基于CdZnTe像素阵列探测技术的伽玛源成像

根据高能射线针孔成像理论,采用CdZnTe像素阵列探测器建立了直接成像探测模式的伽玛源针孔探测系统。测试分析了CdZnTe像素阵列探测器的能量分辨力及峰值效率,讨论研究了针孔成像探测系统的调制传递函数和附加噪声特性,测试获得直径5mm137Cs源的探测图像,采用Lucy-Richardson迭代算法得到了137Cs源的复原图像。实验结果表明:CdZnTe探测器对662keV137Cs源的能量分辨力为6.25%～7.50%,峰值效率65.0%～72.5%;成像系统探测图像存在一定扩散现象,所采用的Lucy-Richardson迭代复原算法能较好地修正图像扩散,提高探测图像中心区域细节分辨力;估算所得137Cs源尺寸误差约0.5mm,所建立的CdZnTe针孔成像探测系统能有效得到小尺寸伽玛源的辐照强度分布及尺寸信息。     

条纹管激光成像系统空间分辨力实验研究

简要分析了非扫描激光成像的技术优势,介绍了利用条纹管实现非扫描激光成像的工作原理,说明了图像空间分辨力与系统距离精度的对应关系。对影响图像空间分辨力的主要因素进行了理论分析,得到了系统总空间分辨力与各单元器件空间分辨力和放大倍率的对应关系,在此基础上,对现有条纹管成像系统进行了相应的计算,得到了空间分辨力的理论预期值;最后,提出了一种基于分辨力板成像的系统空间分辨力测试方法,设计了相应的验证实验,对实测图像进行了去噪处理和数据分析,得到了图像的衬比度传递函数(CTF)曲线,通过衬比度传递函数分析,计算出了成像系统的实际空间分辨力,并将实测的分辨力数据与理论值进行了对比分析。     

用于高能X光测量的Si-PIN阵列探测器

设计了用于高能X光测量的小面积PIN硅光电二极管线列探测器,通过理论计算和EGSnrc蒙卡软件模拟分析了Si-PIN的探测灵敏度、线性电流和时间响应。根据理论研究可知,该探测器适用于大注量率、高能轫致辐射光的空间分辨力(3 mm)和时间分辨力(8 ns)的测量。并在理论设计的基础上进行了部分实验,采用小面积PIN硅光电二极管和放大电路,在"神龙一号"直线感应加速器上进行高能X光的测量,初步得到了PIN硅光电单元的响应结果,为线列小面积PIN光电管阵列的实用设计提供优化基础。     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量--调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重...     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量——调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重的次级粒子相互串扰的现象,而在阵列之间加入铅介质能够减少这种效应;但另一方面,若所加铅层太厚又会导致成像探测器像素过大而使得空间分辨率下降.通过模拟计算得出:只要在阵列之间加入适当厚度的铅介质,既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰,同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率.     

基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究

为了将数字平板探测器应用到高能X射线成像无损检测,通过实验研究了平板探测器的噪声和动态范围。设计了基于平板探测器的高能X射线成像系统。通过实验研究了电子直线加速器对数字平板探测器图像采集的束流触发同步问题。     

碘化汞材料固有空间分辨的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法模拟了直接转换X射线探测材料HgI2在医用X射线范围的固有空间分辨性能,模拟基于最新版本的EGSnrc模拟软件的用户代码DOSRZnrc,模拟了HgI2材料对无限小锥束入射X射线的调制传递函数(MTF)。考虑到荧光光子和散射光子重吸收,高速电子射程扩展以及离轴X射线入射对空间分辨力的影响,把模拟结果和文献解析方法获得的结果做了对比,两者符合较好。模拟结果表明,初级高速电子射程和入射角度对材料固有空间分辨力影响很大,材料分辨对入射X光子能量很敏感,高能时分辨力特性急剧变差,而对材料厚度很不敏感。相对于非晶硒(α-Se),HgI2材料具有更好的固有空间分辨力,尤其在50 keV能量以上时。在fMTF=0.5时,能量为20 keV,50 keV和100 keV的X射线入射,HgI2和非晶Se固有空间分辨力分别为390 lp/mm,170lp/mm,52 lp/mm和390 lp/mm,80 lp/mm,22 lp/mm。     

