Направленный детектор излучения и формирователь изображения

1 Правительственный интерес Изобретение, описываемое здесь, может быть изготовлено, использовано, продано, импортировано и/или лицензировано правительством или для правительства Соединенных Штатов Америки без выплаты заявителю какоголибо роялти. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к детекторам излучения и, более конкретно, к детекторам излучения, которые предоставляют направление источника излучения и/или изображения излучения. Уровень техники Часто желательно определять направление источника излучения, например, гамма излучения, быстрых нейтронов и т.д., как, например, в приложениях томографии, астрономии и гражданской обороны. Однако, поскольку большинство видов излучения взаимодействуют с веществом через процессы фотоэлектрического эффекта и Комптоновского рассеяния, угловое распределение фотоэлектронов и Комптоновских электронов (виды энергии, которые могут быть обнаружены от излучения) изменяется и перекашивается этими событиями рассеяния. Таким образом, было трудно точно определить угол падения излучения. Различные способы были использованы для обеспечения детекторов с направленной способностью. Одним обычно используемым направленным детектором является коллимированный инструмент, где используется экран для ограничения углового восприятия излучения детектором и для уменьшения вкладов фона от других детекторов. Таким образом, максимальный выходной сигнал получается только, когда отверстие в экране центрируется с источником излучения. В некоторых случаях используются вращающееся отверстие коллиматора или множество отверстий для получения информации направления источника. Однако эти коллимированные инструменты имеют несколько недостатков, как например, искажение входящего излучения взаимодействием со стенками коллиматора, малый телесный угол восприятия, когда необходимо высокое направленное разрешение,следовательно уменьшая интенсивность излучения, и плохое угловое разрешение, когда необходим большой телесный угол восприятия. Другие конструкции направленного детектора использовали детекторы нитяного (катодного) типа для получения направленной информации. Например, публикация Чапп и др. "Детектор направления нейтронов для использования в космических исследованиях". Труды института инженеров по электротехнике и электронике, NS-13, стр. 468-477, февраль 1966 г 2 крывает выравнивание оси нити по направлению источника излучения для обеспечения направленного выходного сигнала. Другая публикация, например, Стетсон и др. "Направленный сцинтилляционный счетчик для нейтронов". 6 ядерных инструментов и способов, стр. 94-95,1960 г (Stetson et al., A Directional ScintillationMethods, pp. 94-95 (1960, предлагает использование массива массивов нитей, которые используют прямое максимальное распределение протонов от n-р столкновений для получения направленных эффектов. Во многих приложениях вес и портативность являются важными соображениями в выборе детектора. Например, космические приложения требуют устройств легкого веса и желательна простота конструкции,поскольку ремонт является невозможным. Те же самые соображения применимы к мобильным детекторам, особенно ручным устройствам, или устройствам, которые могли бы требовать доступа к ограниченным местоположениям. Патент США 5,345,084, опубликованный 6 сентября 1994 г., на имя Бирд (Byrd) и др. и озаглавленный "Направленный детектор быстрых нейтронов", раскрывает другой тип направленного детектора излучения, который ограничивается детектированием быстрых нейтронов, в котором множество действующих по всем направлениям детекторов излучения быстрых нейтронов располагаются в тесно упакованной зависимости для образования сегментированного симметричного детектора. Процессор арифметически комбинирует отсчеты падающего излучения из множества детекторов для вывода сигнала, функционально связанного с направлением источника для упомянутого излучения. В одном воплощении устройства Бирда четыре детектора располагаются в парной зависимости с передней - задней и левой - правой симметрией. Выходные отсчеты излучения комбинируются вычитанием отсчетов из детекторов, имеющих переднюю-заднюю симметрию, и вычитанием отсчетов из детекторов, имеющих левую-правую симметрию. Результирующие разности образуют вектор количества, показывающий направление для источника излучения. Однако, как отмечается, этот детектор ограничивается детектированием направления быстрых нейтронов и имеет низкое направленное разрешение. Поэтому существует необходимость в направленном детекторе/формирователе изображения источников излучения, которые имеют большой угол восприятия с высоким разрешением, и которые могут обнаруживать множество различных типов/интенсивностей источников излучения. Настоящее изобретение адресуется этой необходимости. 