Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Рентгеновское излучение. Рентгентелевизионная установка «AutoClear 5333».

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 14.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Северо-западный  государственный заочный технический  университет 
 
 
 

 
Курсовая  работа
по дисциплине: «Методы и средства досмотрового рентгеновского контроля» 
 
 

Тема: Рентгеновское излучение. Рентгентелевизионная установка «AutoClear 5333». 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент: Ярошевич Алексей Анатольевич
Институт: ПиСОБ
Курс: 3
Специальность: 200101.20
Шифр: 6240113081 
 
 

Проверил: Морокина Галина Сергеевна 

Дата защиты: 

Оценка: 

Подпись преподавателя: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург
2008 г 

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть 1
Введение 
 

   Одной из главных проблем развития современного общества была и остается его безопасность:  борьба с преступностью, терроризмом  и экономическими правонарушениями, предупреждение и предотвращение техногенных и экологических катастроф. Эффективность решения этих проблем неразрывно связана с уровнем оснащенности соответствующих структур техническими средствами, важное место среди которых принадлежит информативным устройствам, основанным на методах интроскопии и неразрушающего контроля.
   Контроль  багажа и почтовых отправлений, контейнеров  и транспортных средств, продуктов  питания, сыпучих грузов, строительных конструкций, мебели и предметов  обихода, судебно-медицинская экспертиза и анализ подлинности произведений искусства, ценных бумаг, банкнот и документов — все это осуществляется в настоящее время с помощью технических средств интроскопии, включая различные по назначению и конструкции рентгеновские установки. Рентгеновские установки досмотра багажа и товаров обеспечивают решение задач поиска и выявления взрывчатых веществ и взрывных устройств, оружия и боеприпасов, пресечения попыток нелегального провоза запрещенных предметов, контрабанды и наркотиков.  

   В данной курсовой работе будет рассмотрен один из видов ионизирующего излучения – рентгеновское, механизм его получения (рентгеновская трубка) и дано физико–математическое описание X-ray лучей. Это  поможет нам более полно представить, как работают рентгенотелевизионные установки сканирующего типа.
   Отдельным блоком выделяется метод Лауэ, основанный на дифракции рентгеновского излучения, т.к. рентгеновская дифракционная  кристаллография дает очень важную информацию о твердых телах –  их атомной структуре и форме  кристаллов, а также о жидкостях, аморфных телах и больших молекулах необходимую при досмотровом контроле.
   Во  второй части   этой работы рассматривается  рентгенотелевизионная установка  для  контроля багажа (ручной клади, почтовой корреспонденции, электронных  приборов, видеокамер, одежды) сканирующего типа «AUTOCLEAR 5333».
   Завершает курсовой проект расчетная часть, которая состоит из шести заданий. 
 
 
 
 
 
 

   Рентгеновское излучение 

   В 1895 году немецкий физик В.Рентген  открыл новый, не известный ранее вид электромагнитного излучения, которое в честь его первооткрывателя было названо рентгеновским.
   Рентгеновским излучением называют — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10?14 до 10?8 м.
   Было  установлено, что это излучение обладает целым рядом удивительных свойств:
    Невидимое для человеческого глаза рентгеновское излучение способно проникать сквозь непрозрачные тела и предметы.
    Оно способно поглощаться веществами тем интенсивнее, чем больше их атомный (порядковый) номер в периодической системе Менделеева.
    Рентгеновское излучение вызывает свечение некоторых химических веществ и соединений.
    Рентгеновские лучи обладают линейным характером распространения.
   Эти свойства рентгеновских лучей и  используются для получения информации о внутреннем содержании и строении "просвечиваемых" ими объектов без их вскрытия.

Получение рентгеновского излучения

   Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии электронов, движущихся с большими скоростями, с веществом. Когда электроны  соударяются с атомами какого-либо вещества, они быстро теряют свою кинетическую энергию. При этом большая ее часть переходит в тепло, а небольшая доля, обычно менее 1%, преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Эта энергия высвобождается в форме квантов – частиц, называемых фотонами, которые обладают энергией, но масса покоя, которых равна нулю. Рентгеновские фотоны различаются своей энергией, обратно пропорциональной их длине волны. При обычном способе получения рентгеновского излучения получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром. В спектре присутствуют ярко выраженные компоненты, как это показано на рис. 1.
   
 

   Рис. 1. ОБЫЧНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТР состоит из непрерывного спектра (континуума) и характеристических линий (острые пики). Линии К\ia и К\ib возникают  вследствие взаимодействий ускоренных электронов с электронами внутренней К-оболочки. 
 

