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。     

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。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

 在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

闪光照相中散射分布均匀性的影响因素

 为了在客体密度重建过程中采用迭代法扣除散射X射线的影响,提出了以散射分布均匀为主要目的的闪光照相系统设计思想。在介绍散射分布均匀性定义的基础上,分析了均匀扣除散射所带来的光程差。采用蒙特卡罗方法研究了系统放大倍数、照相距离以及后防护锥到图像接收系统的距离对散射分布均匀性的影响。结果表明：后防护锥到图像接收系统的距离是影响散射分布形状和散射照射量大小的一个主要因素;当后防护锥到图像接收系统的距离为55 cm左右时,散射分布均匀性近似最佳,而且照相距离越大,散射分布均匀性越好。这些研究结果可用于实际闪光照相系统的优化设计,在图像接收系统的响应范围内达到使散射分布均匀和降低光源模糊影响的目的。     

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。     

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。     

闪光照相散射定量技术初步研究北大核心CSCD

高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定散射抑制系数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。     

放疗绝对剂量的数学算法模型

本文提出一种通过物理模型计算放疗过程中每一个组织深度处绝对剂量的算法,它可代替蒙特卡罗仿真的部分工作且耗费时间更少.这个算法是基于对照射野内X射线产生电子的能量注量的积分运算,并考虑了射线的能谱及二次散射线,得到了后向散射对表面剂量的贡献比例,同时得到前向散射、后向散射及原射线剂量贡献的关系.比较了二次光子和二次电子的三维能谱,得出该能谱是粒子注量关于粒子能量和粒子运动方向的函数.为了得到每一深度处的光子注量,计算了有连续能谱的X射线的期望质量衰减系数.上述算法计算得到的绝对剂量与蒙特卡罗方式仿真的结果趋势一致,两者的差异在于算法未考虑高于二次的散射线.最后将算法应用到非均匀模体剂量计算,能准确反映其中剂量分布特点且具有较小的误差.     

激光加速质子束对电磁孤立子的照相模拟研究

激光在次稠密等离子中传输, 由于频率下移而被俘获, 从而产生电磁孤立子. 根据先前理论及PIC 模拟给出的孤立子的演化过程, 对不同阶段孤立子的电磁场分布进行了建模. 使用Geant4蒙特卡罗程序, 模拟研究了激光加速产生的能量为几个MeV的质子束对后孤立子的照相. 分析了质子能量, 质子源尺寸等因素对照相结果的影响, 并利用了TNSA加速产生质子束的分幅特性, 开展了时间分辨的孤立子照相模拟研究. 模拟给出的质子照相结果验证了文献中给出的孤立子静电场模型, 为以后在实验上探测孤立子提供了理论依据. 关键词： 超短激光 质子照相 孤立子 蒙特卡罗方法     

高能X射线辐射成像的定量模拟与密度重建

利用蒙特卡罗方法得到的数值图像研究高能X射线辐射成像的密度重建,提出多能X射线源、多材料客体辐射成像的密度重建方法.这种方法不仅能够对包括光源能谱、角分布和尺寸在内的密度重建,而且具有显含质量吸收系数的优点.利用约束共轭梯度算法和变分正则化技术进行法国试验客体的密度重建.结果表明,该方法能够有效地进行高能X射线辐射成像的密度重建,成像光子的能谱效应对于精确的密度重建十分重要.     

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.     

密度提取中吸收系数的使用

 研究了能谱效应的影响，进行了理想的蒙特卡罗(MC)数值闪光照相。在密度提取中使用了3种不同的吸收系数——MC谱光子平均能量对应的单能质量吸收系数、波恩近似公式谱有效质量吸收系数和MC谱有效质量吸收系数。研究结果表明，使用MC谱有效质量吸收系数有效地减小了密度提取中能谱效应的影响。粗略的波恩谱使密度均方根误差小于1.5％，精确的MC谱则获得了均方根误差小于0.5％的理想结果。     

鞘场加速机理中质子束的特性与其初始尺寸的关系

为了研究激光鞘场中质子层的尺寸对质子束特性的影响,本文应用中国工程物理研究院 激光聚变研究中心的二维Particle-In-Cell (2D-PIC)数值模拟程序Flips2D进行了相关数值模拟研究. 研究了质子束总能量随时间的变化,得出了加速持续过程与激光脉冲持续时间的关系; 研究了质子层的宽度对加速后质子束发散角和能谱的影响;研究了质子层的厚与加速后质子束 发散角和能谱的关系;得出了质子层的初始尺寸对加速后质子特性的影响规律.     

