 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( июнь 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Коллиматор представляет собой устройство , которое сужает пучок частиц или волн. Сужение может означать, что направления движения становятся более выровненными в определенном направлении (например, создают коллимированный свет или параллельные лучи), или вызывают уменьшение пространственного поперечного сечения луча ( устройство ограничения луча ).
История [ править ]
Английский физик Генри Катер был изобретателем плавающего коллиматора , оказавшего большую услугу практической астрономии. Он сообщил о своем изобретении в январе 1825 года. [1] В своем отчете Катер упомянул предыдущие работы в этой области Карла Фридриха Гаусса и Фридриха Бесселя .
Оптические коллиматоры [ править ]
В оптике коллиматор может состоять из изогнутого зеркала или линзы с каким-либо источником света и / или изображением в фокусе . Это можно использовать для репликации цели, сфокусированной на бесконечности, с небольшим параллаксом или без него .
В освещении коллиматоры обычно проектируются с использованием принципов не отображающей оптики . [2]
Оптические коллиматоры могут использоваться для калибровки других оптических устройств [3], чтобы проверить, все ли элементы выровнены по оптической оси , чтобы установить элементы в правильном фокусе или выровнять два или более устройств, таких как бинокли или стволы оружия и прицелы . [4] Геодезическую камеру можно коллимировать, установив ее фидуциарные маркеры так, чтобы они определяли главную точку, как в фотограмметрии .
Оптические коллиматоры также используются в качестве прицелов в коллиматорном прицеле , который представляет собой простой оптический коллиматор с перекрестием или какой-либо другой сеткой в фокусе. Зритель видит только изображение сетки. Они должны использовать его либо с открытыми глазами, и одним глазом, смотрящим в коллиматорный прицел, с одним открытым глазом и движением головы, чтобы попеременно видеть прицел и цель, либо одним глазом, чтобы частично видеть прицел и цель одновременно. время. [5] [ требуется пояснение ] Добавление светоделителя позволяет наблюдателю видеть сетку и поле зрения , создавая прицел с отражателем .
Коллиматоры могут использоваться с лазерными диодами и СО 2 лазерами . Правильная коллимация лазерного источника с достаточно большой длиной когерентности может быть проверена с помощью интерферометра сдвига .
Коллиматоры рентгеновского, гамма-излучения и нейтронов [ править ]
В рентгеновской оптике , гамма- оптике и нейтронной оптике коллиматор - это устройство, которое фильтрует поток лучей, так что пропускаются только те, которые движутся параллельно заданному направлению. Коллиматоры используются для визуализации рентгеновских, гамма-лучей и нейтронов, потому что трудно сфокусировать эти типы излучения в изображение с помощью линз, как это обычно бывает с электромагнитным излучением на оптических или близких к оптическим длинам волн. Коллиматоры также используются в детекторах излучения на атомных электростанциях, чтобы сделать их чувствительными к направлению.
Приложения [ править ]
На рисунке справа показано, как коллиматор Зёллера используется в нейтронных и рентгеновских аппаратах. На верхней панели показана ситуация, когда коллиматор не используется, а на нижней панели представлен коллиматор. На обеих панелях источник излучения находится справа, а изображение записывается на серой пластине слева от панелей.
Без коллиматора будут регистрироваться лучи со всех сторон; например, луч, прошедший через верхнюю часть образца (справа от диаграммы), но движущийся в направлении вниз, может быть записан в нижней части пластины. Полученное изображение будет настолько размытым и нечетким, что станет бесполезным.
В нижней части рисунка добавлен коллиматор (синие полосы). Это может быть лист свинца или другого материала, непрозрачного для поступающего излучения с множеством крошечных отверстий, просверленных в нем, или, в случае нейтронов, это может быть многослойная конструкция (длина которой может достигать нескольких футов - см. ENGIN-X ) с много слоев, чередующихся между материалом, поглощающим нейтроны (например, гадолиний) с нейтронопропускающим материалом. Это может быть что-нибудь простое, например, воздух. или, если требуется механическая прочность, можно использовать алюминий. Если он является частью вращающегося узла, сэндвич может быть изогнутым. Это дает возможность выбора энергии в дополнение к коллимации - кривизна коллиматора и его вращение будут представлять прямой путь только для нейтронов с одной энергией. Только лучи, которые проходят почти параллельно отверстиям, будут проходить через них - любые другие будут поглощены, ударяясь о поверхность пластины или сторону отверстия. Это гарантирует, что лучи будут записаны в нужном месте на пластине, создавая четкое изображение.
