Colimador - Collimator

Exemplo de um colimador de partícula

Um colimador é um dispositivo que estreita um feixe de partículas ou ondas. Estreitar pode significar fazer com que as direções do movimento se tornem mais alinhadas em uma direção específica (ou seja, fazer luz colimada ou raios paralelos ), ou fazer com que a seção transversal espacial do feixe se torne menor ( dispositivo de limitação do feixe ).

História

O físico inglês Henry Kater foi o inventor do colimador flutuante , que prestou um grande serviço à astronomia prática. Ele relatou sobre sua invenção em janeiro de 1825. Em seu relatório, Kater mencionou trabalhos anteriores nesta área por Carl Friedrich Gauss e Friedrich Bessel .

Colimadores ópticos

Um exemplo de um colimador óptico com uma lâmpada, uma abertura (A) e uma lente plano-convexa (L)

Em óptica , um colimador pode consistir em um espelho curvo ou lente com algum tipo de fonte de luz e / ou uma imagem em seu foco . Isso pode ser usado para replicar um alvo focado no infinito com pouca ou nenhuma paralaxe .

Na iluminação , os colimadores são normalmente projetados usando os princípios da ótica de não imagem .

Os colimadores ópticos podem ser usados ​​para calibrar outros dispositivos ópticos, para verificar se todos os elementos estão alinhados no eixo óptico , para definir os elementos no foco adequado ou para alinhar dois ou mais dispositivos, como binóculos ou canos de armas e miras . Uma câmera de levantamento pode ser colimada definindo seus marcadores fiduciários de forma que definam o ponto principal, como na fotogrametria .

Os colimadores óticos também são usados ​​como miras de armas na mira do colimador , que é um colimador ótico simples com uma cruz ou algum outro retículo em seu foco. O observador vê apenas uma imagem da retícula. Eles devem usá-lo com os dois olhos abertos e um olho olhando para a visão do colimador, com um olho aberto e movendo a cabeça para ver alternadamente a visão e o alvo, ou com um olho para ver parcialmente a visão e o alvo ao mesmo Tempo. Adicionar um divisor de feixe permite que o observador veja o retículo e o campo de visão , criando uma visão refletora .

Os colimadores podem ser usados ​​com diodos laser e lasers de corte de CO 2 . A colimação adequada de uma fonte de laser com comprimento de coerência longo o suficiente pode ser verificada com um interferômetro de cisalhamento .

Colimadores de raios-X, raios gama e nêutrons

Colimadores usados ​​para registrar raios gama e nêutrons de um teste nuclear.

Em ótica de raios-X , ótica de raios gama e ótica de nêutrons , um colimador é um dispositivo que filtra um fluxo de raios de modo que apenas aqueles que viajam paralelamente a uma direção especificada têm permissão para passar. Os colimadores são usados ​​para imagens de raios X, raios gama e nêutrons porque é difícil focar esses tipos de radiação em uma imagem usando lentes, como é rotina com radiação eletromagnética em comprimentos de onda ópticos ou quase ópticos. Colimadores também são usados ​​em detectores de radiação em usinas nucleares para torná-los direcionalmente sensíveis.

Formulários

Como um colimador Söller filtra um fluxo de raios. Acima: sem colimador. Embaixo: com um colimador.

A figura à direita ilustra como um colimador Söller é usado em máquinas de nêutrons e raios-X. O painel superior mostra uma situação em que um colimador não é usado, enquanto o painel inferior apresenta um colimador. Em ambos os painéis a fonte de radiação está à direita, e a imagem é gravada na placa cinza à esquerda dos painéis.

Sem um colimador, raios de todas as direções serão registrados; por exemplo, um raio que passou pelo topo da amostra (à direita do diagrama), mas está viajando para baixo, pode ser registrado na parte inferior da placa. A imagem resultante será tão borrada e indistinta que se tornará inútil.