高能闪光照相X射线能谱的理论研究

 用Monte-Carlo方法模拟球对称客体系统的闪光照相中X光光子的输运过程。分别在单客体情况和全系统情况下,给出了记录平面上各种光子谱及其在记录平面上的空间分布。结果表明：记录区边缘的谱形与源光子谱形很相似;深穿透区各点之间的谱形差别不大,谱平均光子能量近似相同,并且位于使高Z材料的光子线吸收系数最小的能量范围内。 结果还表明,高能闪光照相的光子能谱会因客体中光子的光程不同而有较大的差别。     

Effect of target composition on proton energy spectra in ultraintense laser-solid interactions

We study how the proton density in a target irradiated by an ultraintense laser affects the proton spectrum, with analytical models and Vlasov simulations. A low relative proton density gives rise to peaks in the energy spectrum. Furthermore, a target with the protons confined to a thin, low density layer produces a quasimonoenergetic spectrum. This is a simple technique for producing proton beams with a narrow energy spread for proton radiography of laser-plasma interactions.     

Generation of multi-wavelength square pulses in the dissipative soliton resonance regime by a Yb-doped fiber laser

Multi-wavelength square pulses are generated in the dissipative soliton resonance(DSR) regime by a Yb-doped fiber laser(YDFL) with a long cavity configuration. The spectral filter effect provided by a passive fiber with low-stress birefringence facilitates the establishment of multi-wavelength operation. Through appropriate control of the cavity parameters,a multi-wavelength DSR pulse can be generated in single-and dual-waveband regions. When the multi-wavelength DSR works in the 1038 nm waveband, the pulse duration can broaden from 2 ns to 37.7 ns. The maximum intra-cavity pulse energy is 152.7 nJ. When the DSR works in the 1038 nm and 1080 nm wavebands, the pulse duration can be tuned from2.3 ns to 10.5 ns with rising pump power. The emergence of the 1080 nm waveband is attributed to the stimulated Raman scattering(SRS) effect. Our work might help a deeper insight to be gained into DSR pulses in all-normal-dispersion YDFLs.     

皮秒激光驱动的X射线源编码高分辨照相技术

为实现惯性约束聚变（ICF）内爆燃烧停滞阶段过程中最大压缩时刻的冷燃料面密度分布测量,设计了包含字母客体与针孔阵列的照相客体,通过同一发相同视角测量源分布与客体照相技术,首次建立了皮秒激光驱动的高能X射线源编码照相技术。通过星光III实验研究,基于W丝阵靶照相的反演图像空间分辨率5.4 μm±0.7 μm;激光到X射线（50～200 keV）的能量转换效率,W丝阵靶5.4×10?4,与传统Au单丝靶的转换效率（4.8×10?4）一致。基于源编码照相解决了传统皮秒激光背光照相中空间分辨率与光源亮度不能兼顾的困难,为强背景干扰下提供高信噪比、高分辨率的ICF靶丸压缩背光图像提供了重要照相方式。     

基于多径分集的啁啾扩频正交频分复用水声通信系统

针对传统正交频分复用系统在具有复杂多途和深度频率选择性衰落特点的水声信道中性能下降的问题,提出了啁啾扩频正交频分复用水声通信方案.该方案对原信息码扩频,子载波变为相同调频斜率、不同中心频率、频带相互重叠的正交啁啾信号.经过水声相干多途信道后在接收端解扩,使多个途径信号在频域上拓展,多径信号彼此分离.结合虚拟时间反转镜技术,聚焦多途信道能量,完成信道多径分集接收,不仅可以抑制频率选择性衰落的影响,还充分利用信道多径分集增益提高系统性能.通过仿真研究和湖试验证,表明该方案具有较好的有效性和可靠性.