3 Сущность изобретения Соответственно одной целью настоящего изобретения является обеспечение детектора излучения, который может обнаруживать направление источника излучения с телесным углом восприятия 4 при разрешении, которое может составлять несколько минут дугового градуса. Другой целью настоящего изобретения является создание такого направленного детектора излучения, который может быть изменен для обнаружения нескольких различных типов/интенсивностей источников излучения. Еще одной целью настоящего изобретения является создание направленного детектора излучения, который может обнаруживать интенсивности излучения до фонового излучения. Еще одной целью настоящего изобретения является создание формирователя изображения различных источников излучения. Эти и другие цели достигают настоящим изобретением, которое использует два материала, имеющие различные атомные номера (Z) для окружения или помещения между слоями детектора излучения, как например, сцинтиллятора или счетчиков излучения типа ГейгераМюллера или твердотельных детекторов излучения, как например, изготовленных из кремния. В одном воплощении настоящего изобретения тонкий слой свинца (Рb) помещается на одной стороне счетчика излучения ГейгераМюллера, а слой лусита (Lucite) располагается на противоположной стороне. Поскольку счетчик Гейгера-Мюллера может обнаруживать единичные события, направленный детектор излучения, в соответствии с настоящим изобретением, может обнаруживать интенсивности излучения до уровней фонового излучения, которое равно приблизительно 0,15 микрокюри/ч. Одним примером предпочтительного счетчика Гейгера-Мюллера, который может быть использован в настоящем изобретении, является модифицированный прессованный счетчик ГейгераМюллера с тонкими рубиновыми слюдяными окошками, приблизительно 2,8 мг/см толщиной на обеих сторонах. Расположением материала с высоким Z на одной стороне детектора излучения (как например, Гейгера-Мюллера (ГМ) или счетчика сцинтиллятора (СС, а материала с низким Z на противоположной стороне любого типа счетчика возможно обнаруживать фото-Комптоновские электроны, испускаемые из материала с высоким или низким Z в прямом и обратном направлениях, и ослабление падающих гамма-лучей. При данной разности в скорости счета (или интенсивности) направление источника излучения может быть легко вычислено, или счетчик может просто вращаться для определения угла,при котором происходит максимальное изменение в характеристике детектора, таким образом определяя местоположение точечного источни 001795 4 ка. Имея два счетчика, расположенные под разными углами (как например, 180 градусов), так чтобы была возможность брать разность числа отсчетов (или отражений интенсивностей), настоящее изобретение может обнаруживать направление источника излучения значительно легче и, как будет объяснено, может обеспечить изображение источников излучения, как функцию интенсивностей. Это возможно, поскольку больше электронов испускаются из материала с низким Z в прямом направлении, как например,в лусите, чем из материала с высоким Z в прямом или обратном направлении, как например, в свинце. Преимуществами конструкции контрольно-измерительного устройства, основанного на ГМ или сцинтилляционном счетчике,являются их способность уменьшать ограничивающую интенсивность в два или три раза естественного фона, который равен приблизительно 0,15 микрокюри/ч. Соответственно, с настоящим изобретением с использованием трубки ГМ или сцинтилляционного счетчика гаммаисточники с интенсивностями, приближающимися к естественному фону, могут быть опознаны и может быть установлено их местоположение. Краткое описание чертежей Эти и другие цели изобретения станут более очевидными из подробного описания изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых Фиг. 1 - вид в разрезе одного воплощения настоящего изобретения, использующего пару прессованных счетчиков Гейгера-Мюллера (ГМ; Фиг. 2 - вид в разрезе другого воплощения настоящего изобретения, использующего слой детектора излучения, как например, сцинтилляционный счетчик или твердотельный счетчик; Фиг. 3 - вид в разрезе еще одного воплощения настоящего изобретения, использующего несколько различных слоев материалов с различным Z и детекторов; Фиг. 4 - рисунок в перспективе настоящего изобретения как датчика ионизационной камеры; Фиг. 5 иллюстрирует характеристику прессованного счетчика фиг. 1 для лусита, комбинируемого с 16 материалами с различным Z, для свинца с 11 различными материалами и оба набора данных по сравнению с вычисляемыми результатами; Фиг. 6 - анализ типа Фэзера электронов,испускаемых в обратном направлении из 144 мг/см свинцового эмиттера в прессованный счетчик фиг. 1 при облучении фотонами кобальта-60 и цезия-137; Фиг. 7 - трехмерный график фото-Комптоновских электронов, испускаемых в прямом направлении из элементов с различными атомными номерами, относительно энергии падающих фотонов; 5 Фиг. 8 - трехмерный график фотоКомптоновских электронов, испускаемых в обратном направлении из элементов с различными атомными номерами, относительно энергии падающих фотонов; Фиг. 9 - график абсолютного отношения отсчета, R=I1+I2/I1-I2, датчика ионизационной камеры (фиг. 4), облучаемого рентгеновскими лучами энергии 46 кэв относительно угла наклона (угол падения фотонов) в единицах дуговых секунд; Фиг. 10 - график, изображающий выходной ток в произвольных единицах относительно угла вращения (для двух независимых сканирований) устройства, показанного на фиг. 2, в котором устройство облучалось лучами четырех независимых источников Cs-137 и Со-60, и в котором показаны четыре пары прямых (углы вращения 180) и зеркальных (углы вращения 180) изображений (два на источник); Фиг. 11 - график первых производных переходных данных для прямого и зеркального(сдвинутого на 180) изображений от данных сканирования фиг. 10, соответствующих S2 (источник Cs-137 два) относительно угла вращения; Фиг. 12 - график первых производных переходных данных для прямого и зеркального(сдвинутого на 180) изображений от данных сканирования фиг. 10, соответствующих S1 (источник Cs-137 один) относительно угла вращения; Фиг. 13 - график образцов, генерируемых детектором, основанным на сцинтилляторе(фиг. 