转换屏背底散射对图像对比度的影响

在X光图像探测系统中，通常采用把X光转换为可见光、对可见光进行探测的方法来完成对X光的探测。在转换过程中，一般采用各种类型、结构的荧光屏来完成将X光转换为可见光的过程，而在高能X光的探测系统中，则常采用量子效率高、原子序数大的材料如CsI：T1晶体作为转换屏。由于转换屏存在一定的厚度，所发出的可见光将会在转换屏内部进行全方位的传播，一部分照射到转换屏背底的可见光被散射后进入图像记录系统，     

M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜的制备及性能研究

X射线成像在生命科学和物质微结构分析等许多方面有着非常重要的应用,X射线成像仪器核心部件之一为X射线-可见光转换屏。透明闪烁薄膜是实现高空间分辨率X射线成像的一条有效途径。铕掺杂M′型LuTaO_4是一种性能优越的闪烁材料,其密度高达9.75g·cm~(-3),化学性质稳定,辐照硬度大,有望制备成透明薄膜型高空间分辨率X射线转换屏。以2-甲氧基乙醇为溶剂、PVP为胶粘剂,采用溶胶-凝胶法成功制备出M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜,并对透射率、光致发光、X射线激发发射光谱和空间分辨率等一系列的薄膜性能进行表征。经过8次旋涂之后,膜层均匀、无裂纹,厚度为2.1μm,发光波段的透射率为70%以上,成像空间分辨率达到1.5μm。将厚膜作为X射线-可见光转换屏,成功对果蝇进行了X射线成像,其复眼结构清晰可见。此外,紫外和X射线激发下闪烁膜的发光特性研究表明,该厚膜具有优良的发光性能,已基本满足高分辨率X射线成像的要求,有望在显微X射线成像方面获得很好应用。     

用于高能X光转换的掺Tb3+硅酸盐发光玻璃性能研究

在高能的数字X射线成像系统中使用的X光-可见光转换屏具有相当重要的作用,直接影响成像系统的性能。针对特殊用途研制的一种掺Tb^3 硅酸盐发光玻璃转换屏．可用于能量高达30McV的γ光子的成像探测：在百keV级的低能X光作用下的空间分辨力与301型发光玻璃相当．而在能量高达12MeV X光的照射下,其空间分辨力不低于1．51p／mm,发光效率约为301型发光玻璃的3倍．并对发光玻璃的相关性能与其组成进行了实验研究,给出了相应的测量结果。     

新型掺Tb3+硅酸盐发光玻璃的研制

在数字X射线成像系统中使用的X光-可见光转换屏具有相当重要的作用，其性能直接影响成像系统的性能。针对特殊用途开发了一种新型掺Tb^3 硅酸盐发光玻璃转换屏，可用于30MeV的γ光子的成像探测；在低能X光(100keV)作用下的空间分辨能力与301型发光玻璃相当，而在能量高达12MeV的X光的照射下，其空间分辨能力不低于1．5lp／mm，发光效率约为301型发光玻璃的3倍。并对其性能进行了实验研究，相应的测量结果为：SiO2的质量分数达到50％以上时才能得到玻璃性质较好的材料．并使发光性能得到提高，BaO和Cs2O的质量分数接近相等的条件下，Tb^3 离子的质量分数为10．5％时发光性能最好；适量的Gd^3 离子可以敏化Tb^3 发光，也能增加玻璃密度，而Ce^3 离子可以降低发光的余辉；其它的微量元素则主要影响玻璃的熔融温度。     

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。     

基于ZnO:In纳米棒阵列的X射线闪烁转换屏制备与性能研究

为了满足高能物理和核物理领域在探究一些超快物理事件时,对兼顾高时间和高空间分辨的X射线闪烁转换屏的迫切需求,本文利用磁控溅射和水热反应法制备了ZnO:In纳米棒阵列X射线闪烁转换屏,并对其进行氢气氛下的等离子处理优化其闪烁发光性能.X射线激发发射谱显示ZnO:In纳米棒阵列具有395 nm的紫外发光和450—750 nm的可见发光两个发光峰,同时表明氢气氛等离子体处理可显著增强ZnO:In纳米棒阵列的紫外发光,抑制其可见发光.发光衰减时间测量表明,ZnO:In纳米棒阵列紫外发光衰减时间在亚纳秒级,其可见发光衰减时间在纳秒级,两者均可满足高时间分辨的X射线探测需求.在上海同步辐射光源的X射线空间分辨率测试表明,在能量为20 keV的X射线光束辐照下,厚度为12μm的ZnO:In纳米棒阵列作为X射线闪烁转换屏可达到1.5μm的系统空间分辨率.本研究表明利用ZnO:In纳米棒阵列作为X射线闪烁转换屏是实现兼顾高时间和高空间分辨的X射线探测与成像的一种可行方案.     

