Study of Optical Properties and Structural Features of Object using the X-ray Phase Contrast Method

Abstract

Фазовий контраст знаходить широке застосування в усіх галузях, де потрібна візуалізація внутрішньої структури об'єктів за допомогою рентгенівського випромінювання. У роботі запропоновано новий підхід моделювання фазоконтрастного рентгенівського зображення методом вільного поширення на основі теорії Френеля-Кiрхгофа. Розроблена проста розрахункова модель дозволяє визначити значення зміни інтенсивності на тривимірних моделях об’єктiв макроскопічних розмірів довільної форми і, відповідно, умови спостереження контрастного зображення при відомих характеристиках детекторної системи та інтенсивності джерела випромінювання. Була показана можливість одержання чітких зображень об’єктiв з малими декрементами заломлення, визначення їх геометричних розмірів та товщини. Розроблено підхід розрахунку оптичних властивостей металевих сплавів у рентгенівському діапазоні. Викладені у роботі підходи можуть бути корисні розробникам компактних пристроїв для виявлення структурних неоднорідностей всередині досліджуваних об’єктів неруйнівним методом.

Phase contrast is widely used in all fields for visualization of the internal structure of objects using Xray radiation. The paper proposes a new approach to modeling a phase-contrast X-ray image by the method of free propagation using the Fresnel-Kirchhoff diffraction theory. A simple calculation model was developed, which makes it possible to determine the value of the change in the intensity of X-rays on three-dimensional models of objects of arbitrary shape with macroscopic dimensions. It also allows you to establish the conditions for observing a contrast image with known characteristics of the detector system and the intensity of the radiation source. The possibility of obtaining clear images of objects with small decrements of refraction of matter, determining their geometric dimensions and thickness was shown. A method of calculating the optical properties of metal alloys in the X-ray range has been developed. The approaches presented in the paper can be useful to developers of compact devices for detecting structural inhomogeneities inside the studied objects by a non-destructive method.