2) в двух независимых сканированиях тех же самых четырех источников из фиг. 10, но с датчиком, отодвинутым от S1 (48,5 см вдоль линии от источника к детектору), в котором показаны измеренные полярные углы каждого источника относительно S1 и соответствующие экспериментальные углы сканирования; Фиг. 14 а и 14b - чертежи физического расположения и геометрии источников, использованных для получения графиков фиг. 10 и фиг. 13; Фиг. 15 - график данных сканирования,полученный с использованием детектора фиг. 2,в котором два источника, имеющие существенно различные энергии, а именно, Cs-137, излучающий фотоны 662 кэв, и рентгеновские лучи 174 кэв; Фиг. 16 а и 16b графически иллюстрируют другой способ для определения углов источника из множества данных сканирования, полученных из фиг. 15, в котором пары зеркальных изображений для источников цезия и рентгеновских лучей были сдвинуты на 180 и изображены на графике так, что они пересекаются с соответствующими им прямыми изображениями,и в котором абсолютный минимум пар изображений был нормализован до одинаковой ампли 001795 6 туды (точки пересечения являются полярными углами источников относительно детектора); Фиг. 17 иллюстрирует угловые соотношения, связанные со способом для вычисления угловой зависимости интенсивности излучения,падающего на детектор; Фиг. 18 иллюстрирует экспериментальное расположение, показывающее, как настоящее изобретение является пригодным в качестве формирователя изображения, и Фиг. 19 графически иллюстрирует результаты, полученные с использованием экспериментального расположения фиг. 18, и результирующее вычисление, показывающее, что настоящее изобретение является пригодным в качестве формирователя изображения. Подробное описание изобретения Фиг. 1 изображает вид в разрезе устройства в соответствии с настоящим изобретением. Как изображено, один слой 1 материала с высоким Z (атомным номером) помещается между двумя прессованными счетчиками 3 и 5 Гейгера-Мюллера (ГМ). Два счетчика 3 и 5 ГМ затем прокладываются на их внешних поверхностях двумя слоями 7 и 9 материала с низким Z. Подходящими материалами для материалов с высоким и низким Z могли бы быть свинец и полиметилметакрилат (лусит или подобный пластик), соответственно. Следует заметить, что несмотря на то, что показаны два счетчика ГМ,настоящее изобретение будет также функционировать с одним счетчиком ГМ, помещенным между одним слоем материала с высоким Z и одним слоем материала с низким Z. Однако при использовании одного счетчика детектор настоящего изобретения должен будет вращаться(как будет обсуждаться ниже) на 360, а не на 180 для получения тех же самых данных. Предпочтительно для этого воплощения счетчик ГМ является специальным прессованным счетчиком, который конструируется с тонкими рубиновыми слюдяными окошками плотностью 2,8 мг/см 2 на обеих сторонах. Это дает возможность поместить экран с высоким и низким Z на любой внешней стороне счетчика, так что электроны с низкой энергией, излучаемые фотонами, будут проникать в тонкие слюдяные окошки и создавать импульсы. Несмотря на то, что лусит и свинец являются очевидным выбором для материала с низким и высоким Z, соответственно, другие материалы с различной толщиной могли бы также быть использованы в настоящем изобретении. Выбор материала и толщины материала, как станет очевидно, зависит в большей степени от атомного номера материала и прямой и обратной электронной эмиссии при облучении. В этом отношении различные материалы с высоким и низким Z и толщины были исследованы для использования в настоящем изобретении. В частности различные комбинации материалов 7 были использованы в устройстве фиг. 1 для определения, какие материалы были бы наиболее подходящими в качестве материалов с высоким и низким Z настоящего изобретения. Фиг. 5 иллюстрирует характеристику прессованного счетчика ГМ фиг. 1 для лусита, комбинируемого с 16 материалами с различным Z, и для свинца, комбинируемого с 11 элементами с различным Z, и оба множества данных для этих одинаковых условий по сравнению с известными вычисляемыми результатами. Как изображено, данные (кружочки и треугольники) представляют лусит (или полиэтилен) и свинец из этих тестов, соответственно. Коэффициент отсчетов для каждого элемента относительно к коэффициентам отсчетов для материала с наименьшим Z, используемым в каждом тесте (т.е.Be и С) отображен в виде графика относительно атомного номера на фиг. 5. Из фиг. 5 можно видеть, что зависимость коэффициента отсчета от Z приблизительно линейна. Коэффициент определяется как отсчеты для каждого элементаZ, деленные на отсчеты, полученные с элементами с самыми низкими Z (т.е. Be или С) в каждом эксперименте. Это линейное поведение относится к обеим комбинациям экрана лусита и свинца с другими элементами. Полосы ошибок включают разбросы из-за экспериментальной воспроизводимости для 15 наблюдений на элемент и статистики отсчета. Из-за причин ясности показаны только полосы ошибок для лусита плюс материалы с различными Z. Для других комбинаций полосы ошибок являются приблизительно теми же самыми. Как утверждается выше, вычисляемые значения имеют полосы ошибок около +/-20%. Наихудший случай расхождения вычисляемого значения относительно измеряемого получается для наивысшего числаZ, a именно, Z=79 (золото). Для лусита + экранирующий элемент это 12% и 22% для результатов, полученных со свинцом + Z элементом. Другим важным параметром экрана, который образует трехслойную структуру детектора,является обратная эмиссия электронов из экрана