基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究

为了将数字平板探测器应用到高能X射线成像无损检测,通过实验研究了平板探测器的噪声和动态范围。设计了基于平板探测器的高能X射线成像系统。通过实验研究了电子直线加速器对数字平板探测器图像采集的束流触发同步问题。     

一种新型二维X射线探测器

本文建立一种新型X射线探测器,它是一种矩阵寻址方式的二维探测器,由两块玻璃基板组成,分别称作阴极板和阳极板,阴极板内侧镀有行电极和X射线阴级（例如CsI),阳极板上有寻址电极,障壁,两块基板对位封接,使行电要与寻址电极互相垂直,封接后先抽高真空,然后充入氩气与CO2混合气体,本探测器具有薄,轻,图象无畸变并可以利用PDP显示器件的工艺制作大尺寸器件及大量制造等优点。     

X射线自由电子激光单颗粒成像研究

具有超高亮度、超短脉冲、全相干特性的X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Lasers,XFELs)的出现为超快时间研究与超微结构探索带来新的机遇,使得获取单分子、单颗粒原子分辨率图像及电影成为可能。随着德国FLASH、意大利FERMI、美国LCLS以及日本SACLA等装置的建成与投入使用,X射线自由电子激光已经进入了快速发展的阶段,一系列物理、化学、生物、材料科学领域的前沿研究成果不断涌现。为突破实验技术、工程设备及软件算法上的技术壁垒,相关科研机构通过国际合作,拟实现纳米颗粒、细菌、细胞、病毒、团簇及生物学大分子等单颗粒的原子分辨率成像。文章将聚焦单颗粒成像的发展历史、科学意义、研究背景、研究目标、研究规划、研究现状及世界各国的布局,并展望单颗粒成像未来的发展。     

X射线激光对激光烧蚀薄片靶的阴影成像研究

长脉冲激光辐照烧蚀薄片靶会加速物质进而在靶后表面产生凹坑现象,通过凹坑的实验诊断,配合相关的理论模拟,对理解相关物理过程,校验理论程序的相关参数具有很好的参考价值.利用波长13.9 nm的类镍银X射线激光作为探针,诊断了纳秒倍频激光辐照C₈H₈平面薄片靶产生的等离子体以及加速物质产生的凹坑现象,并利用XRL2D程序对实验现象进行了细致的模拟,电子热传导限流因子选取为0.03时的模拟结果与实验符合比较好.模拟给出凹坑宽度和深度(即薄片加速距离)与实验观测数据定量符     

微通道板X射线探测器

在激光等离子体实验研究中,为了更好地了解激光与等离子体相互作用过程中所发生的物理过程,要求能够高时间分辨地观测等离子体所辐射的X射线的特征。测量的关键在于X射线探测元件,既要有快的时间响应,又要能够输出足够大的光电流,以便直接驱动高速示波器,进行显示和照像。普通的闪烁体/光电倍增管X射线探测器,由于闪烁体荧光有着固有的衰减时间,以及普通的光电倍增管中的电子飞行时间离散严重,时间分辨力难以提高。     

一种新型二维X射线探测器

本文建立一种新型X射线探测器,它是一种矩阵寻址方式的二维探测器,由两块玻璃〖ZH(〗基板组成,分别称作阴极板和阳极板阴极板内侧镀有行电极和X射线阴级(例如CsI),阳极板上有寻址电极、障壁两块基板对位封接,使行电极与寻址电极互相垂直封接后先抽高真空,然后充入氩气与CO2混合气体本探测器具有薄、轻、图象无畸变并可以利用PDP显示器件的工艺制作大尺寸器件及大量制造等优点     

高能X射线双能成像法中的物质识别

研究了边界能量为1—10MeV的高能X射线成像系统中采用双能成像法识别物质问题. 通过研究其物理机理, 提出了一个近似线性的数学模型; 定义了物质识别灵敏度用于评价物质识别效果; 发现了双能X射线的最优能谱分布区间. 提出并验证了面向最优能谱分布区间的双能X射线能谱调制方法, 大大提高了物质识别灵敏度, 并较好解决了不易识别薄物质的问题. 建成了9MeV/6MeV交替双能成像实验样机, 获得了物质识别着色图像. 相关实验研究结果与理论研究符合得很好.     

X射线单能成像技术

利用平面晶体谱仪对内爆压缩靶丸内燃料区发射的X射线进行色散分光，可以获得λ／△λ1000分辨的线谱。在一定程度上，晶体分光的线谱可以认为是单一能量的X射线。利用针孔成像原理，若将若干个等间距针孔中心连线与线谱成一定夹角，每一个针孔形成单能的X射线源的像，再将若干单能像进行叠加，可以获得单能图像的二维空间分布。若阵列针孔设计合理、X射线探测器的灵敏度足够，可以获得高分辨的X射线光源二维的单能空间分布图像，其原理见图1。     

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.     

