质子照相磁透镜的优化设计

 对质子照相系统中Zumbro磁透镜的参数进行了优化,使成像系统造成的图像模糊最小化,结果表明:构成Zumbro磁透镜的四极透镜对内外漂移段长度相等时,成像系统获得最小的图像模糊。对成像系统的视场进行了分析,表明视场对Zumbro透镜的参数不敏感。给出了质子能量为20 GeV时Zumbro透镜的参数,Geant4蒙特卡罗计算表明:所给的Zumbro透镜参数能正确成像。     

质子照相磁透镜的优化设计

对质子照相系统中Zumbro磁透镜的参数进行了优化,使成像系统造成的图像模糊最小化,结果表明:构成Zumbro磁透镜的四极透镜对内外漂移段长度相等时,成像系统获得最小的图像模糊。对成像系统的视场进行了分析,表明视场对Zumbro透镜的参数不敏感。给出了质子能量为20 GeV时Zumbro透镜的参数,Geant4蒙特卡罗计算表明:所给的Zumbro透镜参数能正确成像。     

质子照相中容器引起的模糊

 为了弄清质子照相中容器引起模糊的大小,以质子与吸收体的多次库仑相互作用为基础,结合负幺阵成像磁透镜系统的特性,推导出了容器模糊的半高全宽表达式。研究表明:容器的模糊半高全宽与容器至客体的距离成正比,与容器厚度的均方根成正比,与质子的动量成反比;容器的前后壁都对模糊有贡献;相同条件下,计算得到Al制容器的模糊小于Fe制容器的模糊;半径200 cm、厚5 cm的Al制容器的模糊为1.30 mm,大于客体的模糊,同时蒙特卡罗程序的模拟也得到了相同的结果。     

考虑磁透镜边缘场的质子成像系统优化设计

高能质子照相系统由四极磁透镜和准直器组成,实际透镜的边缘场将影响成像系统的性能.本文将含边缘场的磁场梯度用贝尔函数近似,提出了一种含边缘场的成像系统优化方法.通过Geant 4程序模拟了能量为1.6 GeV的质子成像系统,并通过优化方法给出了考虑边缘场的优化后的系统参数.研究了考虑边缘场时的成像系统参数对准直器孔径的影...     

高能质子照相的研究进展

高能闪光照相是诊断致密物质内部几何结构和物理特性的最有效技术.高能质子照相在穿透能力、材料识别、空间分辨率等方面都优于X射线照相,已经成为美国先进流体动力学试验装置的优先发展对象.文章详细介绍了高能质子照相方案及其研究进展.     

用于ICF内爆诊断的质子成像磁透镜理论设计

根据加速器束流输运线设计的比例定律,设计了适用于ICF内爆DD反应产生的3.6 MeV准单能质子束成像的磁透镜系统。通过公式推导以及束流动力学追踪模拟,获得了类似于几何光学成像中的物像关系,并使用三维粒子追踪模拟验证了磁透镜成像的物像关系。物像关系的满足,使得可以对磁透镜系统进行封装,然后根据物像关系, 选择不同的物距以及相应的相距, 就可以对物体成不同大小的像。     

快速高能质子照相程序QMCPrad的研制

为了快速模拟高能质子照相过程,利用蒙特卡罗（MC）技术和技巧编写了程序QMCPrad,并开展了QMCPrad与MCNPX的对比计算以及实验E955的模拟验证工作。在模型选取中,修改核反应过程权重的隐式俘获模式和一次抽样模拟穿透客体的多次库仑散射的浓缩历史方式都节约了大量的计算时间。与MCNPX相比,QMCPrad具备模拟质子在磁透镜中输运过程的能力。QMCPrad与MCNPX、实验E955的对比及验证结果表明,QMCPrad能够准确定量地模拟高能质子照相,为质子照相实验设计提供工具。     