после прессованного счетчика. Фиг. 6 изображает анализ типа Фэзера фото-Комтоновских электронов, испускаемых в обратном направлении из тонкого свинцового экрана, используемого с прессованным счетчиком фиг. 1, который облучался гамма-излучением кобальта и цезия. Алюминиевые поглотители различной толщины вставлялись между счетчиком и свинцовым экраном для получения этого анализа обратно испускаемых электронов. В частности, алюминиевые поглотители увеличивались в толщине и вставлялись между прессованным счетчиком и свинцовым экраном после счетчика до тех пор,пока отсчеты уменьшались до постоянного значения (получаемые облучением свинцового экрана и увеличением толщины алюминия до тех пор, пока достигалось это число). В этом анализе типа Фезера электроны создавались фотона 001795 8 ми кобальта-60 и цезия-137. Результаты этого анализа демонстрируют, что спектр электронов является характеристикой этих источников. Дополнительно фиг. 6 изображает эти результаты для обоих источников, которые получались вычитанием насыщенного значения и нормализацией их до максимального числа отсчета. Максимальная толщина поглотителя для гамма-лучей кобальта-60 была 135 мг/см для фотонов цезия в этих экспериментах. Эти значения соответствуют максимальным энергиям электронов 500 и 350 кэв, соответственно. Электроны могут легко проникать в 2,8 мг/см 2 слюдяное окошко счетчика, который имеет электронный порог 35 кэв. (прессованный счетчик является уникальным в том, что он имеет два одинаковых слюдяных окошка на каждой стороне трубки ГМ). Таким образом, в настоящем изобретении обратно испускаемые электроны создаются из экрана материала с высоким Z и максимальные энергии этих обратно испускаемых электронов понижаются относительно ожидаемых средних энергий 700 кэв для энергий фотонов кобальта и 500 кэв для излучения цезия. Фиг. 7 и 8 основываются на опубликованных (Т.А. Деллин и др. Труды института инженеров по электронике и электротехнике по ядерным исследованиям, (Т.A. Dellin et al., IEEETrans. Nucl. Sci) NS-22 (6), 1975 г. 2549) данных коэффициентов вторичной эмиссии фотоКомптоновских электронов для прямых и обратных генерируемых электронов на падающий фотон на материалы с различным атомным номером и для раннее вычисленных энергий фотонов. Из фиг. 7 и. 8 можно видеть, что создание электрона относительно энергии фотона и атомного номера не является однонаправленным в настоящем изобретении c энергией или Z, а увеличивается и уменьшается с изменениями этих параметров. Таким образом, не ожидается монотонного увеличения или уменьшения с этими параметрами для настоящего изобретения. Однако специалист в данной области техники мог бы выбрать из этих данных некоторое число комбинаций материалов с различными Z и толщины для того, чтобы достигнуть устройство,которое работало бы для любого числа приложений. Имеются два основных механизма, которые могут создать этот многонаправленный тип зависимости в настоящем изобретении, (1) ослабление свинцовым эмиттером, когда он находится между источником и счетчиком, плюс эмиссия фото-Комптоновских электронов, и (2) эмиссия фотоэлектронов, когда счетчик находится между свинцовым эмиттером и источником. Фото-Комптоновские взаимодействия изменяются с энергией фотонов. Для более высоких энергий фотонов прямая эмиссия фотоКомптоновских электронов из переднего эмиттера с незначительным ослаблением, комбини 9 руемым с обратной эмиссией из обратного эмиттера, создает эффективное число общих отсчетов. Отношение максимума к минимуму будет увеличиваться с толщиной эмиттеров до тех пор, пока не произойдет насыщение. Оптимальный сигнал достигается, когда толщина приблизительно равна диапазону электронов. Для излучения кобальта-60 эта толщина была экспериментально определена равной приблизительно 3 милc (86,5 мг/см 2) свинца. Пять милc(144,1 мг/см 2) свинца использовались в измерениях прессованного счетчика. Из этого очевидно, что правильно сконструированная трубка ГМ с материалами с низким и высоким Z и даже сцинтилляционный счетчик с подходящими эмиттерами может служить в качестве основного направленного детектора источников излучения для интенсивностей в два раза ниже фона (около 0,15 микрокюри/ч). Более того, эти контрольные устройства реагируют непосредственно на широкий диапазон квантовых энергий, от 50 до 1250 кэв. Для источников с более высокой энергией (т.е.662 кэв) фото-Комптоновские электроны из материалов с высоким Z способствуют направленности этих контрольных устройств, а для более низких энергий детектор работает благодаря ослаблению, вызываемому материалом с высоким Z. Детектор, который работает при облучении фотонами цезия, будет также работать для всех других энергий. Для этой цели сцинтилляционный счетчик обеспечивал бы наивысшую угловую чувствительность. На фиг. 2 изображено другое воплощение настоящего изобретения, в котором тонкий детектор, имеющий низкий Z, помещен между слоем материала, имеющего низкий Z и слоем материала, имеющего высокий Z. Как изображено, две такие пачки помещены близко друг к другу так, что одна пачка имеет материал с высоким Z наверху, а другая пачка имеет материал с высоким Z внизу. Как объяснено выше, слой тонкого детектора должен быть тонким по сравнению с подходящими диапазонами фотоКомптоновских электронов. Для квантовых энергий излучения, номинально гамма, больше,чем 0,6 мэв (т.