Для промышленной радиографии с использованием источников гамма-излучения, таких как иридий-192 или кобальт-60 , коллиматор (устройство ограничения луча) позволяет рентгенологу контролировать воздействие излучения для экспонирования пленки и создания рентгенограммы для проверки материалов на наличие дефектов. Коллиматор в этом случае чаще всего делается из вольфрама., и оценивается в зависимости от того, сколько половинных слоев он содержит, т. е. во сколько раз он вдвое снижает нежелательное излучение. Например, самые тонкие стенки по бокам вольфрамового коллиматора 4 HVL толщиной 13 мм (0,52 дюйма) уменьшат интенсивность проходящего через них излучения на 88,5%. Форма этих коллиматоров позволяет испускаемому излучению свободно перемещаться к образцу и рентгеновской пленке, блокируя большую часть излучения, которое испускается в нежелательных направлениях, например, к рабочим.
Ограничения [ править ]
Хотя коллиматоры улучшают разрешение , они также снижают интенсивность , блокируя входящее излучение, что нежелательно для приборов дистанционного зондирования, требующих высокой чувствительности. По этой причине гамма-спектрометр на Mars Odyssey не является коллимированным инструментом. Большинство свинцовых коллиматоров пропускают менее 1% падающих фотонов. Были предприняты попытки заменить коллиматоры электронным анализом. [ необходима цитата ]
В лучевой терапии [ править ]
Коллиматоры (устройства ограничения луча) используются в линейных ускорителях, используемых для лечения лучевой терапией. Они помогают формировать луч излучения, выходящего из машины, и могут ограничивать максимальный размер поля луча.
Лечебная головка линейного ускорителя состоит из первичного и вторичного коллиматоров. Первичный коллиматор устанавливается после того, как электронный луч достиг вертикальной ориентации. При использовании фотонов он размещается после того, как луч прошел через рентгеновскую мишень. Вторичный коллиматор устанавливается либо после сглаживающего фильтра (для фотонной терапии), либо после рассеивающей фольги (для электронной терапии). Вторичный коллиматор состоит из двух зажимов, которые можно перемещать для увеличения или уменьшения размера обрабатываемого поля.
Новые системы, включающие многолепестковые коллиматоры (MLC), используются для дальнейшего формирования луча и локализации полей лечения в лучевой терапии. MLC состоят примерно из 50–120 листов тяжелых металлических коллиматорных пластин, которые скользят на место, чтобы сформировать желаемую форму поля.
Вычисление пространственного разрешения [ править ]
Чтобы найти пространственное разрешение коллиматора с параллельными отверстиями с длиной отверстия, диаметром отверстия и расстоянием до отображаемого объекта , можно использовать следующую формулу
где эффективная длина определяется как
Где - линейный коэффициент затухания материала, из которого изготовлен коллиматор.
См. Также [ править ]
- Автоколлимация
- Автоколлиматор
- Коллимированный свет
- Неизображающая оптика
- Сноу в освещении
Ссылки [ править ]
- ^ Описание плавающего коллиматора. Капитан Генри Катер. Прочтите 13 января 1825 г. [Фил. Пер. 1825, стр. 147.]
- ^ Чавес, Хулио (2015). Введение в оптику без изображений, второе издание . CRC Press . ISBN 978-1482206739.
- ^ " Коллиматоры и автоколлиматоры " Рона Декстера
- ^ "ВОИС" Магнитный легкий коллиматор " " . Архивировано из оригинала на 2009-02-02 . Проверено 18 декабря 2007 .
- ^ Элементарная оптика и приложения к приборам управления огнем: май 1921 г., Соединенные Штаты. Армия. Отдел боеприпасов, стр. 84
