Кіріспе

Сәулені тарылтатын немесе түзетуге арналған құрылғы. Коллиматор – бөлшектер немесе толқындар сәулесін тарылтатын құрылғы. Тарылту дегеніміз – қозғалыс бағыттарының белгілі бір бағытта бірігуі (яғни, коллимдеуленген жарық немесе параллель сәулелер жасау) немесе сәуленің кеңістіктік қимасының кішіреюі (сәуле шектегіш құрылғы).

Тарих

Ағылшын физигі Генри Кэтер жүзуші коллиматорды ойлап тапты, ол практикалық астрономияға зор қызмет етті. Ол өзінің өнертабысы туралы 1825 жылдың қаңтарында хабарлады. Баяндамасында Кэтер Карл Фридрих Гаусс пен Фридрих Бесселдің осы саладағы бұрынғы жұмыстарын еске алды.

Оптикалық коллиматорлар

Оптикада коллиматор қисық айна немесе линзадан, жарық көзінен және/немесе оның фокусындағы бейнеден тұруы мүмкін. Бұл шексіздікте орналасқан нысананы аз немесе мүлдем параллакссыз көшіру үшін қолданылады. Жарықтандыруда коллиматорлар әдетте бейнелемейтін оптика принциптерін пайдаланып жасалады. Оптикалық коллиматорлар басқа оптикалық құрылғыларды калибрлеуге, барлық элементтердің оптикалық ось бойынша дұрыс орналасқандығын тексеруге, элементтерді дұрыс фокусқа келтіруге немесе бинокль немесе қарудың оғы мен нысанасы сияқты екі немесе одан көп құрылғыларды сәйкестендіруге пайдаланылуы мүмкін. Геодезиялық камера өз сенімді белгілерін фотограмметриядағыдай негізгі нүкте анықтайтындай етіп орнату арқылы коллимациялануы мүмкін. Оптикалық коллиматорлар қару нысанасы ретінде де қолданылады, олар – крест немесе басқа ретикул оның фокусында орналасқан қарапайым оптикалық коллиматор. Көрермен тек ретикулдың бейнесін ғана көреді. Оны екі көзі ашық, бір көзі коллиматорға қарап, бір көзі ашық және басын қозғап, нысананы және коллиматорды кезекпен көру үшін, немесе бір көзімен нысана мен коллиматорды бір уақытта ішінара көру үшін пайдалануы керек. Сәуле бөлігіш қосылғанда көрерменге ретикул мен көру өрісін бірге көруге мүмкіндік береді, бұл рефлекторлық нысананы құрайды. Коллиматорлар лазерлік диодтармен және CO2 кесу лазерлерімен де қолданылуы мүмкін. Лазерлік сәуленің жеткілікті когеренттік ұзындығы бар болса, оның дұрыс коллимациясы кесетін интерферометрмен тексерілуі мүмкін.

Рентген, гамма және нейтронды коллиматорлар

Рентгендік оптикада, гамма сәулелер оптикасында және нейтрондық оптикада коллиматор – сәулелер ағынын сүзгілейтін құрылғы, осылайша тек белгілі бір бағытқа параллель қозғалатын сәулелер ғана өте алады. Коллиматорлар рентген, гамма және нейтрондық бейнелеу үшін қолданылады, себебі линзалар арқылы оптикалық немесе оптикалыққа жақын толқын ұзындығындағы электромагниттік сәулеленуді шоғырландырудай осы типтегі сәулеленуді бейнеге шоғырландыру қиын. Коллиматорлар сондай-ақ ядролық электр станцияларындағы радиациялық детекторларда оларды бағытқа сезімтал ету үшін қолданылады.