е., где ослабление незначительно),число электронов, испускаемых из поверхностей двух слоев в детектор больше, когда гаммалучи входят через слой с низким Z, чем, когда они входят через слой с высоким Z. Для более низких квантовых энергий эффект эмиссии является обратным, но теперь падающие гаммалучи ослабляются больше слоем с высоким Z,чем слоем с низким Z. Таким образом, сигнал опять больше, когда гамма-лучи входят через материалы с низким Z, по сравнению с сигналом, когда гамма-лучи входят через слой с высоким Z. Если гамма-излучение входит в устройство параллельно поверхности двух детекторов, показанных на фиг. 2, выходной сигнал обеих па 001795 10 чек является одинаковым. Детектор 1 создает выходной сигнал C1, а детектор 2 генерирует соответствующий выходной сигнал С 2. При образовании абсолютного отношения R=(C1+C2)/(C1-C2) R приближается к бесконечности, когда C1=C2. Следовательно, переход, когда C1=C2, происходит очень резко, таким образом делая возможным выполнение точных определений угла падения гаммаизлучения, а также всех типов излучения. Различные способы достижения этого будут обсуждены по отношению к нескольким различным воплощениям изобретения. Фиг. 4 иллюстрирует датчик, основанный на ионизационной камере, спроектированной для использования при более высоких, более интенсивных квантовых энергиях, где счетчики одного события (ГМ и сцинтиллятор) насыщаются. Камера состоит из двух подкамер 15 и 16(смотри фиг. 1), одной, которая смещается положительным напряжением (подкамера 15), и другой с отрицательным напряжением (подкамера 16), относительно общего электрода коллектора из свинца. Электроды из лусита с низким Z 12 и 14, которые покрываются проводящей пластмассой в обеих подкамерах, обеспечивают другие электроды. Предохранительные кольца 11 следует использовать в конструкции датчика. Выходной ток детектора является разностью токов из двух подкамер. Электрометр(не показан), как, например, электрометр Кэйтли используется для измерения сигналов тока из электродов. Фиг. 9 является графиком отношения выходного тока устройства ионизационной камеры фиг. 4 относительно угла наклона (угла падения фотонов) при облучении рентгеновскими лучами 46 кэв. Как показано на фиг. 9, отношениеR=I1+l2/I1-l2 отображает очень резкое увеличение, когда абсолютная разность в выходном токе I1-I2 ионизационной камеры приближается к нулю, при угле наклона (угле падения фотонов) 41,251,25 дуговых секунд. Черная полоса на графике представляет переходную область,где I1=I2. Черты ошибки являются оценками ошибок в измерениях (например, шум в электрометре и самописце). Эта область, где происходит вырождение, обусловлена внезапным изменением токов фото-Комптоновской эмиссии,когда угол падения фотонов приближается к нулю (относительно плоскости электродов), и фотоны входят в длинный маршрут поглощения либо в лусите, либо в свинцовых электродах. В то же время ток либо увеличивается, либо уменьшается, в зависимости от угла наклона формирователя изображения относительно падающих фотонов. Уменьшение происходит, когда направление наклоненного движения является таковым, что фотоны сначала ударяют лусит, затем свинец, а увеличение, когда свинец ударяется сначала. Результаты, аналогичные данным фиг. 9, были также получены, когда датчик ионизационной камеры облучался рент 11 геновскими лучами 14 и 250 кэв и гамма лучами цезия-137, соответственно. Фиг. 3 является иллюстрацией в перспективе еще одного воплощения настоящего изобретения. Как показано, настоящее изобретение может содержать множество повторяющихся слоев, слоя материала с низким Z, слоя детектора сцинтиллятора и слоя материала с высокимZ, соединенных в фотоумножитель. В таком воплощении слой материала с низким Z может быть лусит 3,1 мм толщиной; слой детектора сцинтиллятора (номинально поливинилтолуол,нагруженный антраценом NE 102) может быть 0,25 мм толщиной; и слой материала с высокимZ может быть свинцом 0,13 мм толщиной. Конечно, эти размеры даются только в качестве примера, поскольку толщина слоев и тип используемых материалов может изменяться в зависимости от приложения. При данном описании относительно эффектов рассеяния материалов с различным Z номером, указанных выше, специалист в данной области техники мог бы посоветовать любые комбинации материалов и толщины для бесчисленного количества приложений. Различные свойства поглощения и эмиссии тока лусита по сравнению со свинцом генерируют два образца характеристик для каждого источника. Фиг. 10 изображает образцы характеристик, полученных с детектором сцинтиллятором фиг. 3 при вращении детектора на 360 в лучах трех источников цезия-137 и источника кобальта-60 для двух независимых вращений. Образцы зависимостей для углов от 0 до 180,соответствующих четырем источникам, условно называются прямыми изображениями. Изображения для углов 180 условно называются зеркальными изображениями. Прямые изображения показывают уменьшение сигналов (отрицательные производные), которое происходит,когда направление вращения позволяет сначала ударить лусит, затем свинец. В противоположность этим результатам, зеркальные изображения показывают увеличение сигнала (положительные производные), т.к. теперь свинец ударяется сначала. Это тот же тип взаимодействия и эффект, который был описан выше для наклонного движения ионизационной камеры. Полярные углы каждого источника могут быть просто получены рисованием линии из среднего значения переходного наклона в ось углов. Эти углы показаны на графике на фиг. 10 для четырех источников. Действительные измерения углов с использованием линейки и интенсивности, измеренные дозиметром, для источников также указаны на графике. Как показано на фиг. 10, экспериментальные значения согласуются с измерениями в пределах около градуса, а зеркальные изображения каждого источника находятся в пределах порядка 180 от прямого изображения. Также, как ясно показано на фиг. 10, более высокие энер 001795 12 гии гамма-лучей кобальта (т.