部分相干X光傅里叶变换鬼成像研究

鬼成像中通常是采用相干光辐照散射屏获取赝热光源,但是在X光波段,赝热光源的入射光为部分相干光,其空间部分相干性会对成像质量产生较大影响。采用高斯谢尔模型,理论分析了入射光的部分相干性对赝热X光二阶关联函数的影响,同时给出了基于统计光学的模拟结果,与理论结果吻合,均表明X光空间相干性会影响鬼成像的可见度和分辨率。在空间相干性有限的情况下,通过在散射屏前置尺寸与X光横向相干尺寸相当的针孔可以抑制部分相干性的影响,提高X光傅里叶变换鬼成像的可见度,将有利于实现X光傅里叶变换鬼成像技术的广泛应用。     

硬X光光电成像系统面密度分辨能力

 针对基于将X光转换成可见光接收的硬X光光电成像系统,研究了系统面密度分辨能力的理论模型,获得了系统面密度分辨能力的上下限的表达式;建立了对硬X光成像系统对面密度分辨能力的测量方法。利用自制面密度分辨率板,实验测量了由射频X光机、转换屏、光纤锥耦合和CCD相机组成的硬X光光电成像系统在不同照射量下的面密度极限分辨能力的上下限值。实验结果与理论分析模型分析趋势一致,在未饱和条件下面密度分辨力上限随着照射量的增加而不断增加,而面密度分辨力下限随着照射量的增加将减小。     

电子俘获型红外上转换屏

利用溶液悬浮分层提取技术获得粒度较为一致的电子俘获材料（ＥＴＭ）粉末，考虑ＥＴＭ屏空间分辨率、红外→可见发光亮度、ＥＴＭ化学稳定性和膜层均匀性等主要因素，采用不同方法制作了ＥＴＭ屏，较好地解决了ＥＴＭ膜层均匀性及器件封装后的化学稳定性等问题，并通过测试比较，提出了一种兼顾空间分辨率和红外上转换发光亮度的微镶嵌屏制作技术方案．     

高能质子照相中面密度的测量和不确定性分析

 依据洛斯·阿拉莫斯国家实验室的质子照相概念，通过研究高能质子与物质的相互作用规律，给出了质子照相确定面密度的计算公式及其不确定性分析，阐述了质子照相鉴别材料组分的原理。相对于X光照相，质子通过面密度较大的物体后的通量明显增加，界面探测和密度重建更加准确。研究了多库仑散射和磁透镜系统的色散对质子照相空间分辨率的影响及解决途径。结果表明，高能质子照相在穿透能力、面密度测量、材料的组分识别、空间分辨率等方面都优于X光照相。     

辐射成像系统中图像转换屏与物镜耦合的分析

辐射成像系统中,射线沿闪烁体厚度方向产生的光经过镜头形成一个弥散的像。这通常是此类系统空间分辨的主要限制因素。建立了几何光学成像模型,描述了近心光路中此图像的空变特性。用点扩散函数均方根半径表征系统空间分辨性能,给出了图像点扩散函数均方根半径的表达式,其与闪烁体厚度、折射率、镜头相对孔径、成像倍率、射线入射点相对位置直接相关。将硅酸镥晶体3维发光强度分布与镜头进行耦合,分析了闪烁体发光强度分布对耦合的影响。采用点扩散函数均方根半径为最小的原则,建立了一个推导闪烁体相对于物镜放置在最佳位置的方法。     

环形电子束积分图像诊断技术

 采用图像诊断方法对高能环形电子束形状及空间尺寸进行了研究,以高能脉冲环形电子束轰击高Z靶材料产生脉冲X射线,X射线经过X射线增感屏转换为可见光,用单次图像采集系统获取可见光的积分图像。为满足诊断所需的空间分辨和系统灵敏度,通过理论计算确立了靶的材料、厚度及X射线增感屏的型号和厚度等参数。根据测试环境,设计了系统的现场安装结构,系统基本满足测试要求。分析从实验中获取的图像,可知环形电子束的内径为36.5 mm,环厚为1 mm,环形不均匀,水平方向电子束强。     

中子半影成像的闪烁体阵列空间分辨力模拟

为了比较3种闪烁体探测器的性能,利用蒙特卡罗方法计算了不同光纤直径的闪烁体阵列的空间分辨和能量沉积。模拟结果表明:相同光纤直径的普通液体闪烁体阵列空间分辨力比塑料闪烁体阵列提高了约0.1 mm,而氘代液体闪烁体阵列空间分辨力约为普通液体闪烁体阵列的1/2;富氢闪烁体的能量沉积比氘代闪烁体高;闪烁体光纤直径越小,分辨力越好;闪烁体越厚,光产额越高。     