KBA X射线显微镜分辨力模型

 综合考虑了几何像差、衍射效应和加工精度等因素对KBA X射线显微镜分辨力的影响,构建了分辨力模型。通过光线追迹模拟得到了不同视场位置的边缘响应函数,以20%～80%的评价标准确定了几何像差分辨力。由构建的空间分辨力模型得到理论分辨力。KBA X射线显微镜整个视场几何像差分辨力、理论分辨力和实测分辨力基本一致。用单层膜KBA 显微镜获得的X射线成像结果,得出中心视场的分辨力约为4 μm,±100 μm视场的分辨力优于5 μm。实验结果表明,几何像差对空间分辨力影响权重相对较大,是影响空间分辨力的决定性因素,其它因素的影响相对较小。     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

光纤耦合GAGG＿Ce型X射线探测器高分辨成像

闪烁屏信号串扰是影响X射线探测器空间分辨率的主要因素,基于点扩散函数理论对光纤耦合GAGG_Ce单晶闪烁屏型CCD/CMOS探测器的空间分辨率进行了研究。利用蒙特卡罗程序EGSnrc和光学仿真软件Zemax分别对GAGG_Ce单晶闪烁屏射线串扰和荧光串扰进行了仿真。仿真结果表明,对于低能X射线辐射成像,荧光串扰是影响探测器空间分辨率的最主要因素。此外,研究了通过降低光纤面板数值孔径以抑制荧光串扰的方法,得到了光纤面板数值孔径与探测器空间分辨率和X射线转换因子间的关系,并通过自制CCD探测器测试验证了仿真结果的正确性。     

杆箍缩二极管X射线焦斑的成像法测量

 X射线源的焦斑尺寸是反映杆箍缩二极管射线源成像性能的重要参数。利用针孔成像法对MeV级脉冲X射线源的焦斑进行了2维图像测量。厚针孔采用直孔段加单锥体结构,直孔段孔径为0.2 mm。对于0.5 MeV的X射线,5倍成像倍率下调制传递函数值为0.5时空间分辨达到2.0 lp·mm^-1。图像采集系统由闪烁体、物镜和CCD相机组成,物镜的成像倍率约0.34。实验结果经过模糊校正后,得到了焦斑的图像和调制传递函数。根据调制传递函数值为0.5时对应的空间频率值,给出X射线源焦斑的尺寸。阳极杆直径为1.2 mm时,X射线源焦斑的高斯分布等效直径为0.86 mm。     

公共格栅像素CdZnTe探测器的能谱特性

使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的4×4公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真,研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明:由于小像素效应较弱,较大的像素不能有效消除"空穴拖尾",能谱特性较差;由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失,较小的像素能谱特性也较差。在像素宽度为0.8 mm时,得到了对662keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65。适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动,促进电荷的完全收集,改善探测器的能谱特性。过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加,探测器的能谱特性也会恶化。在像素宽度为0.8mm时最佳偏压为-60V。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。     

针孔相机全场X射线荧光成像的模拟研究

为解决全场X射线荧光(XRF)成像中针孔形状和尺寸的选取问题,采用Geant4软件,模拟了6种不同类型针孔和4种不同的针孔孔径,分析了这些参数对点扩散函数和调制传递函数的影响;模拟了不同能量X射线荧光平面源的成像过程,并用均值滤波和Richardson迭代法对图像进行处理,分析了图像处理的效果。模拟结果表明:对于能量小于20 keV的荧光X射线,双锥孔结合直孔模型的点扩散函数尖锐性和等晕性更好,调制传递函数的截止频率更大,空间分辨更好,更适合做全场XRF成像的针孔;均值滤波结合Richardson迭代法的图像处理算法对全场XRF图像处理的效果较好。     

A desktop X‐ray monochromator for synchrotron radiation based on refraction in mosaic prism lenses