е. 1,17 и 1,33 мэв) по сравнению с фотонами цезия (т.е. 662 кэв) не мешали обнаружению и определению местоположения источников кобальта или цезия. Существуют два других способа для определения из сканирований полярных углов источников относительно детектора и друг друга. Одним из них является вычисление первой производной переходных областей прямого и зеркального изображений. Этот способ иллюстрируется на фиг. 11 и 12, где отображены производные данных для прямого и зеркального изображений, которые были получены из фиг. 10 для источников S2 и S1. Местоположения этих источников даются средним значением углов,где максимум случается для каждой пары прямого и зеркального изображений. Разность в средних значениях максимальных углов для источников указывает угол отделения от всех остальных источников. Например, S2 расположен на 32,95 от S1. В противоположность этому способу углы могут быть получены просто опусканием линии из среднего значения переходных областей изображений для источников и вычислением разности в средних значениях максимальных углов для различных источников. Третьим подходом для определения углов из данных сканирования является разделение прямого и зеркального изображений, затем смещение зеркальных изображений на 180 и создание графика, изображающего пересечение соответствующих пар изображений. Этот способ иллюстрируется графиками фиг. 16 а и 16b,которые выводятся из данных сканирования рентгеновских лучей и цезия. Точка пересечения каждой пары изображений является угловым местоположением источника. В обсуждении результатов ионизационной камеры было указано, как отсутствие тока или числа отсчетов делает подход алгоритма отношения R=I1+I2/I1I2 или R=C1+C2/C1-C2 бесконечным. Пересечение зеркального и прямого изображений, показанное на фиг. 16 а и 16b, имеют значения, гдеI1=l2 или C1=C2. Таким образом, этот способ определения местоположения источников может быть также применен для того, чтобы найти графически местоположение источника, когда два датчика одновременно вращаются на 180, как в случае ионизационной камеры (детекторами с двумя подкамерами) или ГМ (двойных прессованных счетчиков) формирователей изображения. Из фиг. 16 а и 16b можно видеть, что местоположение источника Cs относительно источника рентгеновского излучения, а именно 55,3, приблизительно одного и того же значения 55,5 как показано на фиг. 15. Таким образом, любой способ хорошо согласуется с фактически измеренным углом. Фиг. 14 а и 14b иллюстрируют вышеописанное экспериментальное расположение, пока 13 зывающее четыре источника и сцинтилляционный формирователь изображения, расположенный в двух позициях сканирования, разделенных 48,9 см. Экспериментальные (в скобках) и измеренные углы и расстояния обозначены на фиг. 14 а и 14b. Согласование измеренных и экспериментальных расстояний и углов хорошее. Более того, настоящее изобретение может определять относительные интенсивности источников. Как показано на фиг. 11 и фиг. 12,отношение или прямых, или зеркальных максимумов любых двух источников близко к фактическому отношению интенсивности источников. Например, отношения для S1 и S2 составляет 1,2 и 1,0 для прямых и зеркальных отношений, соответственно, в то время как измеренное отношение интенсивности равно 1,0. Отношение максимальной амплитуды к максимальной амплитуде переходных областей в местоположениях источника также пропорционально интенсивностям источника цезия. Хотя интенсивность источника (S4) кобальта (как измеренная дозиметром) примерно в два раза больше, чем S (цезия) и приблизительно та же самая, как интенсивности S1 (цезия) иS2 (цезия), области перехода от максимума к максимуму сканирования не пропорциональны отношениям интенсивности для кобальта по сравнению с цезием. Например, при использовании средних значений для двух наборов данных и двух типов изображений, S1/S2=1 для экспериментального максимального отношения, а также отношения для измеренных интенсивностей. Однако для S4/S3 максимальное отношение равно 1,06, в то время как действительное отношение интенсивности равно 1,7. Это расхождение обусловлено зависимостью энергии отдатчика. Более высокая интенсивность гамма лучей кобальта (т.е. 1,17 и 1,33 мэв) генерирует большее число импульсов, но они создают меньше световых вспышек в сцинтилляторе изза меньшей поглощаемой энергии (т.е. линейная передача энергии dE/dx меньше для более высоких энергий) и, следовательно, создается меньший выходной ток фотоумножителя. Интенсивность неизвестных источников и расстояние от детектора до каждого из источников может быть определено перемещением детектора в сторону на известное расстояние от его первоначального положения под некоторым углом относительно линии из источника в детектор. Другим способом, который экспериментально легко применить, является перемещение датчика в сторону от S1 вдоль первоначальной линии из этого источника в датчик. Фиг. 13 содержит результаты для сканирований четырех фиксированных источников, но с новым местоположением детектора. Опять воспроизводимость является хорошей для двух независимых сканирований. Новые углы сканирования для каждого источника и их измеренные углы хорошо согласуются. 