Detekce a rozpoznávání materiálů pomocí rentgenové radiografie

Abstract

Röntgenová rádiografia je nedeštruktívna zobrazovacia technika umožňujúca vizualizáciu vnútorných štruktúr objektov na základe interakcie röntgenového žiarenia s hmotou. Táto metóda má široké uplatnenie v medicíne, vede a priemysle. V posledných rokoch narastá záujem o spektrálne citlivé zobrazovanie, ktoré poskytuje nielen obrazovú, ale aj spektrálnu informáciu o skúmanom objekte. Konvenčné systémy založené na scintilačných detektoroch však túto možnosť neponúkajú a neumožňujú presnejšiu identifikáciu chemického zloženia vzorky. Fotónové detektory predstavujú významný technologický posun v oblasti röntgenovej zobrazovacej techniky. Umožňujú zaznamenávanie jednotlivých fotónov röntgenového žiarenia spolu s ich energiou, čím znižujú elektronický šum, zvyšujú priestorové rozlíšenie a predovšetkým poskytujú spektrálne dáta využiteľné na rozlíšenie rôznych materiálov. Táto práca sa zameriava na využitie tejto technológie pri identifikácii chemických prvkov prostredníctvom detekcie ich charakteristických K-hrán. Zahŕňa návrh a realizáciu experimentov s tenkými kovovými fóliami, ako aj vytvorenie metodiky na spracovanie a analýzu spektrálnych rádiografických dát. Pozornosť je venovaná aj možnostiam a obmedzeniam tejto technológie pri určovaní materiálového zloženia.

X-ray radiography is a non-destructive imaging technique that enables the visualization of internal structures of objects based on the interaction of X-ray radiation with matter. This method has wide application in medicine, science, and industry. In recent years, there has been an increase in interest in spectrally sensitive imaging, which provides not only visual but also spectral information about the examined object. Conventional systems based on scintillation detectors, however, do not offer this possibility and do not allow for a more accurate identification of the chemical composition of the sample. Photon detectors represent a significant technological shift in the field of X-ray imaging technology. They allow for the detection of individual X-ray photons along with their energy, thereby reducing electronic noise, enhancing spatial resolution, and, most importantly, providing spectral data that can be used to distinguish between different materials. This work focuses on the use of this technology in the identification of chemical elements through the detection of their characteristic K-edges. It includes the design and realization of experiments with thin metal foils, as well as the creation of a methodology for processing and analyzing spectral radiographic data. Attention is also paid to the possibilities and limitations of this technology in determining material composition.