   Широкий «континуум» называют непрерывным спектром или белым излучением. Налагающиеся на него острые пики называются характеристическими рентгеновскими линиями испускания. Хотя весь спектр есть результат столкновений электронов с веществом, механизмы возникновения его широкой части и линий разные.
   Вещество  состоит из большого числа атомов, каждый из которых имеет ядро, окруженное электронными оболочками, причем каждый электрон в оболочке атома данного  элемента занимает некоторый дискретный уровень энергии. Обычно эти оболочки, или энергетические уровни, обозначают символами K, L, M и т.д., начиная от ближайшей к ядру оболочки.
     
        Когда налетающий электрон, обладающий достаточно большой энергией, соударяется с одним из связанных с атомом электронов, он выбивает этот электрон с его оболочки. Опустевшее место занимает другой электрон с оболочки, которой соответствует большая энергия. Этот последний отдает избыток энергии, испуская рентгеновский фотон. Поскольку электроны оболочек имеют дискретные значения энергии, возникающие рентгеновские фотоны тоже обладают дискретным спектром. Этому соответствуют острые пики для определенных длин волн, конкретные значения которых зависят от элемента-мишени. Характеристические линии образуют K-, L- и M-серии, в зависимости от того, с какой оболочки (K, L или M) был удален электрон.
   Соотношение между длиной волны рентгеновского излучения и атомным номером  называется законом Мозли (рис. 3):
     
   где Zатомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки).
   
 
   Рис. 3. ДЛИНА ВОЛНЫ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО  РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, испускаемого химическими элементами, зависит от атомного номера элемента. Кривая соответствует закону Мозли: чем больше атомный номер элемента, тем меньше длина волны характеристической линии. 

   Если  электрон наталкивается на относительно тяжелое ядро, то он тормозится, а его кинетическая энергия выделяется в виде рентгеновского фотона примерно той же энергии (рис 4), т.е. если один из электронов внутренней оболочки атома выбит электроном или квантом тормозного излучения, то атом переходит в возбужденное состояние. Освободившееся место в оболочке заполняется электронами внешних слоев с меньшей энергией связи. При этом атом переходит в нормальное состояние и испускает квант характеристического излучения. Частота характеристического рентгеновского излучения зависит от атомного номера (Z) вещества анода. В отличие от непрерывного спектра тормозного рентгеновского излучения длины волн характеристического рентгеновского излучения имеют вполне определённые для данного материала анода значения.
     
 
 
 
 
 
 

   Если  же он пролетит мимо ядра, то потеряет лишь часть своей энергии, а остальную будет передавать попадающимся на его пути другим атомам. Каждый акт потери энергии ведет к излучению фотона с какой-то энергией. Возникает непрерывный рентгеновский спектр, верхняя граница которого соответствует энергии самого быстрого электрона. Таков механизм образования непрерывного спектра, а максимальная энергия (или минимальная длина волны), фиксирующая границу непрерывного спектра, пропорциональна ускоряющему напряжению, которым определяется скорость налетающих электронов. Спектральные линии характеризуют материал бомбардируемой мишени, а непрерывный спектр определяется энергией электронного пучка и практически не зависит от материала мишени.
   Рентгеновское излучение можно получать не только электронной бомбардировкой, но и облучением мишени рентгеновским же излучением от другого источника. В этом случае, однако, большая часть энергии падающего пучка переходит в характеристический рентгеновский спектр и очень малая ее доля приходится на непрерывный. Очевидно, что пучок падающего рентгеновского излучения должен содержать фотоны, энергия которых достаточна для возбуждения характеристических линий бомбардируемого элемента.  

Рентгеновская трубка 

   Чтобы получать рентгеновское излучение за счет взаимодействия электронов с веществом, нужно иметь источник электронов, средства их ускорения до больших скоростей и мишень, способную выдерживать электронную бомбардировку и давать рентгеновское излучение нужной интенсивности. Устройство, в котором все это есть, называется рентгеновской трубкой. Ранние исследователи пользовались «глубоко вакуумированными» трубками типа современных газоразрядных. Вакуум в них был не очень высоким.
   Источником  рентгеновских лучей является рентгеновская  трубка (рис. 5), в которой есть два электрода – катод и анод. При нагреве катода происходит электронная эмиссия, электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода. От обычной радиолампы (диода) рентгеновскую трубку отличает, в основном, более высокое ускоряющее напряжение (более 1 кВ).
   