14 Эксперименты с четырьмя источниками продемонстрировали способность датчика сканировать распределение источников, включая один источник с энергией в два раза большей,чем другие три источника, а также определять расстояния от датчика до источников. Однако настоящее изобретение может также сканировать два различных источника с очень различными энергиями и точно определять местоположение источников. Для того, чтобы это показать, сканирование источника Cs-137 и источника рентгеновского излучения было выполнено со сцинтилляционным датчиком. Фиг. 15 изображает 360 сканирование источника Cs (гаммалучи 662 кэв) и рентгеновских лучей 174 кэв эффективной энергии. Интенсивность 174 кэв рентгеновских лучей, измеренная в детекторе,была приблизительно в 3,2 раза выше, чем источника Cs-137. Экспериментальное значение было приблизительно в 4,2 раза выше, как определено из значений максимума к максимуму в переходных областях. Расхождение измеренного отношения со значением сканирования вызвано увеличением ослабления при более низкой энергии фотонов 174 кэв, а также зависимостью энергии от датчика. Экспериментальный угол между Cs-137 и источниками 174 рентгеновских лучей составляет 55,5 по сравнению с измеренным значением 54,5. Таким образом,согласование находится в пределах градуса для любого типа изображения. Этот эксперимент был повторен при более низкой энергии рентгеновских лучей 46 кэв с аналогичной точностью в определении местоположений. Как описано выше, настоящее изобретение может быть построено с очень высоким угловым разрешением и телесным углом восприятия 4. Ограничение разрешения и значение отношения отсчета или тока R определяется вычислением статистики и точности измерений тока и угла. Три различных датчика, а именно, ионизационная камера, счетчик Гейгера-Мюллера и сцинтилляционные устройства, описанные выше, могут быть использованы для любого числа различных приложений в соответствии с настоящим изобретением. Все из этих детекторов работают в счетном или токовом режиме и все отображают зависимость в виде ступенчатой функции при облучении гамма или фотонами рентгеновских лучей при одновременном вращении в поле излучения. Как описано выше,экспериментальное угловое разрешение 1,25 секунд дуги было достигнуто с датчиком ионизационной камеры, работающим как нульдетектор. Обсуждаемые измерения показывают,что настоящее изобретение, в зависимости от того, какой тип счетчика используется, работает в диапазоне энергии от 14 до 1250 кэв. Вычисленные токи фото-Комптоновской эмиссии предполагают, что устройства будут работать для более высоких гамма-энергий, по меньшей мере, до 20 мэв. Чувствительность интенсивно 15 сти этих трех типов устройств покрывает диапазон значений интенсивности от 1,0 микрорад/ч вниз до фона (обычно 15 микрорад/ч). В областях, где интенсивность фона может быть ниже, а его энергия выше (например, космическое пространство), датчик-сцинтиллятор способен обнаруживать интенсивность несколько фотонов/см и определять местоположение источника. Настоящее изобретение также может быть использовано в качестве формирователя изображения источников излучения непосредственно или даже отраженного излучения от облучаемых объектов. Принципы этой способности изображения объясняются ниже как производная от реакции датчика на произвольные распределения направления излучения. Теперь, ссылаясь на фиг. 17, допустим, что излучение, имеющее угловое распределение I поступает из верхней плоскости вращения,как показано на фиг. 17, то есть через углы между 0 и . Таким образом, выражением для выходного сигнала детектора является: гдеиявляются угловыми зависимостями излучения в детектор, как показано на фиг. 17,S-чувствительность детектора, a k - коэффициент пропорциональности. Соответственно, это приводит к интегральному уравнению,где S - ядерное (базовое), а I - требуемое распределение. В соответствии с принципом работы детектора (как объяснялось выше): Таким образом, определением функции L,гдеdL/d=I, вышеприведенное интегральное уравнение может быть решено аналитически как: Поскольку излучение поступает только с верхней плоскости вращения, L(0)=0 и L=D(полная доза, которая константа). Следовательно,или Поскольку тогда Таким образом, распределение падающих интенсивностей как функция угла падения на плоскости, перпендикулярной оси вращения детектора, пропорционально первой производной от наблюдаемого выходного сигнала детектора. 16 Когда излучение поступает только с нижней полуокружности на фиг. 17, производнаяI является той же самой, за исключением того, что теперь заменяется Следовательно, когда излучение поступает через всю плоскость вращения, распределение интенсивности будет суммой вкладов от всей плоскости: Это остается верным, за исключением случаев, когда резкое изменение интенсивности случается при угле, близком к параллельному падению на плоскость детектора. Это так, когдаI является дельта-функцией (точечный источник). В этих случаях излучение проходит длинный путь через пластину с высоким Z или через пластину с низким Z, имея результатом значительное поглощение падающего излучения. Это имеет результатом недолет или перелет около переходной точки, как видно в экспериментальных результатах, показанных ниже. Для проверки пригодности настоящего изобретения в качестве формирователя изображения излучения полукруглый медный фильтр/подложка был сформирован, как показано на фиг. 18. Полукруглая конструкция была выбрана для простоты интерпретации данных. Поскольку настоящее изобретение будет вращаться круговым образом, закругленная конструкция будет теоретически строиться