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。     

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。     

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。     

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

含散射闪光照相系统的布局优化

为了提高现有照相系统的图像品质,对使用CCD探测器的法国客体(FTO)照相布局进行了优化,获得最佳图像品质因子下的照相布局。研究结果为:在模糊实验测量结果和高斯分布近似下,系统放大倍率为2.0;后保护器件距离客体50 cm;系统布局总长与探测系统的噪声相关,噪声越大,布局总长越短,最优布局总长的范围为3~5 m;实验验证了这一结果。     

含散射闪光照相系统的布局优化

为了提高现有照相系统的图像品质,对使用CCD探测器的法国客体(FTO)照相布局进行了优化,获得最佳图像品质因子下的照相布局。研究结果为：在模糊实验测量结果和高斯分布近似下,系统放大倍率为2.0;后保护器件距离客体50 cm;系统布局总长与探测系统的噪声相关,噪声越大,布局总长越短,最优布局总长的范围为3~5 m;实验验证了这一结果。     

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。     

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。