Самодельный рентгеновский сканер

В аэропортах всего мира для досмотра пассажиров и багажа применяются рентгеновское сканеры обратного рассеяния (англ. Backscatter X-ray scanner ^[1]). Это тот самый аппарат, который в свое время вызвал ряд скандалов из-за того, что «раздевает» людей.

Американский самоделкин Бен Краснов (Ben Krasnow) собрал действующую модель такого сканера из деталей, купленных на ebay (авторское описание ^[2]). Вот пример изображения, полученного Беном:

Вы ведь узнали, что это?

Правильно, это индейка в рождественском свитере:

К тому же, она пыталась пронести внутри себя гаечный ключ, который был легко обнаружен сканером.

Принцип работы

В отличие от досмотровых систем первого поколения и медицинских рентген-аппаратов, сканеры обратного рассеяния регистрирует излучение не прошедшее сквозь объект, а отраженное от него. Обратное рассеяние рентгеновских лучей обусловлено, в первую очередь, эффектом Комптона ^[3]. В то время как просвечивающие сканеры позволяют получить лишь распределение плотности вещества, установки обратного рассеяния способны различать состав материала, в том числе органического.

Сканер состоит из рентгеновской трубки с устройством развертки (на фото — посередине), детектора рентгеновского излучения (слева) и блоков питания (справа).

Источник излучения

Источником рентгеновских лучей служит вот такая трубка:

Работает она следующим образом: электроны, испускаемые катодом (справа), ускоряются сильным электрическим полем и попадают в массивный анод (слева). При резком торможении в материале анода, электроны генерируют рентгеновское излучение ^[4]. За счет скошенной поверхности анода излучение отражается в сторону и покидает пределы трубки. Для питания трубки нужен высоковольтный источник на несколько десятков киловольт.

Трубка помещена в металлический корпус с узкой выходной щелью. Напртив щели находится диск-коллиматор с маленькими отверстием, который делает из широкого пучка излучения тонкий луч.

Во время работы установки диск вращается двигателем, и луч перемещается по горизонтали, прочерчивая строку за строкой. Развертка по вертикали осуществляется путем поворота вокруг горизонтальной оси трубки вместе с корпусом и диском. Пока это выполняется вручную, но конструкция предусматривает установку второго мотора.

Детектор

Детектор состоит из люминесцентного экрана и фотоэлектронного умножителя ^[5] (ФЭУ) в непрозрачном корпусе.

Под действием рентгеновского излучения, рассеянного объектом, экран начинает светиться. ФЭУ преобразует этот свет в электрический сигнал. Сигнал с ФЭУ усиливается простейшим усилителем и подается на осциллограф, на вход управления яркостью (Z-вход).

Горизонтальная развертка осциллографа синхронизирована с вращением коллиматора, таким образом, на осциллографе видна одна строка изображения.

Устройство вертикального отклонения пучка снабжено потенциометром, сигнал с которого поступает на Y-вход осциллографа. Таким образом, при отклонении рентгеновского луча вверх-вниз, строка на экране осциллографа перемещается соответствующим образом. Для составления полной картинки из отдельных строк Бен просто фотографирует экран осциллографа с длинной выдержкой.

Изображение получается не очень четкое, зашумленное, но в нем явно угадываются контуры объекта и контрастные элементы внутренней структуры (например, гаечный ключ в индейке).

Видео

Бен рассказывает про свою установку и демонстрирует ее в работе:

Рассказ про рентгеновский детектор и фотоумножитель:

Автор: Ocelot

Источник ^[6]