico un sistema de dispersión de retorno de rayos x que no tiene más de 15.24 cm de altura. Un bosquejo de un sistema práctico ahora se describe con referencia a las figuras 20A y 20B. La fuente de rayos x consiste en un escáner electromagnético 221 de una haz de electrones a través de un ánodo. El escáner electromagnético 221 es impulsado por el módulo del dispositivo electrónico 223. Los rayos x se coliman por una disposición lineal de aberturas 225 que abarcan, por ejemplo 76.2 cm de lado inferior en un paso. Los detectores de Sc-WSF 227 se montan en cada lado del tubo de rayos x para detectar los rayos x 236 dispersos en retorno de un vehículo 229. Los suministros de poder, pulso y procesadores de imágenes se pueden montar de forma apropiada. El chasis 234 de la unidad de inspección 230 en las ruedas 232 se puede adaptar para ser maniobrado desde abajo de un vehículo 229 por medio de un motor o control manual.

Inspección de transmisión móvil con segmentos de disposición del detector en forma de L De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un sistema de inspección móvil, generalmente designado con el número 240, ahora se describe con referencia a las figuras 21 A y 21 B. Una fuente de radiación penetrante (no se muestra, y se describe en la presente, sin limitación, en términos de rayos x) se transporta dentro de una unidad de inspección móvil 241 , que, normalmente, es capaz de movimiento bajo su propio poder, aunque también se puede remolcar o de otra forma transportar, dentro del alcance de la presente invención. Un haz 242 de radiación penetrante se emite desde la unidad de inspección móvil 241 , ya sea como una haz filiforme barrido o como un haz en abanico, en cualquier caso emitido en el plano que se designa como el haz representante 242 en la figura 21 A. El objeto inspeccionado 244, que puede ser un vehículo como se muestra, o de otra forma (tal como una carga arrastrada), cruza el haz 242 durante el transcurso de la inspección, y, en el curso del recorrido, pasa sobre la unidad del detector en forma de L integral 245, como ahora se describe. La unidad del detector 245 tiene un segmento horizontal 246 y un segmento vertical 247, como se indica en la figura 21 B.

Cada uno de los segmentos horizontal y vertical 246 y 247 de la unidad del detector en forma de L 245 puede estar comprendido de capas múltiples paralelas 249 que proporcionan resolución de energía doble o más generalmente, múltiple de rayos x detectados, para proporcionar identificación de material, como se describió anteriormente con referencia a la figura 12. Adicionalmente, el segmento de disposición del detector vertical 247 puede tener múltiples segmentos del detector 248 en una dirección transversal a la dirección del haz 242 y sustancialmente a lo largo de la dirección del movimiento relativo entre el objeto inspeccionado 244 y el haz 242 para proporcionar una indicación de asimetría o desplazamiento lateral de los detectores con respecto al haz, como se describió anteriormente con referencia a las figuras 14A a 14C. La unidad del detector en forma de L integral 245 se puede transportar a un sitio de inspección a bordo de la unidad de inspección móvil 241 o en un trailer remolcado o de otra forma anexo 250 y se puede ensamblar, en parte, tras el despliegue en el sitio de inspección. Los auxiliares de alineación complementaria tal como láser de alineación 251 se puede emplear para establecer la posición y orientación apropiadas de la unidad del detector 245 con respecto a la unidad de inspección móvil 241 y el haz 242.

En donde los ejemplos presentados en la presente impliquen combinaciones específicas de las acciones de los métodos o elementos del sistema, se debe entender que aquellas acciones y aquellos elementos se pueden combinar en otras formas para lograr los mismos objetivos de la detección de rayos x. Adicionalmente, las características individuales del dispositivo pueden cumplir los requerimientos de los elementos nombrados por separado de una reivindicación. Las modalidades de la invención que se describieron en la presente pretenden ser meramente ejemplares; las variaciones y modificaciones serán evidentes por los expertos en la técnica. Dichas variaciones y modificaciones pretenden estar dentro del alcance de la presente invención como se define en cualquiera de las reivindicaciones anexas.

Claims (32)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un detector de rayos x caracterizado por un espesor y un área, el detector de rayos x comprende: a. un volumen no pixelado del medio de escintilación para convertir la energía de la radiación de rayos x incidente en luz de escintilación; b. una pluralidad de guías de onda ópticas, alineadas sustancialmente en paralelo entre sí sobre una región de extracción de luz de escintilación contigua con el volumen no pixelado del medio de escintilación, para guiar la luz derivada desde la luz de escintilación; y c. un foto-detector para detectar los fotones guiados por la pluralidad de guías de onda y para generar una señal del detector indicativa de un flujo incidente de rayos x.

2. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente un circuito de integración para integrar la señal del detector por un lapso especificado de tiempo.

3. - Un detector de rayos x de radiación penetrante caracterizado por un espesor y un área, el detector comprende: a. un volumen del medio de escintilación para convertir la energía de radiación penetrante incidente en luz de escintilación; b. una pluralidad de guías de onda ópticas, alineadas sustancialmente en paralelo entre sí sobre una región de extracción de luz de escintilación contigua con el volumen del medio de escintilación, para guiar la luz derivada desde la luz de escintilación; c. un foto-detector para detectar los fotones guiados por la pluralidad de guías de onda y para generar una señal del detector; y d. un circuito de integración para integrar la señal del detector por un lapso especificado de tiempo.

4.- El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque la pluralidad de guías de onda ópticas se adaptan para desplazamiento de longitud de onda de la luz de escintilación.

5. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque la pluralidad de guías de onda ópticas son fibras ópticas de desplazamiento de longitud de onda.

6. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque el medio de escintilación incluye un haluro mezclado con bario dopado con lantánido.

7.- El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque el medio de escintilación incluye fluorocloruro de bario.

8 - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque el foto-detector incluye un fotomultiplicador.

9.- El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque el cuadrado del espesor del detector dividido entre el área del detector es menor que 0.001.

10. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque por lo menos una de la pluralidad de guías de onda carece del recubrimiento y el medio de escintilación se caracteriza por un índice de refracción de valor más bajo que un índice de refracción que caracteriza la guía de onda.

1 1. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque la pluralidad de guías de onda ópticas se coloca en múltiples planos paralelos, cada uno de los planos paralelos contiene un subconjunto de la pluralidad de guías de onda ópticas.

12.- El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende adicionalmente una pluralidad de capas del medio escintilador encontradas sucesivamente por un haz incidente.

13. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la pluralidad de capas del medio escintilador se caracterizan por diferentes sensibilidades espectrales al haz incidente.

14. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque las capas alternas del escintilador incluyen Li6F:ZnS(Ag) alternando con por lo menos uno de BaFCI(Eu) acoplado con fibras y BaFI(Eu) acoplado con fibras.

15. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque una primera de la pluralidad de capas del medio escintilador es un detector acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de onda preferiblemente sensible a rayos x de baja energía y una última de la pluralidad de capas del medio escintilador es un escintilador de plástico.

16. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente una pluralidad de segmentos del medio escintilador colocados en un plano transversal a la dirección de propagación de un haz incidente.

17. - El detector de rayos x de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la pluralidad de segmentos del medio escintilador se acoplan de manera distinta a los foto-detectores por medio de las fibras ópticas.

18. - Un método para fabricar un detector de escintilación, el método comprende extrudir una cubierta del material de escintilación alrededor de una guía de onda óptica.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la guía de onda óptica es una fibra óptica de desplazamiento de longitud de onda.

20. - Un método para detectar radiación de rayos x dispersos, el método comprende: a. proporcionar un detector caracterizado por una pluralidad de segmentos de lectura individual; y b. sumar una señal desde un subconjunto de los segmentos de lectura individual, en donde el subconjunto se selecciona sobre la base de señal-a-ruido relativa.

21. - Un método para detectar la radiación de rayos x dispersos, el método comprende: a. proporcionar un detector caracterizado por una pluralidad de segmentos de lectura individual; y b. sumar una señal desde un subconjunto de los segmentos de lectura individual, en donde el subconjunto se selecciona sobre la base de una posición conocida de un haz de iluminación primario.

22 - Un sistema de inspección con rayos x móvil para inspeccionar un objeto inspeccionado, el sistema de inspección con rayos x móvil comprende: a. una fuente de radiación de rayos x colocada en un transporte que tiene una plataforma y miembros que hacen contacto con el suelo; y b. un detector de escintilacion acoplado con fibras desplegado fuera del transporte durante la operación de inspección para detectar los rayos x que han interactuado con el objeto inspeccionado.

23. - El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente un detector de toldo de escintilacion acoplado con fibras desplegado por arriba del objeto inspeccionado durante un transcurso de la inspección.

24. - El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el detector de toldo se desliza fuera de un techo del transporte antes de la operación de inspección.

25. - El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente un detector de faldón desplegado por debajo de la plataforma del transporte.

26. - El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente un detector de techo para la detección de espacios superiores a los del transporte.

27. - El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende adicionalmente segmentos del detector de escintilador acoplado con fibras sustancialmente horizontal y sustancialmente vertical.

28.- El sistema de inspección con rayos x móvil de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque los segmentos del detector de escintilador acoplado con fibras sustancialmente horizontal y sustancialmente vertical se forman en una estructura integral.

29.- Un aparato para detectar rayos x incidentes en el aparato, el aparato comprende: a. una pluralidad de aspas de colimación activa sustancialmente paralelas que comprende detectores de escintilación acoplados con fibras de desplazamiento de longitud de onda sensibles a la radiación para generar por lo menos una primera señal de detección; b. un detector de área amplia posterior para detectar la radiación de rayos x que pasa entre las aspas de colimación activa sustancialmente paralelas de la pluralidad de aspas del colimador activo y generar una segunda señal de detección; y c. un procesador para recibir y procesar la primera y segunda señales de detección.

30 - Un sistema de inspección de formación de imágenes de arriba a abajo para inspeccionar un objeto colocado en una superficie subyacente, el sistema de inspección de formación de imágenes de arriba a abajo comprende: a. una fuente de rayos x que se dirigen sustancialmente hacia abajo y b. una disposición de detector lineal que se coloca dentro de una saliente por arriba de la superficie subyacente, en donde la disposición de detector lineal incluye detectores de escintilación acoplados con fibras de desplazamiento de longitud de onda.

31. - Un sistema de inspección con rayos x para inspeccionar un lado inferior de un vehículo, el sistema de inspección de rayos x comprende: a. una fuente de rayos x que se dirigen sustancialmente hacia arriba acoplada a un chasis; y b. un detector de escintilador acoplado con fibras de desplazamiento de longitud de onda dispuesto sobre el chasis para detectar rayos x dispersos por el vehículo y por objetos escondidos bajo o dentro del vehículo.

32. - El sistema de inspección con rayos x de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque el chasis está adaptado para maniobrarse bajo el vehículo por al menos uno de control motorizado y manual.