高能闪光照相中网栅相机的性能分析

针对闪光照相基本布局, 从照相物理过程出发, 确立网栅相机下含各种物理参量的成像公式。为了获得尽量简化的成像公式, 采用数值模拟和理论分析方法, 探讨了网栅相机在抑制噪声、散射和模糊等方面的能力及其使用方法。结果表明:网栅相机不仅具有灵敏度高、降散射能力强和模糊小的特点, 采用有/无陡坡准直器和客体的两次照相可以获得主要含光源模糊的透射率图像, 极大减少了图像分析中的不确定性因素。     

基于法国实验客体的X射线准直技术研究

通过研究法国实验客体(FTO)的闪光照相过程,设计了静态照相过程中采用的准直措施,除传统的一二级准直体外,还通过添加三级准直体来进一步控制入射到客体边缘部分的X射线,从而降低散射的影响。蒙特卡罗方法模拟结果表明,采用三级准直技术可以有效地控制散射的影响,图像接收平面各边界的直散比有了明显的提升。     

一种中能闪光照相降散射网栅的设计及实验验证

利用蒙特卡罗方法提出了一种厚度2 mm的钨制降散射网栅设计方法,采用精密机械钻孔技术实现了幅面52 mm×52 mm网栅研制,并基于450 k V中能X光机实验平台开展了网栅降散射能力闪光照相实验,同时采用蒙特卡罗方法进行了数值模拟验证。成像实验结果显示,使用该网栅后中能闪光照相图像质量发生实质性改善,样品芯部界面清晰度得到显著提升。数值模拟结果表明,使用降散射网栅后,辐射成像任意位置的散射灰度均低于直穿灰度,二者之比较无网栅状态下降约74.7%。     

用于闪光照相的准直器设计及性能

为了实现高度准直同时较好地保留飞层界面信息,针对高能闪光照相实验中常用的准直技术,改进了设计方法,以法国实验客体(FTO)为例,利用蒙特卡罗程序对光子电子耦合输运过程进行数值模拟实验,验证了所提出的准直器的性能,对采用该准直器技术下的模拟照相结果进行了准直器光程扣除方法研究,结果表明:改进的准直器将客体芯部区域的散射照射量降低99.8%,接收平面处的客体信号动态范围降低99.7%,同时在图像中完整地保留了客体外界面信息;对准直器轴向分层照相的方法可以获得误差小于0.1的客体光程。     

闪光照相中校正准直器的研究

用闪光照相技术诊断内爆动力学实验时，存在着一些难以克服的困难：动态量程约为10^4，散射过强而将信号光束淹没。FTO客体边缘部分是形成客体散射的主要部分，也是动态量程大的主要原因。使用校正准直器具有一举两得的效果：既降低动态量程，又减小客体的散射。后保护器件和客体边缘部分是散射的主要来源。校正准直器的使用，使得入射到后保护器件的直接X射线和散射X射线都减少，有效地降低后保护器件的散射。     

高能闪光射线源空间位置抖动实验测量

高能闪光照相中光子散射会导致接收图像清晰度降低,影响照相客体界面和密度的分辨精度。使用网栅相机可显著降低散射光子影响,提高图像分辨能力,但同时要求X射线源空间位置更加稳定以减少信号光子在网栅结构中的损失。采用小孔成像的方法测量神龙一号直线感应加速器X射线源焦斑分布,计算焦斑的质心位置和半高全宽大小,分析电子束聚焦状态改变对X射线源空间位置和大小的影响。实验结果表明,电子束聚焦状态改变会导致射线源质心位置及尺寸大小发生明显变化。在恒定聚焦状态下,源质心抖动及大小变化均可稳定在较小范围。 ;     

X射线束斑强度分布对EDXRF分析精度影响研究

能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱法分析复杂背景样品中的低含量元素时,X射线散射产生的干扰会影响系统检测精度,而X射线散射与X射线束斑强度密切相关。利用微光像增强器采集了不同工作电流下X射线束斑的投影图像,用投影光斑外围杂散射线强度表征X射线散射强度,分析得到了减小X射线束斑强度的两种方式,即降低X射线管工作电流和减小准直器孔径。通过实验对比发现,利用EDXRF法分析样品中低组分元素时,用减小准直器孔径的方法来降低X射线散射,要比降低X射线管电流的方式更加有效,且减小准直器孔径的同时增大X射线管工作电流能够提高系统检测精度。实验结果表明,该方法检测土壤中微量元素Cr时,实际相对误差为0.9%~6.6%,相对标准偏差为0.7%~1.5%,经过t检验,p0.05,测试结果在统计学上与标准样品结果无显著差异。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

 对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模，利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程，得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源，对于任意一点，后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射，这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射，表明坡度准直器是一个很好的降散射器件，能有效提高图像质量。     

