X射线非晶硅面阵探测器B级像质的研究

        在现行射线检测中,射线胶片照相存在检测周期长、不易保存等问题,使得实时成像技术的研究开发一直在进行。目前典型的实时成像技术是射线图像增强器与CCD相机组合的模拟视频技术加图像数字采集与处理技术。就其像质计灵敏度和分辨率而言,其成像质量相当于胶片照相A级(普通级)。但在工业X射线无损检测中,对图像的成像质量一般要求达到B级。如何以一种快速的工业射线检测技术代替胶片技术成为目前我国射线检测领域首要解决的问题。

　　非晶硅面阵探测器成像是20世纪90年代发展起来的新型的射线检测技术。作为目前最先进的数字化成像技术,有许多优点,如没有边缘几何变形、整个成像区具有均匀的灵敏度和分辨率、较大的动态范围、大的成像面积和实时成像等,是唯一可以取代胶片照相的技术。近年来逐步在工业射线检测中得到应用,我国北京航空航天大学率先把它应用于工业射线检测中。了解并研究非晶硅面阵探测器的成像特性,达到B级成像质量,以适应工业射线检测的更高要求是一项非常有意义和必要的工作。

　　1　非晶硅面阵探测器组成

　　1.1　探测器的组成及工作机理[1~3]

　　美国PaxScan系列面阵探测器是基于大规模α2Si(非晶硅)光电二极管高密度(像元间距0.127 mm)、大尺寸(成像面积400 mm×300 mm和250 mm×200 mm)集成技术研发的X射线图像　　探测器。同一般的微光成像器件一样,是一种以光、电子累积的方式成像。探测器包括三部分,①亚毫米级厚度的闪烁体膜,材料一般为Gd2O2S和CsI。②与闪烁体膜直接耦合的大规模集成的α2Si光电二极管敏感阵列(像元)。③像元读出和放大电路。图1和2为其射线成像光电转换过程。

　　就PaxScan 4030R非晶硅探测器而言,成像面积2 304(列)×3 200(行),共有7 372 800个像元点阵。图3为探测器积累电荷的读出电路,每个像元由TFT(Thin2film2transistors)开关和非晶硅光电二极管组成,其放大器阵列由18个模块(一个模块共用一个视频输出线),每块128个通道,共计2 304个通道构成

　　1.2　存在的问题

　　利用非晶硅面阵探测器可以实现快速检测和数字化,克服了胶片照相的缺点。在实验研究过程中,发现直接利用其现有的软件检测技术,无法达到工业射线检测胶片的水平。图4为实验采集的6 mm钢板的透度计图像,按照HB/Z 60—1996标准的要求,应能清晰分辨第7根丝。

　　由于非晶硅面阵探测器已封装好,无法对其内部结构性能进行考核,只有通过对由其组成的如图5所示的射线检测系统进行研究(非晶硅探测器为美国Varian公司推出的PaxScan系列,X射线系统为YXLON公司生产的MG 325),优化成像条件,对系统的成像进行预处理和后处理,实现B级成像。