Kollimator - Collimator
En kollimator er en enhet som innsnevrer en stråle av partikler eller bølger. Å begrense kan bety enten å få bevegelsesretningene til å bli mer justert i en bestemt retning (dvs. lage kollimert lys eller parallelle stråler), eller å få det romlige tverrsnittet av strålen til å bli mindre ( strålebegrensende enhet ).
Historie
En engelsk fysiker Henry Kater var oppfinneren av den flytende kollimatoren , som ga en stor tjeneste for praktisk astronomi. Han rapporterte om oppfinnelsen hans i januar 1825. I sin rapport nevnte Kater tidligere arbeider på dette området av Carl Friedrich Gauss og Friedrich Bessel .
Optiske kollimatorer
I optikk kan en kollimator bestå av et buet speil eller et objektiv med en slags lyskilde og/eller et bilde i fokus . Dette kan brukes til å replikere et mål fokusert på uendelig med liten eller ingen parallaks .
I belysning er kollimatorer vanligvis designet etter prinsippene for ikke -bildeoptikk .
Optiske kollimatorer kan brukes til å kalibrere andre optiske enheter, for å kontrollere om alle elementene er justert på den optiske aksen , for å sette elementene i riktig fokus, eller for å justere to eller flere enheter som kikkert eller pistolfat og kanoner . Et landmålingskamera kan kollimeres ved å sette sine tillitsmarkører slik at de definerer hovedpunktet, som i fotogrammetri .
Optiske kollimatorer brukes også som pistolsikt i kollimatorsiktet , som er en enkel optisk kollimator med et tverrhår eller en annen reticle i fokus. Seeren ser bare et bilde av reticle. De må bruke det enten med begge øynene åpne og det ene øyet som ser inn i kollimatorsynet, med et øye åpent og beveger hodet for å vekselvis se synet og målet, eller med ett øye for å delvis se synet og målet samtidig tid. Ved å legge til en strålesplitter kan betrakteren se retikelen og synsfeltet og lage et reflektorsyn .
Kollimatorer kan anvendes sammen med laserdioder og CO 2 skjære lasere . Riktig kollimering av en laserkilde med lang nok koherenslengde kan verifiseres med et skjæreinterferometer .
Røntgen-, gammastråle- og nøytronkollimatorer
I røntgenoptikk , gammastråleoptikk og nøytronoptikk er en kollimator en enhet som filtrerer en strøm av stråler slik at bare de som beveger seg parallelt med en spesifisert retning tillates gjennom. Kollimatorer brukes til røntgen-, gammastråle- og nøytronavbildning fordi det er vanskelig å fokusere denne typen stråling inn i et bilde ved hjelp av linser, slik det er vanlig med elektromagnetisk stråling ved optiske eller nær-optiske bølgelengder. Kollimatorer brukes også i strålingsdetektorer i atomkraftverk for å gjøre dem retningssensitive.
applikasjoner
Figuren til høyre illustrerer hvordan en Söller-kollimator brukes i nøytron- og røntgenapparater. Det øvre panelet viser en situasjon der en kollimator ikke brukes, mens det nedre panelet introduserer en kollimator. I begge panelene er strålingskilden til høyre, og bildet er spilt inn på den grå platen til venstre for panelene.
Uten en kollimator vil stråler fra alle retninger bli registrert; for eksempel kan en stråle som har passert gjennom toppen av prøven (til høyre på diagrammet), men tilfeldigvis beveger seg nedover, registreres nederst på platen. Det resulterende bildet vil være så uskarpt og utydelig at det er ubrukelig.
I det nedre panelet i figuren er det lagt til en kollimator (blå søyler). Dette kan være et blyark eller annet materiale som er ugjennomsiktig for innkommende stråling med mange små hull boret gjennom det, eller for nøytroner kan det være et sandwicharrangement (som kan være opptil flere meter langt - se ENGIN -X ) med mange lag som veksler mellom nøytronabsorberende materiale (f.eks. gadolinium ) med nøytronoverførende materiale. Dette kan være noe enkelt, f.eks. Luft. eller hvis mekanisk styrke er nødvendig, kan aluminium brukes. Hvis dette er en del av en roterende enhet, kan smørbrødet være buet. Dette tillater energivalg i tillegg til kollimering - krumning av kollimatoren og rotasjon av den vil bare gi en rett vei til en energi av nøytroner. Bare stråler som beveger seg nesten parallelt med hullene vil passere gjennom dem - andre vil bli absorbert ved å treffe plateoverflaten eller siden av et hull. Dette sikrer at stråler blir registrert på riktig sted på tallerkenen, noe som gir et klart bilde.
For industriell radiografi ved bruk av gammastrålingskilder som iridium-192 eller kobolt-60 , lar en kollimator (strålebegrensende enhet) radiografen kontrollere eksponeringen av stråling for å avsløre en film og lage et radiograf, for å inspisere materialer for defekter. En kollimator i dette tilfellet er oftest laget av wolfram , og er vurdert i henhold til hvor mange halve verdilag den inneholder, dvs. hvor mange ganger den reduserer uønsket stråling med det halve. For eksempel vil de tynneste veggene på sidene av en 4 HVL wolframkollimator 13 mm (0,52 tommer) tykk redusere intensiteten av stråling som passerer gjennom dem med 88,5%. Formen på disse kollimatorene tillater utsendt stråling å bevege seg fritt mot prøven og røntgenfilmen, mens den blokkerer det meste av strålingen som sendes ut i uønskede retninger, for eksempel mot arbeidere.
Begrensninger
Selv om kollimatorer forbedrer oppløsningen , reduserer de også intensiteten ved å blokkere innkommende stråling, noe som er uønsket for fjernmålingsinstrumenter som krever høy følsomhet. Av denne grunn er gammastrålespektrometeret på Mars Odyssey et ikke-kollimert instrument. De fleste blykollimatorer slipper mindre enn 1% av innfallende fotoner gjennom. Det er gjort forsøk på å erstatte kollimatorer med elektronisk analyse.
I strålebehandling
Kollimatorer (strålebegrensende enheter) brukes i lineære akseleratorer som brukes til strålebehandlinger . De bidrar til å forme strålen som kommer fra maskinen og kan begrense den maksimale feltstørrelsen til en stråle.
Behandlingshodet til en lineær akselerator består av både en primær og en sekundær kollimator. Den primære kollimatoren er plassert etter at elektronstrålen har nådd en vertikal retning. Når du bruker fotoner, plasseres den etter at strålen har passert gjennom røntgenmålet. Den sekundære kollimatoren er plassert etter enten et utflatingsfilter (for fotoneterapi) eller en spredningsfolie (for elektronterapi). Den sekundære kollimatoren består av to kjever som kan flyttes for enten å forstørre eller minimere størrelsen på behandlingsfeltet.
Nye systemer som involverer multileaf kollimatorer (MLC) brukes til å videre forme en stråle for å lokalisere behandlingsfelt innen strålebehandling. MLC består av omtrent 50–120 blader av tunge metallkollimatorplater som glir på plass for å danne ønsket feltform.
Beregning av den romlige oppløsningen
For å finne den romlige oppløsningen til en parallell hullkollimator med en hulllengde , en hulldiameter og en avstand til det avbildede objektet , kan følgende formel brukes