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。     

快中子照相中的点扩展函数计算

 快中子照相中，基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板，计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数，对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明，在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时，点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时，计算还表明在一定的分辨率范围内，由于荧光收集效率的限制，闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。     

An experimental study of the relative response of plastic scintillators to photons and beta particles

A scintillation counting system has been constructed with the use of BC-400 and EJ-212 series plastic scintillators along with a subminiature photomultiplier tube to investigate the effect of increasing plastic scintillator thickness on system-integrated counts. Measurements have been carried out using four different gamma sources with different energies ranging from 6 keV to 1.332 MeV and a Ni-63 beta source with a maximum energy of 66 keV. Scintillator thicknesses ranged from 10 μm to 2500 μm. The response of the system was determined by measuring the integrated counts as a function of scintillator thickness. These experimental findings were used to empirically determine the optimum thickness of scintillator material with which to build a low energy beta detector which discriminates against high energy gamma photons in a mixed radiation field environment.     

A multiplexed high‐resolution imaging spectrometer for resonant inelastic soft X‐ray scattering spectroscopy

The optical design of a two‐dimensional imaging soft X‐ray spectrometer is described. A monochromator will produce a dispersed spectrum in a narrow vertical illuminated stripe (～2 µm wide by ～2 mm tall) on a sample. The spectrometer will use inelastically scattered X‐rays to image the extended field on the sample in the incident photon energy direction (vertical), resolving the incident photon energy. At the same time it will image and disperse the scattered photons in the orthogonal (horizontal) direction, resolving the scattered photon energy. The principal challenge is to design a system that images from the flat‐field illumination of the sample to the flat field of the detector and to achieve sufficiently high spectral resolution. This spectrometer provides a completely parallel resonant inelastic X‐ray scattering measurement at high spectral resolution (～30000) over the energy bandwidth (～5 eV) of a soft X‐ray absorption resonance.     

一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统

基于塑料闪烁体转换和光学条纹相机的方法建立了一套用于Z箍缩实验中的软X射线条纹图像诊断系统,解决了以往实验中使用的X射线条纹相机易被电磁环境干扰以及相机电极部件易被实验产生的高速粒子损伤的问题.诊断系统的光谱响应范围主要集中在0.2-10 keV,系统的空间分辨率经过理论评估小于120μm,通过标定闪烁体对X射线的时间响应特性给出了系统的时间分辨率约为1 ns.诊断系统拍摄到了铝丝阵内爆等离子体的一维空间和时间分辨的X射线条纹图像,给出了等离子体的内爆一致性和辐射均匀性等特征信息.     

Optimization of an ion-to-photon detector for large molecules in mass spectrometry

Ion packets can be detected in time-of-flight mass spectrometry by collecting the photons that are produced during the impact of the packets with a scintillator. The photon yield is a function of the ion energy. It was found that post-acceleration of the particles in front of the scintillator was an efficient way of increasing signal intensities. For the same total ion energy, the intensities were larger with post-acceleration than when only increasing the initial ion kinetic energy. A venetian blind dynode, converting the primary ion beam into electrons/secondary ions, was also introduced. Positive or negative secondary particles produced on the dynode surface could be accelerated to the scintillator. Electrons were found to give the highest signals. Intensities similar to those measured with microchannel plates were found. The linearity and onset of saturation of the microchannel plates and the ion-to-photon detector were compared. At optimum operating conditions, the ion-to-photon detector gave around 10 times higher signals than the microchannel plates for heavy ions (150 kDa), with similar mass resolution. Copyright 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

硬X射线光子筛波导效应研究

基于快速傅里叶变换光束传播法,研究了硬X射线光子筛中高高宽比金属结构的波导效应,确定了硬X射线光子筛的物理边界条件,采用角谱法计算了硬X射线光子筛的点扩展函数,并分析了吸收体厚度对聚焦性能的影响.研究结果表明波导效应一定程度上有利于抑制光子筛高级衍射的产生,提高聚焦性能.在同样的特征尺寸下,硬X射线光子筛的空间分辨率优于菲涅尔波带片,其缺点是衍射效率的下降.吸收体厚度的提高有利于提高光子筛的聚焦性能和衍射效率,但是相应的纳米加工工艺难度会增加. 关键词： 菲涅尔波带片 硬X射线光子筛 光束传播法 角谱法