Рентгеновский досмотровый аппарат. Как он устроен? Общее устройство.⁠⁠

Давно прошли те времена, когда основным источником излучения были радиоизотопы (кобальт-60), а основным средством регистрации - фотоплёнка. Теперь и детекторы цифровые, и источники безопасные, и дозы мизерные. И всё реже можно слышать "за снимком приходите послезавтра".

Будучи сотрудником завода, разрабатывающего рентгеновское оборудование для разных сфер применений, решил поделиться с честным народом принципами работы и устройством этих шайтан-машин. Работаю как раз в отделе, занимающимся проектированием новых изделий. В этом посте я не буду затрагивать медицинские установки, принцип их работы в чём-то схож, в чём-то отличен. А разговор пойдёт о досмотровых системах. Маленькие, большие и очень большие - все схожи. Планирую сделать в трёх частях: общее устройство, принципы получения рентгеновского излучения и принципы его детектирования.

Этот малыш для рюкзаков и сумочек. Их по очевидным причинам называют "багажки". Такие вы можете увидеть в общественных местах: метро, входы в аэропорты, вокзалы. Энергия кванта до 100кэв (килоэлектронвольт).

А вот такая дура уже погабаритнее. Их берут в основном для установки на сортировочных пунктах багажа. Энергия кванта до 200кэв.

Дальше - портальные системы. Боди-сканер, он же бодик. Этот аппарат может отсканировать вашу тушку с двух проекций. Энергия кванта до 160кэв.

А этот сделает то же самое с легковым автомобилем, либо с небольшим грузовичком типа газели. Энергия кванта до 200кэв.

А эта чудо-штука уже просветит морской контейнер (или до 350мм стали). Их называют каргосканами, либо просто "каргой". Энергии вплоть до 7,5Мэв. А в нём для экономии места стоит передвижная рентгенлаборатория.

Что это за кэвы и Мэвы? А это, дорогой читатель, тот параметр, который обуславливает глубину прострела и не только. Но об этом будет во втором посте.
Как же всё это работает? Обратися к схеме ниже:

И для наглядности выпотрошенная "багажка" с дополненной реальностью курильщика:

Из источника исходит веер рентгеновского излучения. Он имеет небольшую ширину - единицы миллиметров. Если быть более точным - то он по ширине равен ширине пикселя детектора, но об этом в третьей части. И через этот веер протягивается исследуемый объект. Там он "нарезается", будто ножом, на множество линий, из которых и складывается изображение. В секунду могут быть сотни и тысячи срезов. Объект затеняет часть излучения, поглощая его. Часть из поглощённого перейдёт в теплоту, часть переизлучится в виде квантов меньшей энергии и так по кругу. Чем ниже энергия кванта, чем больше атомный номер элемента, через который пролетело излучение и чем больше толщина материала - тем "глубже" тень. В простейшем случае мы получим простое монохромное изображение, как на тех самых снимках ваших переломов, только без участия фотоплёнки. Однако, если поиграться с законами физики, то можно получить бонус: определение типа материала! Думаю многие видели вот такие раскрашенные картинки:

Источник изображения: https://www.militaryaerospace.com/rf-analog/article/16715141...

Взял картинку из интернета, т.к. у себя на компе наглядных не нашёл.
Так вот. Подсветка разным цветом - это выделение предметов, которые для рентгена имеют различную, так сказать, плотность. Дело в том, что различные химические элементы поглощают низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие излучения по-разному. И зависит это в первом приближении от атомного номера элемента - чем он тяжелее, тем меньше пройдёт низкоэнергетической составляющей - квантам просто не хватит силушек пробиться через, например, свинец. А вот через органикау - легко.
Что же для этого нужно сделать с аппаратом? На самом деле немно: заставить генератор пулять поочерёдно на высокой и на низкой энергиях, либо в детектор поставить два типа сенсоров - одни более чувствительные к высокой, вторые к низкой. И по соотношению определять (с определённой погрешность), из чего же сделан предмет:  сталь, свинец, медяха, люмидрий, пластик и т.д. Дело в том, что при настройке генератора на энергию, задаётся лишь её максимальный уровень. А на самом деле там валит в потоке всё - от минимума до максимума. Этакиая мешанина из квантов всех возможных энергий.

Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы. Система с двойным детектором будет дороже и сложнее, будет более требовательной к мгновенной пропускной способности по данным, однако позволяет быстрее провести сканирование и повышает точность оного, что особенно ощутимо при использовании с большим потоком объектов, как на входе в аэропорт.
В то же время те же контейнеры не обязаельно нарезать на милиметровые "слайсы", можно пожертвовать пространственным разрешением. В этом случае можно удешевить систему, перейдя на метод управления энергией генератора.

Как всегда нужен баланс стоимости и целесообразности.

Думаю, что этот вводный пост можно закончить. В следующем будем рассматривать виды источников излучения, которые применяются в таких установках, как происходит генерация излучения, какие его основные параметры и на что они влияют, рассмотрим внутреннее устройство рентгеновского генератора и отличия генератора для "багажки" от генератора для "карги". Ждать недолго )

PS
Нет, я не свечусь ночью
Нет, волосы не выпадают
Нет, остаточной радиации от этих установок не остаётся.