Focusing planar refractive mosaic lenses based on triangular prism microstructures have been used as an alternative approach for wide‐bandpass monochromatization of high‐energy X‐rays. The strong energy dependence of the refractive index of the lens material leads to an analogous energy dependence of the focal length of the lens. The refractive mosaic lens, in comparison with the refractive lens of continuous parabolic profile, is characterized by a higher aperture because of reduced passive material. In combination with a well defined pinhole aperture in the focal plane, the transmittance of photons of an appropriate energy can be relatively high and photons of deviating energy can be efficiently suppressed. The photon energy can be tuned by translating the pinhole along the optical axis, and the bandwidth changed by selecting appropriate pinhole aperture and beam stop. This method of monochromatization was realised at the ANKA FLUO beamline using a mosaic lens together with a 20 µm pinhole and beam stop. An energy resolution of 2.0% at 16 keV has been achieved.     

小孔阵列式太阳敏感器的光学系统设计

微型数字式太阳敏感器光学系统由APS CMOS图像传感器和基于MEMS工艺的小孔阵列式光线引入器组成。图像传感器的分辨率为1024×1024pixel,像素尺寸为10μm×10μm;光线引入器具有微小孔阵列结构,小孔为方形孔,30×30阵列,尺寸为60μm×60μm,间距为250μm。光线引入器采用了MEMS工艺的掩模板制备工艺。针对所设计的光学系统计算了曝光时间,并在此基础上进行了地面成像实验。实验结果表明,光学系统设计合理,保证了敏感器所具有的高精度和大视场。     

Measuring Light Field of Light Source with High Directional Resolution Using Mirrored Ball and Pinhole Camera

This paper presents a method of measuring a light field of a light source with high directional resolution using a mirrored ball and a pinhole camera. The light field describes a spatial and directional distribution of radiances from the light source. The directional distribution is expanded by a reflection on the mirrored ball, and the radiances are measured by a charge-coupled device (CCD) camera with a pinhole lens. The light source is laterally moved by a robot arm to measure the directionally expanded light field, and each pixel on a CCD can obtain the radiances from the light source through the pinhole lens with high directional resolution. The light field is estimated from the pixel value and the position of each pixel using a ray tracing technique. The light field of a krypton lamp was experimentally measured by the proposed method, and the accuracy of the measurement was evaluated against the irradiances measured by a spectro-radiometer at sample points.     

辐射照相系统中转换屏的分辨率研究

 在高能X光辐射照相系统中，通常使用闪烁体材料的转换屏将X光转换为可见光进行探测。建立了转换屏空间分辨率的计算模型，模拟了转换屏的空间分辨率随屏的厚度、材料及X光子能量的变化关系，为系统的设计提供了参数。     

Development of a pinhole gamma camera for environmental monitoring

The collimator design for a nuclear monitoring system should be considered differently from the collimator design for medical environments because it has to be used in high-energy radiation environments. The purpose of this study was to determine the optimum pinhole design and to evaluate its performance for acquiring good-quality image in a high-energy radiation field. Simulations using the Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) were performed to model the pinhole gamma camera system. The gamma camera consists of a pyramid-shaped lead collimator with a tungsten pinhole insert, and a CsI(Tl) scintillation crystal with thickness of 6.0 mm and area of 50.0 mm × 50.0 mm. The acceptance angle of the pinhole collimator and the distance from pinhole to scintillator crystal were set to 45° and 60 mm, respectively. The intrinsic spatial resolution and sensitivity were simulated by changing the pinhole diameter and channel height. The point source was located 60 mm above the center of the pinhole, and the transmitted image was estimated for pinhole diameter values from 2.0 mm to 4.0 mm, while the channel heights were fixed between 2.0 mm and 6.0 mm. The optimal ranges of channel height and pinhole diameter were determined by evaluating the intrinsic resolution and sensitivity tradeoff curves. The pinhole parameters were selected based on these analyses, and we verified the simulation results through experimental tests of three types of collimators (general purpose, high sensitivity, and high resolution). The simulated and experimental results agreed, with discrepancies of 4.5% and 6.4% in the sensitivity and spatial resolution, respectively. The results demonstrate that the pinhole collimator designed in this study could be utilized to perform radiation monitoring.