Қолданбалар

Оң жақтағы сурет нейтрондық және рентгендік аппараттарда Söller коллиматорының қалай қолданылатынын көрсетеді. Жоғарғы панельде коллиматор қолданылмаған жағдай, ал төменгі панельде коллиматор қолданылған жағдай бейнеленген. Екі панельде де сәулелену көзі оң жақта орналасқан, ал сурет панельдердің сол жағындағы сұр пластинаға түсіріледі. Коллиматорсыз, барлық бағыттан келетін сәулелер тіркеледі; мысалы, сынаманың жоғарғы бөлігінен өтіп (суреттің оң жағында), төмен қарай бағытталған сәуле пластинаның төменгі бөлігінде тіркелуі мүмкін. Соның салдарынан алынған сурет нашар, бұлыңғыр болып, қолдануға жарамсыз болады. Суреттің төменгі панелінде коллиматор (көк түсті жолақтар) қосылған. Бұл кіретін сәулеленуді өткізбейтін қорғасын немесе басқа материалдан жасалған, көптеген кішкентай тесіктері бар құрылым, немесе нейтрондар үшін – нейтрондарды жұтатын (мысалы, гадолиний) және нейтрондарды өткізетін материалдардың кезектесіп орналасқан көп қабатты құрылымы (мұндай құрылым бірнеше метрге дейін жете алады; ENGIN X-ке қараңыз). Бұл құрылым қарапайым ауадан жасалуы мүмкін; егер механикалық тұрақтылық қажет болса, алюминий сияқты материал қолданылуы мүмкін. Егер бұл құрылым айналмалы механизмнің бөлігі болса, құрылым иілген болуы мүмкін. Бұл коллимациядан өзге энергияны таңдауға да мүмкіндік береді; коллиматордың қисықтығы мен айналуы тек бір энергиядағы нейтрондарға ғана тікелей жол ұсынады. Тесіктерге дерлік параллель бағытта қозғалатын сәулелер ғана олардан өтеді, ал қалғандары тесіктің қабырғасына соғылып сіңіріледі. Бұл сәулелердің пластинада дұрыс орналасуын қамтамасыз етеді, нәтижесінде анық сурет алынады. Иридий-192 немесе кобальт-60 сияқты гамма-сәулелену көздерін қолданатын өнеркәсіптік радиографияда коллиматор (сәулені шектеу құрылғысы) радиологқа сәулеленудің мөлшерін бақылауға мүмкіндік береді, пленканы әсер етіп, материалдардағы ақауларды анықтау үшін радиография жасауға болады. Бұл жағдайда коллиматор көбінесе вольфрамнан жасалады және оның жартылай мөлшерлік қабаттарының саны бойынша бағаланады, яғни сәулеленудің негізгі бөлігін қанша рет жартылай азайтады. Мысалы, 4 HVL вольфрам коллиматорының ең жұқа қабырғалары олар арқылы өтетін сәулеленудің қарқындылығын 88,5%-ға азайтады. Бұл коллиматорлардың пішіні сәулеленудің сынамаға және рентген пленкасына еркін жетіп, жұмысшыларға қарай немесе басқа қажетсіз бағытта таралуын тоқтатуға мүмкіндік береді.

Шектеулер

Коллиматорлар ажыратымдылығын жақсартса да, келіп түсетін сәулеленуді тоқтату арқылы интенсивтілігін азайтады, бұл жоғары сезімталдық қажет болатын қашықтықтан сезіктеу құралдары үшін тиімсіз. Сондықтан, Марс Одиссея ғарыш кемесіндегі гамма-сәуле спектрометрі коллимацияланбаған құрал болып табылады. Көптеген қорғасын коллиматорлар кіріп келетін фотондардың 1%-дан да аз бөлігін өткізеді. Коллиматорларды электрондық талдаумен алмастыруға әрекеттер жасалған.

Сәулелену терапиясында

Коллиматорлар (сәулені шектеуге арналған құрылғылар) сәулелік терапияда қолданылатын сызықтық үдеткіштерде пайдаланылады. Олар машинадан шығатын сәулелену сәулесін қалыптастыруға көмектеседі және сәуленің максималды өрісін шектей алады. Сызықтық үдеткіштің өңдеу бөлігі бастапқы және екіншілік коллиматордан тұрады. Бастапқы коллиматор электрондық сәуле тік бағытқа келгеннен кейін орналастырылады. Фотондар қолданғанда, ол сәуле рентгендік мақсаттан өткеннен кейін орналастырылады. Екіншілік коллиматор тегістеу сүзгісінен (фотондық терапия үшін) немесе шашырату фольгасынан (электрондық терапия үшін) кейін орналастырылады. Екіншілік коллиматор екі жақтан тұрады, оларды өңдеу өрісінің мөлшерін ұлғайту немесе азайту үшін жылжытуға болады. Радиотерапияда емдеу өрісін локализациялау үшін көп жапырақты коллиматорларды (МЖК) қолданатын жаңа жүйелер сәулені одан әрі қалыптастыруға пайдаланылады. МЖК-да шамамен 50–120 ауыр металл коллиматор пластиналары бар, олар қажетті өріс пішінін жасау үшін өз орнына жылғады.