X射线同轴轮廓成像中影响成像质量的若干因素研究

采用数字模拟方法较为系统地研究了光子能量、样品直径和散射强度对成像质量的影响，克服了已有实验结果的局限性.研究得到成像质量随光子能量的变化关系，模拟结果与已有实验结果相符.研究发现，当其他成像参数不变时，同一样品存在多个光子能量可实现相近的成像质量，且成像质量都较好，这可用于定量相衬成像中多图重构时图像的选择，也为对辐射剂量有要求的样品提供理论依据.得到了不同直径样品在成像质量最佳时所对应的样品到探测器距离，发现这一距离随样品直径的增加而增加.研究了样品厚度或折射率变化导致的散射X射线对成像质量的影响，发 关键词： X射线同轴轮廓成像 成像质量 X射线散射     

Numerical simulation for all-optical Thomson scattering X-ray source

Energy spectra, angular distributions, and temporal profiles of the photons produced by an all-optical Thomson scat- tering X-ray source are explored through numerical simulations based on the parameters of the SILEX-I laser system （800 nm, 30 fs, 300 TW） and the previous wakefield acceleration experimental results. The simulation results show that X-ray pulses with a duration of 30 fs and an emission angle of 50 mrad can be produced from such a source. Using the optimized electron parameters, X-ray pulses with better directivity and narrower energy spectra can be obtained. Besides the electron parameters, the laser parameters such as the wavelength, pulse duration, and spot size also affect the X-ray yield, the angular distribution, and the maximum photon energy, except the X-ray pulse duration which is slightly changed for the case of ultrafast laser-electron interaction.     

用于高能X光测量的Si-PIN阵列探测器

设计了用于高能X光测量的小面积PIN硅光电二极管线列探测器,通过理论计算和EGSnrc蒙卡软件模拟分析了Si-PIN的探测灵敏度、线性电流和时间响应。根据理论研究可知,该探测器适用于大注量率、高能轫致辐射光的空间分辨力(3 mm)和时间分辨力(8 ns)的测量。并在理论设计的基础上进行了部分实验,采用小面积PIN硅光电二极管和放大电路,在"神龙一号"直线感应加速器上进行高能X光的测量,初步得到了PIN硅光电单元的响应结果,为线列小面积PIN光电管阵列的实用设计提供优化基础。     

激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中的应用探索

利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载,另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相,结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片,标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示,靶破碎存在不同分区, 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。     

高能脉冲X射线能谱测量

给出了高能脉冲X射线能谱测量的基本原理及实验结果.采用Monte-Carlo程序计算了高能光子在能谱仪中每个灵敏单元内的能量沉积,利用能谱仪测量了"强光Ⅰ号"加速器产生的高能脉冲X射线不同衰减程度下的强度,求解得到了具有时间分辨的高能脉冲X射线能谱,时间跨度57ns,时间步长5ns,光子的最高能量3.0MeV,平均能量1.04MeV,能量在0.2—0.9MeV之间的光子数目最多,占46.5%.也利用二极管的电压电流波形理论计算了光子的能谱,并与利用能谱仪测得的能谱进行了比较,两种方法所得结果基本一致.     

全光汤姆逊散射X光源数值模拟

 使用蒙特卡罗数值模拟程序研究了不同电子束和激光强度下,尾场电子束与超短脉冲激光发生汤姆逊散射获得的X光子能谱、角分布等,初步探索了180°散射下高质量X射线光源所需要的电子束与激光强度。数值模拟结果显示,为了尽量提高光子产额并抑制非线性效应,激光归一化强度应为1的量级。为了获得方向性和单色性好、亮度高的X射线脉冲,需要较高的电子能量和较小的电子能散,电子束脉冲尽量短,且发散角尽量小。     

高剂量X射线辐照下碲锌镉探测器的深度极化效应

采用双向辐照的方法研究了碲锌镉晶体中的深度极化效应,实验结果表明,深度极化效应与直接辐照的X射线剂量无关。通过对晶体内电场分布的模拟,进一步分析了深度极化的形成机制,认为深度极化效应与极化效应一样,都是由于高浓度的堆积电荷使得晶体内电势畸变从而阳极不能收集信号,但它与通常极化效应有所不同,造成这种极化的高浓度空间电荷是从更高浓度的空间电荷区扩散而来的,发生深度极化的区域本身并没有受到X射线的强烈辐照。     

高能X射线基材料分解法基材料选择方法

选择基材料是高能双能X射线基材料分解法的重要环节。为了解基材料对材料识别精度的影响,确定选择基材料的方法和原则,利用美国国家标准与技术研究院（NIST）给出的材料的线性衰减系数,选择不同基材料,分析计算了各种待检测材料的原子序数和电子密度及相对误差。归纳总结出选取基材料的临近原则,即基材料与待检测材料的原子序数接近,能提高待检测材料原子序数和电子密度的分解计算精度。在此基础上,提出了四能基材料分解法。理论计算表明四能基材料分解法比双能基材料分解法对多种材料的整体识别精度更高,更适合用于多种材料同时存在情况下的识别与检测。运用蒙特卡罗方法模拟验证了四能基材料分解法用于实际的可行性。     

中红外高能激光探测单元

基于光电导探测原理,分析了影响室温光导型InSb探测器在中红外激光功率参数测量中的因素,得到了材料掺杂数密度、环境温度对探测器暗电阻、光谱响应率和光谱探测率的影响规律;开展了探测器在强激光辐照下的热效应理论模拟和实验研究,模拟分析了探测器在激光辐照下的动态响应特性。结果表明:针对测量系统中所使用的探测器,在激光功率密度小于4 W/cm2时,激光热效应对测量结果的影响可忽略;研制了相应的恒流源驱动电路,实现了中红外高能激光功率参数的探测。     

Novel correction method for X-ray beam energy fluctuation of high energy DR system with a linear detector

A high energy digital radiography (DR) testing system has generated diverse scientific and technological interest in the field of industrial non-destructive testing. However, due to the limitations of manufacturing technology for accelerators, an energy fluctuation of the X-ray beam exists and leads to bright and dark streak artifacts in the DR image. Here we report the utilization of a new software-based method to correct the fluctuation artifacts. The correction method is performed using a high pass filtering operation to extract the high frequency information that reflects the X-ray beam energy fluctuation, and then subtracting it from the original image. Our experimental results show that this method is able to rule out the artifacts effectively and is readily implemented on a practical scanning system.