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。     

激光质子照相特性模拟研究

基于超短激光驱动的质子源的照相技术是传统质子照相技术的发展. 使用FLUKA蒙特卡罗（MC）程序,依据激光质子源的特点,对质子照相进行了定量的模拟研究. 通过对三种典型情况的模拟 （半平面靶及台阶靶,激光惯性约束聚变研究用黑腔,磁场网格照相） 分析了影响质子照相的主要物理因素, 表明了激光质子照相具有对界面敏感,高空间分辨,对磁场敏感的优点. 关键词： 超短激光 质子照相 蒙特卡罗     

FTO质子照相中扩束器的设计

 为了达到最佳的扩束效果和充分利用束流,从多次库仑散射角、能量损失和透射率这三个方面确定扩束器的材料类型。对均方根多次库仑散射(MCS)、质子能量损失和质子的透过率的研究都表明单位面质量下材料原子序数越大,扩束效果越好。再结合成本和适用性确定扩束器的材料为钨。同时,从探测器接收到的质子通量均匀而噪声影响小的角度,确定了扩束器的厚度。研究结果为：没有准直器的情形下,扩束器的厚度为3.1 cm;准直器角度为3.0 mrad时,扩束器厚度为2.4 cm。     

First experimental research in low energy proton radiography

Proton radiography is a new scatheless diagnostic tool providing a potential development direction for advanced hydrotesting.Recently a low energy proton radiography system has been developed at the Chinese Academy of Engineering Phyiscs(CAEP).This system has been designed to use an 11 MeV proton beam to radiograph thin static objects.This system consists of a proton cyclotron coupled to an imaging beamline,which is the first domestic beamline dedicated to proton radiography experiments.Via some demonstration experiments,the radiography system is confirmed to provide clear pictures with spatial resolution～100μm within 40 mm field-of-view.     

11 MeV能损型质子照相空间分辨能力模拟

透射质子的能损和散射角是质子照相成像模糊的主要来源。基于Zumbro聚焦成像磁透镜的质子照相技术,可基本消除散射角引起的成像模糊,实现几十μm的空间分辨,但无法对能损信息进行优化是其空间分辨能力难以进一步提升的主要原因。为利用透射质子的能损信息,进一步提高质子照相的空间分辨能力,提出了一种新型的成像磁透镜,称之为能损型聚焦成像磁透镜。基于11 MeV低能能损型质子照相的实验束线和Geant4模拟软件,建立全过程照相模型,研究11 MeV能损型成像束线的空间分辨能力。模拟研究表明：对于10 μm厚的Al箔,考虑点扩散函数等测量系统成像模糊的影响,11 MeV能损型成像束线可实现约30 μm的空间分辨。与等大型Zumbro磁透镜相比,空间分辨能力得到显著提升。     

A lattice scenario for a proton radiography accelerator

A proton radiography system is an accelerator-based facility.Especially high-energy proton radiography is an advanced hydrodynamics diagnostic tool,and it is the trend of radiography technology development.In this paper,a 20 GeV accelerator complex scenario,including a 35 MeV linac,a 1 GeV booster and a 20 GeV main ring,is introduced.The overall physics design of the proton radiography accelerator is described,including the design of each part of the accelerator and the choice of the main parameters.     

A lattice scenario for a proton radiography accelerator

A proton radiography system is an accelerator-based facility.Especially high-energy proton radiography is an advanced hydrodynamics diagnostic tool,and it is the trend of radiography technology development.In this paper,a 20 GeV accelerator complex scenario,including a 35 MeV linac,a 1 GeV booster and a 20 GeV main ring,is introduced.The overall physics design of the proton radiography accelerator is described,including the design of each part of the accelerator and the choice of the main parameters.     

Imaging beamline for high energy proton radiography

Proton radiography is a new tool for advanced hydrotesting. This article will discuss the basic concept of proton radiography first, especially the magnetic lens system. Then a scenario of 50 GeV imaging beamline will be described in every particular, including the matching section, Zumbro lens system and imaging system. The simulation result shows that the scenario of imaging beamline performs well, and the influence of secondary particles can be neglected.