на графике как плоская. Медная подложка покрывает 180 с радиусом 171 мм, а детектор излучения/формирователь изображения, в соответствии с настоящим изобретением, был расположен в центре в медной подложке, как показано. Два слоя тория (Th) были прикреплены к медной подложке, начиная с 28,5 и кончая 73,5,как измеренными из детектора/формирователя изображения. Третий слой Th был также прикреплен к медной подложке, но этот третий слой начинался с 28,5 и кончался в 133, как измеренными из детектора/формирователя изображения. Детектор/формирователь изображения вращался внутри этой конструкции и полное число отсчетов из детектора/формирователя изображений изображалось на графике относительно угла вращения. Этот график показан на фиг. 19. Как ясно изображено, угол наклона графика числа отсчетов/угла изменяется в каждой из переходных точек, где слои Th начинаются и кончаются. Более того, степень изменения угла наклона из секции, где были три слояTh, в три раза больше угла наклона, где был один слой Th. Следовательно, настоящее изобретение способно изображать источники излучения как функцию интенсивности источника в трех измерениях. Пунктирная линия фиг. 19 представляет первую производную от графика непрерывной линии, полученной из данных. Эта первая производная ясно показывает глуби 17 ну/интенсивность трех слоев Th по сравнению с одним слоем Th. Следует понимать, что другие особенности и модификации в изложенном выше подробном описании находятся в пределах рассмотрения изобретения, которое не ограничивается этим описанием. Как будет дополнительно признано специалистами в данной области техники, любое число конфигураций создания слоев детекторов излучения и любое число комбинаций детекторов и материалов с различными Z и толщинами может достигнуть результатов, описанных здесь. Соответственно, настоящее изобретение не следует ограничивать вышеприведенным описанием, а только прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Направленный детектор излучения, содержащий средство, чувствительное к излучению, противоположные стороны которого закрыты экранирующими элементами, выполненными из материалов с атомными номерами, различающимися настолько, что когда излучение падает в детектор, имеется разность в прямой и обратной эмиссиях электронов с различных сторон детектора,средство для детектирования сигнала из средства, чувствительного к излучению. 2. Детектор по п.1, дополнительно содержащий средство для вращения детектора. 3. Детектор по п.2, в котором средство,чувствительное к излучению, является счетчиком Гейгера-Мюллера. 4. Детектор по п.3, в котором счетчик Гейгера-Мюллера имеет, по меньшей мере, две стороны, которые являются проницаемыми для излучения. 5. Детектор по п.4, в котором, по меньшей мере, две стороны счетчика Гейгера-Мюллера имеют плотность 2,8 мг/см 2. 6. Детектор по п.2, в котором средство,чувствительное к излучению, является сцинтилляционным счетчиком. 7. Детектор по п.2, в котором средство,чувствительное к излучению, является твердотельным счетчиком. 8. Детектор по п.2, в котором один из экранирующих элементов изготовлен из пластмассы, а другой экранирующий элемент изготовлен из материала с высоким атомным номером. 9. Детектор по п.2, дополнительно содержащий средство для вычисления направления максимального числа сигналов из средства для детектирования сигнала. 18 10. Направленный детектор излучения, содержащий, по меньшей мере, два средства, чувствительные к излучению, противоположные стороны каждого из которых закрыты экранирующими элементами, выполненными из материалов с атомными номерами, различающимися настолько, что когда излучение падает в детектор, имеется разность в прямой и обратной эмиссиях электронов с различных сторон детектора,средство для детектирования сигнала, по меньшей мере, из двух средств, чувствительных к излучению. 11. Детектор по п.10, дополнительно содержащий средство для вращения детектора. 12. Детектор по п.11, в котором средство,чувствительное к излучению, является счетчиком Гейгера-Мюллера. 13. Детектор по п.12, в котором счетчик Гейгера-Мюллера имеет, по меньшей мере, две стороны, которые являются проницаемыми для излучения. 14. Детектор по п.13, в котором, по меньшей мере, две стороны счетчика ГейгераМюллера имеют плотность 2,8 мг/см 2. 15. Детектор по п.11, в котором средство,чувствительное к излучению, является сцинтилляционным счетчиком. 16. Детектор по п.11, в котором средство,чувствительное к излучению, является твердотельным счетчиком. 17. Детектор по п.11, в котором один из каждого экранирующего элемента изготовлен из пластмассы, а другой из каждого экранирующего элемента изготовлен из материала с высоким атомным номером. 18. Детектор по п.11, дополнительно содержащий средство для вычисления направления максимального числа сигналов из средства для детектирования сигнала. 19. Формирователь изображения излучения, содержащий, по меньшей мере, два средства, чувствительные к излучению, противоположные стороны каждого из которых закрыты экранирующими элементами, выполненными с атомными номерами, различающимися настолько, что когда излучение падает в детектор, имеется разность в прямой и обратной эмиссиях электронов с различных сторон детектора,средство для детектирования сигнала, по меньшей мере, из двух средств, чувствительных к излучению,средство для вращения формирователя изображения, и средство для вычисления первой производной сигналов, детектируемых из средства для детектирования сигнала, и углавращения формирователя изображения.