   Рис. 5. Схематическое изображение рентгеновской  трубки. X — рентгеновские лучи, K — катод, А — анод (иногда называемый антикатодом), С — теплоотвод, Uhнапряжение накала катода, Ua — ускоряющее напряжение, Win — впуск водяного охлаждения, Wout — выпуск водяного охлаждения. 

   Когда электрон вылетает из катода, электрическое  поле заставляет его лететь по направлению  к аноду, при этом скорость его  непрерывно возрастает, электрон несет магнитное поле, напряженность которого растет с ростом скорости электрона. Достигая поверхности анода, электрон резко тормозится, при этом возникает электромагнитный импульс с длинами волн в определенном интервале (тормозное излучение).
   Интенсивность его зависит от величины ускоряющего напряжения и атомного номера материала мишени анода. Чем выше атомный номер материала мишени, тем сильнее тормозятся в нём электроны. Интенсивность тормозного излучения характеризуется так называемой "лучевой отдачей" рентгеновской трубки, зависящей, главным образом, от величины питающего трубку напряжения и уровня предварительной фильтрации излучения.
   Оптические  свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического  фокуса трубки, а также углом развертки пучка излучения. Кроме тормозного излучения при бомбардировке анода электронами возникает характеристическое рентгеновское излучение, вызванное, изменением энергетического состояния атомов.  

Физические  принципы работы рентгенотелевизионных установок сканирующего типа 

   При прохождении через исследуемое  вещество пучок рентгеновского излучения ослабляется вследствие взаимодействия его с электронами, атомами и ядрами вещества. Основные процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом при энергии квантов электромагнитного поля (фотонов)  менее 106 эВ - это фотоэлектрическое поглощение и рассеяние. Физика явлений при этом совершенно адекватна физике образования рентгеновского излучения.
   Фотоэлектрическое поглощение рентгеновского излучения происходит при взаимодействии фотонов рентгеновского излучения с атомами вещества. Фотоны, попадая на атомы, выбивают электроны с внутренней оболочки атома. При этом первичный фотон полностью расходует свою энергию на преодоление энергии связи электрона в атоме и сообщает электрону кинетическую энергию. В результате энергетической перестройки атома, происходящей после вылета из атома фотоэлектрона, образуется характеристическое рентгеновское излучение, которое при взаимодействии с другими атомами может вызывать вторичный фотоэффект. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока энергия фотонов не станет меньше энергии связи электронов в атоме. Очень важно отметить, что процесс ослабления излучения при прохождении через вещество зависит не только от энергии фотонов и длины волны излучения, но и от атомного номера вещества, в котором происходит фотоэлектрическое поглощение.
   Прошедшее через предмет или вещество рентгеновское  излучение ослабляется в различной степени в зависимости от распределения плотности их материала. Таким образом, оно несёт информацию о внутреннем строении объекта, т.е. образует рентгеновское изображение просвечиваемого объекта, которое затем преобразуется в адекватное оптическое изображение воспринимаемое глазами оператора.
   Основными требованиями к преобразователям рентгеновского изображения являются: максимальная информативность рентгеновского изображения при минимально возможной поглощённой дозе излучения просвечиваемым объектом и оптимальное преобразование рентгеновского изображения в оптическое, обеспечивающее получение оператором максимума информации, содержащейся в теневом рентгеновском изображении.
   Качество  рентгеновского изображения в основном определяется: контрастностью, яркостью, не резкостью и разрешающей способностью. 
 

Особенности и устройство рентгенотелевизионных  установок сканирующего типа 

   На  схеме показаны три основные функциональные системы рентгеновских аппаратов  сканирующего типа: система управления, рентгеновская система и система получения изображения.
   Мозгом  системы управления является микропроцессорный программированный блок управления. Он получает управляющие сигналы от соответствующих управляющих кнопок пульта управления оператора, от световых датчиков зоны включения и выключения рентгеновского излучения, регистратора скорости движения конвейера, а также подаёт команды на конвейерную ленту, рентгеновский генератор, монитор и модуль детекторной линейки.
   

