Systém pro širokospektrální zobrazování na synchrotronu

Na synchrotronech se z původně širokého spektra získává monochromatické záření s požadovanými vlastnostmi  pomocí nejrůznějších druhů monochromátorů, které tak využijí pouze úzkou část spektra.Tím se však rovněž snižuje celkový rentgenový tok. Pro aplikace, kde je kritická rychlost a tedy je třeba extrémně krátkých expozičních dob, je potřeba používat celé původní rentgenové spektrum a rentgenový tok tak maximalizovat. To však zároveň klade určité požadavky na radiační odolnost optického systému a na rychlost snímací kamery.

Dostatečně rychlá vědecká CMOS kamera, konkrétně kamera Phrotron SA1, byla k dispozici na jedné z beamline na synchrotronu ANKA v Karlsruhe. Pro určité experimenty bylo třeba vytvořit systém, který by umožňoval vytvářet velmi rychlé expozice s poměrně velkým zorným polem. Vlastní optika a mechanika pro tento systém byla navržena a vyrobena ve firmě Elya Solutions s.r.o.. Konkrétně byl vytvořen systém, který:

  • zobrazuje obraz vzniklý na scintilátoru pomocí optické soustavy na vysokorychlostní CCD kameru
  • umožňuje použít různých zvětšení (1x, 3x, ale principiálně i další)
  • používá kameru na otočném stolku a umožňuje použítí různých kamer
  • je maximálně jednoduchý a robustní, neboť hmotnost kamery je cca 6 kg, a hmotnost do budoucna zvažované kamery je ještě vyšší
  • má optický systém radiačně stíněný

Ze schématu optomechaniky pro "white beam imaging" je patrné, že scintilátory jsou umístěny ve výměnných držácích, přičemž každý držák je určen pro konkrétní kombinaci velikosti scintilátoru, rozlišení a zvětšení. Optická soustava, která zahrnuje zrcadlo s nízkým rentgenovým rozptylem, optický objektiv a teleskopický tubus, pak vytváří patřičně zvětšený obraz přímo na kameře. Kamera je připevněna na univerzálním motorizovaně otočném stolku, který však umožňuje použít i jiné kamery. Celý stolek je navíc posuvný ve svislé ose, polohu je třeba měnit při změně rozlišení resp. výměně držáku scintilátoru. Případně lze tento pohyb využít i k ostření, které se však standardně v aktuální verzi řeší přes držák scintilátoru. Systém je připraven na rozšíření o motorizované ostření a změnu polohy stolku při změně rozlišení. Pro velmi silné rtg. toky je pak optika chráněna před účinky rozptýleného rtg. záření volitelným filtrem z olovnatého skla.


 Systém byl úspěšně instalován na beamline na synchrotronu ANKA v Karlsruhe a byly již provedeny některé experimenty. Na obrázku je připevněn k stávající pohyblivé plošině na jedné z beamline. Je rovněž vidět kamera Phrotron SA1, která je přimontovaná na otočném stolku.

 Vysokou dosahovanou rychlost pak demonstruje experiment, při kterém lze vidět spojování bublinek v kapalině. Jednotlivé snímky byly exponovány s časovým odstupem řádu 0.1 ms, expoziční doba byla kratší. I tak je vidět všechny detaily. Takovéto snímky jsou možné díky použití širokého spektra na synchtrotronu a tedy vysokých rtg. toků.