No painel inferior da figura, um colimador foi adicionado (barras azuis). Pode ser uma folha de chumbo ou outro material opaco à radiação que chega com muitos orifícios minúsculos perfurados ou, no caso dos nêutrons, pode ser um arranjo em sanduíche (que pode ter até vários metros de comprimento - ver ENGIN-X ) com muitas camadas alternando entre o material de absorção de nêutrons (por exemplo, gadolínio ) com o material de transmissão de nêutrons. Isso pode ser algo simples, por exemplo, ar. ou se for necessária resistência mecânica, o alumínio pode ser usado. Se isso fizer parte de um conjunto rotativo, o sanduíche pode ser curvo. Isso permite a seleção de energia além da colimação - a curvatura do colimador e sua rotação apresentarão um caminho reto apenas para uma energia de nêutrons. Somente os raios que estão viajando quase paralelos aos orifícios passarão por eles - quaisquer outros serão absorvidos ao atingir a superfície da placa ou a lateral de um orifício. Isso garante que os raios sejam registrados em seus devidos lugares na placa, produzindo uma imagem nítida.

Para radiografia industrial usando fontes de radiação gama, como irídio-192 ou cobalto-60 , um colimador (dispositivo de limitação de feixe) permite que o radiologista controle a exposição da radiação para expor um filme e criar uma radiografia, para inspecionar materiais para defeitos. Um colimador, neste caso, é mais comumente feito de tungstênio e é classificado de acordo com quantas camadas de meio valor ele contém, ou seja, quantas vezes ele reduz a radiação indesejável pela metade. Por exemplo, as paredes mais finas nas laterais de um colimador de tungstênio 4 HVL com 13 mm (0,52 pol.) De espessura reduzirão a intensidade da radiação que passa por elas em 88,5%. A forma desses colimadores permite que a radiação emitida viaje livremente em direção ao espécime e ao filme de raios-X, enquanto bloqueia a maior parte da radiação emitida em direções indesejáveis, como em direção aos trabalhadores.

Limitações

Colimador para um fluxo de nêutrons , ciclotron da Universidade de Washington

Embora os colimadores melhorem a resolução , eles também reduzem a intensidade ao bloquear a radiação de entrada, o que é indesejável para instrumentos de sensoriamento remoto que requerem alta sensibilidade. Por esta razão, o espectrômetro de raios gama no Mars Odyssey é um instrumento não colimado. A maioria dos colimadores de chumbo deixa passar menos de 1% dos fótons incidentes. Têm sido feitas tentativas para substituir os colimadores por análises eletrônicas.

Em radioterapia

Colimadores (dispositivos de limitação de feixe) são usados ​​em aceleradores lineares usados ​​para tratamentos de radioterapia . Eles ajudam a moldar o feixe de radiação que emerge da máquina e podem limitar o tamanho máximo do campo de um feixe.

A cabeça de tratamento de um acelerador linear consiste em um colimador primário e secundário. O colimador primário é posicionado depois que o feixe de elétrons atingiu uma orientação vertical. Ao usar fótons, ele é colocado após o feixe passar pelo alvo de raios-X. O colimador secundário é posicionado após um filtro de achatamento (para terapia de fótons) ou uma folha de dispersão (para terapia de elétrons). O colimador secundário consiste em duas mandíbulas que podem ser movidas para aumentar ou minimizar o tamanho do campo de tratamento.

Novos sistemas envolvendo colimadores de múltiplas folhas (MLCs) são usados ​​para dar forma a um feixe para localizar campos de tratamento em radioterapia. Os MLCs consistem em aproximadamente 50-120 folhas de placas colimadoras de metal pesadas que deslizam no lugar para formar o formato de campo desejado.

Calculando a resolução espacial

Para encontrar a resolução espacial de um colimador de furo paralelo com um comprimento de furo,, um diâmetro de furo e uma distância para o objeto de imagem , a seguinte fórmula pode ser usada

onde o comprimento efetivo é definido como
Onde está o coeficiente de atenuação linear do material do qual o colimador é feito.

Veja também

Referências