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。     

不同准直角双轴闪光照相

 为了降低闪光照相中散射的影响和提高法国试验客体（French test object,FTO）重建的精度，结合不同准直角下散射不同的特性，提出了不同准直角的双轴闪光照相布局，并进行了相应的数值模拟实验。研究结果表明：不同准直角双轴闪光照相中散射的相互干扰非常严重，且主要来于前保护器件，需使用铅板屏蔽。根据信息融合特性和降低散射影响的要求确定了FTO不同准直角双轴闪光照相的两个准直角分别为2.24°和1.15°。从该不同准直角的双轴闪光照相系统模拟得到的图像重建出了均方根误差小于5.8%的密度分布，结果远优于单轴照相23％的均方根误差。     

高能质子照相的成像方程

与X射线闪光照相相比,GeV级质子照相因质子的穿透能力更强而更能满足流体动力学最佳光程、更小不确定度的要求。质子照相用于提取阴影客体信息的过程比X射线闪光照相复杂。为了便于分析质子照相过程及其特性,以质子照相的输运过程为基础,逐步考虑了质子与物质相互作用的各种过程——核反应、多次库仑散射、准弹性散射和弹性散射,并获得含各种过程的质子照相理论计算表达式。在含准直的系统中,理论计算公式中包含了多次弹性散射和准弹性散射项。通过与QMCPrad计算结果的对比得知弹性散射高斯近似下的理论计算结果与蒙特卡罗方法(MC)计算结果一致,与更准确的"黑体"模型的相对误差为3%~5%。这意味着在某种程序上,当研究质子照相规律或设计系统时,高能质子照相的理论计算公式能够替代MC模拟。     

小型自准直式光电传感器性能测试系统

为标定小型实心转子静电陀螺仪用自准直式光电传感器的性能，设计了一个专用的性能测试系统。传感器性能测试表明，被测小型自准直式光电传感器的分辨率优于1^#，传感器性能测试系统满足使用要求。     

30 MeV电子束轰击旋转钽靶产生轫致辐射分析

提出了一种基于射频直线加速器的多脉冲X光照相系统，有望用于材料动态性能诊断等流体物理动力学研究。基于射频加速器的特点，该套照相系统能够产生时间跨度10 s以上、数个脉冲间隔可调、脉宽为几十至一百ns的脉冲电子束，产生电子束束斑半高宽尺寸小于1 mm。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4，分析计算了特定的几何布局以及不同厚度及电子束束斑条件下，电子束打靶后在靶中的能量沉积，靶中的电子束散射对X光焦斑的影响，以及1 m处的照射量，探讨了这套X光照相系统的应用可行性。结果表明，在30 MeV,400 nC电子束轰击厚度为1 mm的靶条件下，1 m处照射量约为9.1 R，靶厚在1~2 mm范围内并未引起X光焦斑的明显增大。较小横向尺寸的电子束会引起靶体局部升温严重，将会制约脉冲数量；采用旋转靶能够提升脉冲数量，通过分析二维旋转靶的应力，分析了靶材升温以及钽/钽合金屈服强度对脉冲间隔的限制作用。     

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。     

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。     

用蒙特卡罗“测量”离散程序中的参数

为了快速、精确地计算高能X射线照相中的散射光子分布,提出了将该过程中的粒子输运问题近似为一个有效的纯光子输运问题。针对该纯光子输运方程提出了一种适合于计算机计算的逐级迭代求解公式,并将该公式进行了离散化,然后编写成了计算机离散程序。用蒙特卡罗程序MCNP模拟得到了该程序所需要的参数和分布函数。最后用MCNP对该程序进行了检验。对于薄客体离散程序的计算结果与MCNP符合较好,但对于厚客体二者有较大偏离。目前可以把该程序应用于一些定性的计算分析。     

减小电子涨落的指向概率虚拟源方法

为了减小X射线辐射照相蒙特卡罗模拟中成像平面上电子结果的涨落,尝试了一种新指向概率虚拟源方法。该方法利用指向概率法产生成像平面电子的主要来源虚拟X射线源,不仅在一次历史中增加了模拟电子的概率,而且使一次模拟对更多的记录点有贡献。使用指向概率虚拟源方法模拟结果表明:在X射线辐射照相中,指向概率虚拟源方法有效地减小了电子贡献的涨落,改善了模拟结果,提高了MCNP模拟X射线辐射照相过程的能力。     

蒙特卡罗方法在高能闪光照相图像边界检测中的应用

提出了采用蒙特卡罗方法来模拟高能闪光照相物理过程,提供模拟图像用于边缘检测,依据模拟图像的边界退化来修正实验图像的边界,通过迭代计算获得较精确的客体边界。利用数值计算来验证和评估方法的精度与可靠性,实验图像处理结果表明:采用Canny算子获得的边界值误差在几个像素尺寸,采用该方法修正后边界值误差降低至1个像素尺寸或更低,相比于修正前精度得到了显著提升。