FTO客体3m闪光照相的Monte Carlo研究

 研究了客体模型FTO的闪光照相系统X光输运过程，给出了直穿照射量、散射照射量、直散比、直穿照射量能谱、散射照射量能谱、直穿X光通量能谱和散射X光通量能谱在记录平面的空间分布。结果表明：后锥是照射量散射成分的主要来源，后锥照射量占总散射量97%；后锥也是造成散射的空间分布不均匀的主要器件，这一不均匀性高达58%。照相系统的最小直散比非常小，表明锥造成的散射已经严重地淹没了直穿（轫致辐射）信号。计算中使用高空间分辨率记录法进行分点，合成图像对吸收系数的复原结果与国外报道的结果相符。     

闪光照相散射模拟结果实验检验

在介绍照射量计算方法的基础上,依据散射的主要来源,给出了一种从实验上检验蒙特卡罗散射模拟精度的方法。该方法的核心是:构造一对有关联的照相布局二者具有相同的直穿强度和不同的散射强度,两种照相布局的成像图像之差对应于它们的散射之差,其中前者可以用实验测量得到而后者可以用蒙特卡罗模拟得到,我们对三组客体模型进行了闪光照相实验和蒙特卡罗数值模拟,发现每一种客体模型下的成像图像之差及散射之差的分布形状都非常相似,并且具有几乎一致的比例系数约为4.95。     

闪光照相中MeV级网栅的设计

 通过理论分析,确定了MeV级多孔网栅的设计目标、拟采用的照相布局及图像接收系统。在此基础上,通过蒙特卡罗模拟和理论分析,确定了网栅的主要参数,包括网栅厚度、孔径与孔间距和W薄片厚度,并研究了加工误差和非理想照相因素对网栅性能的影响,最后给出了原理样机的设计参数。针对原理样机开展了数值模拟,利用模拟图像进行了网栅图像修补与插值等图像预处理工作,初步验证了原理样机在实际应用中的可行性。     

一种中能辐射照相降散射网栅的改进及验证

为提高中能闪光照相实验能力，给高能闪光照相的网栅设计制造提供新的思路，结合前期2 mm厚网栅降散射的研究成果，通过同时考虑网栅投射立体角的有阻挡和无阻挡部分，分析了不同光子能量下网栅厚度对降散射效果的影响，并设计制造了一种具有更高网栅比的网栅。采用100 kV光源对空心球体成像的实验验证其降散射效果，结果表明，网栅使图像对比度获得近1倍提升。采用实际的实验布局作为输入开展了蒙特卡罗模拟，验证比较了新设计网栅降散射效果，其降散射比高达1000∶1。     

闪光照相中侧向散射的数值模拟

散射是闪光照相诊断技术中需要重点考虑的一个关键性问题,弄清散射的影响因素及其来源对于提高客体信息诊断精度具有十分重要的促进作用。针对法国实验客体照相系统,采用蒙特卡罗方法,系统研究了侧向散射的影响因素及其来源。结果表明:在没有侧向保护器的情况下,前保护器是侧向散射的主要来源,对任一点,前保护器的散射贡献均达到50%以上,并且侧向散射沿光轴方向呈递增或递减分布。在有侧向保护器情况下,侧向散射照射量有所减小,在与光轴垂直方向呈中间高两边低的单峰分布。增大侧向记录距离不一定带来侧向散射的降低。在适当的记录距离下,得到了较为均匀的散射分布。     

模糊和散射对闪光照相边界检测的影响

借助蒙特卡罗方法模拟闪光照相过程,研究了模糊和散射因素对边界检测的影响。结果表明:模糊与边界退化量的变化关系依赖于相邻飞层的材料、密度和尺寸;相同客体结构下,模糊越大,边界退化量也越大;客体结构不同,相同模糊下的边界退化量也不同;散直比越大,散射对边界检测结果的影响也越大,当散直比大于50时,散射引起的边界检测误差超过1个像素。     

质子照相中基于能量损失的密度重建

提出了一种质子能量在中高能时利用能量损失进行密度重建的方法,并利用Bethe-Bolch公式给出了利用能量损失进行密度重建的方程及条件.针对1.6 GeV的质子能量,通过定量计算常见材料的阻止本领,得出质子能量在1.45–1.6 GeV范围内时,材料的阻止本领的变化率小于1%,可近似为常数.最后,通过理论计算和Geant 4模拟,得出质子能量在1.6 GeV时,可以对面密度为113 g/cm²的缩比法国实验客体进行密度重建.     

闪光照相底片成像非线性校正技术研究

介绍了利用黑密度~穿透光程关系曲线对底片接收方式下的闪光照相图像进行非线性校正的方法. 根据闪光照相成像原理, 在光场均匀、散射均匀的条件下, 图像的黑密度是照相客体的穿透光程的单调函数. 当有一定的散射分布时, 相当于校正图像中叠加了一本底成分, 利用先验知识可以扣除. 因此可以用黑密度~穿透光程关系曲线进行闪光照相图像的非线性校正. 利用本方法对一三棱柱照相客体的图像进行了非线性校正, 处理结果证实了该方法的有效性.