   Рис. 6. Схема построения рентгенотелевизионного аппарата по методу сканирующего луча.
   Рентгенотелевизионная установка содержит собственно рентгеновский  генератор, коллиматорное устройство, блок управления режимом работы генератора и энергопитанием, систему получения изображения, а также световые датчики включёния рентгеновского излучения.
   Система получения изображения - состоит  из  контура «Г-образной» детекторной  линейки, куда попадает прошедшее через контролируемый объект рентгеновское излучение, и где оно превращается в видимый свет, благодаря специальным устройствам - сцинтилляторам. Сцинтилляция - это свойство определённых веществ излучать свет под действием ионизирующих излучений, к которым, как известно, и относится рентгеновское излучение. Возникновение сцинтилляций связано с тем, что при взаимодействии электронов, образованных ионизирующим излучением, с веществом сцинтиллятора его возбуждённые,  ионизированные атомы возвращаются в нормальное состояние с испусканием видимого света. Световые вспышки воспринимаются фотодиодами, которые  преобразуются ими в электрические сигналы, усиливаются и поступают в процессор детекторной линейки. При отсутствии рентгеновского излучения процессор детекторной линейки измеряет фоновые величины (шумы и помехи) всех каналов детекторной линейки, переводит их в цифровую форму и фиксирует в блоке памяти. При включении рентгеновского излучения эти фоновые сигналы вычитаются из общего сигнала теневого изображения, создавая качественное, чёткое (без аппаратурных шумов) изображение контролируемого объекта на чёрно-белом или цветном мониторе. Система получения изображения позволяет оператору проводить анализ теневого изображения, используя возможности электронных схем обработки записанной в памяти "картинки", обеспечивающих изменение её контрастности, выделяя более плотные предметы или создавая негативное изображение объекта.
   Основными оперативно-техническими преимуществами рентгенотелевизионных установок, использующих принцип  "сканирующего луча" являются:
   1.Отсутствие  геометрических искажений теневого  изображения контролируемого объекта за счёт применения узконаправленного рентгеновского луча генератора и «Г-образного» расположения линейки детектора.
   2.Обеспечение  высокой контрастности и разрешающей  способности теневого изображения контролируемого объекта за счёт высокостабильных энергетических и геометрических параметров сформированного рентгеновского луча и высокочувствительных преобразователей рентгеновского излучения малых размеров.
   3.Возможность  визуального телевизионного контроля достаточно плотных материалов и обнаружения предметов, находящихся за преградами.
   4.Высокая  производительность за счёт применения  конвейерной системы перемещения  объектов контроля.
   5.Возможность  контроля предметов ручной клади  и багажа практически неограниченной длины за счёт возможности фрагментарного контроля отдельных участков объекта, располагающегося на конвейере.
   6.Высокая  радиационная безопасность операторов  и окружения за счёт применения специальных защитных устройств, обеспечивающих предельно низкие дозы рентгеновского излучения на поверхности аппарата.
   7.Минимальная  доза облучения инспектируемого  объекта, обеспечивающая полную  безопасность продуктов, фотоматериалов  и лекарств.
   8.Возможность  углублённого анализа отдельных  фрагментов теневого изображения за счёт применения специальных схем обработки изображения и схем выбора и масштабирования участков изображения.
   9.Оперативно  приемлемые габариты и вес  аппаратов.
   10.Возможность  работы на аппарате операторов, не имеющих специального технического образования.
   11.Удобство  работы операторов за счёт  эргономики современных установок.
   12.Создание  комфортных условий для лиц,  ручная кладь и багаж которых  подвергается контролю, за счёт  применения в аппарате низко расположенного конвейера. 

   Метод Лауэ
   Отдельно  рассмотрим метод Лауэ, основанный на дифракции рентгеновского излучения, т.к. рентгеновская дифракционная кристаллография дает очень важную информацию о твердых телах – их атомной структуре и форме кристаллов, а также о жидкостях, аморфных телах и больших молекулах необходимую при досмотровом контроле.
   В этом методе  применяется непрерывный «белый» спектр рентгеновского излучения (это спектр значительно меньшей интенсивности чем характеристический, обусловленный торможением в аноде падающих электронов), которое направляется на неподвижный монокристалл, при этом каждая атомная плоскость, характеризующаяся своим специфическим расстоянием между атомными плоскостями (при постоянном угле падения рентгеновского излучения), отражает лучи определенной длины волны.
   Дифракция рентгеновского излучения – это  коллективное явление рассеяния, при  котором роль отверстий и центров  рассеяния играют периодически расположенные  атомы кристаллической структуры. Взаимное усиление их изображений при  определенных углах дает дифракционную картину, аналогичную той, которая возникла бы при дифракции света на трехмерной дифракционной решетке.
   Выберем в кристаллической структуре  линейную цепочку атомов, расположенных  на одинаковом расстоянии друг от друга, и рассмотрим их дифракционную картину. Допустим, мы отфильтровали непрерывный спектр и получили почти монохроматический пучок рентгеновского излучения, направленный на нашу линейную цепочку атомов. Условие усиления (усиливающей интерференции) выполняется, если разность хода волн, рассеянных соседними атомами, кратна длины волны. Если пучок падает под углом a0 к линии атомов, разделенных интервалами a (период), то для угла дифракции a разность хода, соответствующая усилению, запишется в виде
   a(cos a – cos a0) = hl,
   где l – длина волны, а h – целое число (рис. 7 и 8).
   

   Рис. 7. УСИЛЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА происходит, когда разность хода волн, рассеянных соседними атомами, равна целому кратному длины волны. Здесь a0– угол падения, a – угол дифракции, a – расстояние между атомами. 

 

   Рис. 8. РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ЛАУЭ при каждом значении h можно представить в виде семейства конусов, общая ось которых направлена по кристаллографической оси (для двух других осей можно нарисовать сходные картины). На уравнениях Лауэ основан эффективный метод исследования кристаллических структур. 

   Чтобы распространить этот подход на трехмерный кристалл, необходимо лишь выбрать  ряды атомов по двум другим направлениям в кристалле и решить совместно полученные таким образом три уравнения для трех кристаллических осей с периодами a, b и c. Два других уравнения имеют вид :
   
   Это – три фундаментальных уравнения  Лауэ для дифракции рентгеновского излучения, причем числа h, k и c – индексы  Миллера для плоскости дифракции.
   Рассматривая  любое из уравнений Лауэ, например первое, можно заметить, что, поскольку a, a0, l – константы, а h = 0, 1, 2, ..., его решение можно представить в виде набора конусов с общей осью a (рис. 8). То же самое верно для направлений b и c.
   В общем случае трехмерного рассеяния (дифракция) три уравнения Лауэ должны иметь общее решение, т.е. три дифракционных конуса, расположенных на каждой из осей, должны пересекаться; общая линия пересечения показана на рис. 8. Совместное решение уравнений приводит к закону Брэгга – Вульфа:  

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 6. ОБЩЕЕ  РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ЛАУЭ соответствует  пересечению трех конусов с осями a, b, c, имеющих общую прямую R. 

l = 2(d/n)sinq,
   где d – расстояние между плоскостями  с индексами h, k и c (период), n = 1, 2, ... – целые числа (порядок дифракции), а q – угол, образуемый падающим пучком (а также и дифрагирующим) с плоскостью кристалла, в которой происходит дифракция.
 Рентгенограмма, снятая по методу Лауэ, называется лауэграммой. При съемке лауэграммы пучок рентгеновского излучения падает на кристалл, и дифрагированное излучение дает на пленке, перпендикулярной первичному пучку, систему пятен, соответствующих отражениям лучей с различной длиной волны от различных плоскостей. Расположение пятен зависит от кристаллической структуры кристалла и его ориентировки по отношению к первичному пучку лучей.
   На  рис.9 приводится пример лауэграммы. Рентгеновская пленка располагалась со стороны кристалла, противоположной той, на которую падал рентгеновский пучок из источника.
   

   Рис. 9. ЛАУЭГРАММА. Через неподвижный кристалл пропускается рентгеновское излучение широкого спектрального диапазона. Дифракционным пучкам соответствуют пятна на лауэграмме. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть 2
Рентгенотелевизионная система контроля багажа и ручной клади "AUTOCLEAR 5333" 

   Описание 

   AUTOCLEAR 5333 компактный, легкий, эргономичный рентгенотелевизионый конвейерный аппарат с размером туннеля: ширина 53 см х высота 33 см. Предназначен для контроля ручной клади, почтовой корреспонденции, электронных приборов, видеокамер, ноутбуков, одежды. Идеально подходит для эксплуатации в школах, аэропортах, административных и офисных зданиях, почтовых отделениях, банках, спортивных сооружениях, ночных клубах и т.д.   Обеспечивает 100% обнаружение тонких лезвий и пластика в журналах и почтовой корреспонденции. 

   
 
 
 


Досматриваемый  объект отображается в реальном масштабе
при любом  положении на конвейере автоматически  и без искажения.
Функция RealClear мгновенно выделяет компоненты оружия, ножей, бомб. 


Удобная эргономичная клавиатура управления
с полным набором функций
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.