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。     

闪光照相底片成像非线性校正技术研究

介绍了利用黑密度~穿透光程关系曲线对底片接收方式下的闪光照相图像进行非线性校正的方法. 根据闪光照相成像原理, 在光场均匀、散射均匀的条件下, 图像的黑密度是照相客体的穿透光程的单调函数. 当有一定的散射分布时, 相当于校正图像中叠加了一本底成分, 利用先验知识可以扣除. 因此可以用黑密度~穿透光程关系曲线进行闪光照相图像的非线性校正. 利用本方法对一三棱柱照相客体的图像进行了非线性校正, 处理结果证实了该方法的有效性.     

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。     

基于紧凑型D-D中子发生器的热中子照相慢化准直器设计

热中子照相是一种重要的无损检测技术,是X射线照相技术的重要补充,小型化热中子照相系统有重要研究应用前景。基于紧凑型D-D中子发生器,采用蒙特卡罗程序MCNP-4C,通过中子和γ射线的输运模拟,完成了热中子照相慢化准直器的模拟研究与设计。慢化准直器准直比约为3.58,模拟研究结果显示,在D-D中子发生器中子产额大于5×10⁸ n/s条件下,样品平面内热中子注量率可大于10³ n/(cm²·s),准直中子束中热中子占比可大于74%,在Φ70 mm的照射视野范围内,热中子注量的不均匀度约为7.3%,基本满足热中子照相的成像要求。     

闪光照相系统成像重复性的测量

为了更直观利用照像图像信息考察照相系统的重复性,提出了利用等光程条件下的黑密度分布曲线对成像重复性进行测量的方法,通过两次成像的黑密度分布曲线的线性拟合参数来评估成像系统的成像重复性。实验测量了有无后锥条件下的闪光照相系统的重复性以及底片接收系统的成像重复性,实验结果表明:后锥的存在对成像重复性没有明显影响,底片接收时闪光照相系统的成像重复性约为5%,底片本身引入的成像重复误差约为1.6%。     

闪光照相系统成像重复性的测量

为了更直观利用照像图像信息考察照相系统的重复性,提出了利用等光程条件下的黑密度分布曲线对成像重复性进行测量的方法,通过两次成像的黑密度分布曲线的线性拟合参数来评估成像系统的成像重复性。实验测量了有无后锥条件下的闪光照相系统的重复性以及底片接收系统的成像重复性,实验结果表明:后锥的存在对成像重复性没有明显影响,底片接收时闪光照相系统的成像重复性约为5％,底片本身引入的成像重复误差约为1.6％。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

闪光照相中FXRMC和MCNP4B的散射比较研究

散射问题是高能辐射成像研究中的一个重要问题,采用蒙特卡罗模拟来确定散射对提取客体信息的影响是一种重要的研究手段。简单介绍了FXRMC和MCNP4B程序的特点及其记录方式;在确保相同输入参数的条件下,针对不同的照相模型进行了对比计算。结果表明两个程序计算的散射照射量相对差别小于5%,说明这两个程序具有较高的符合程度。通过与实验结果的比较发现,这两个程序模拟的散射分布与实验结果基本一致,均可用于高能闪光照相的模拟研究。还给出了在散射检验方面的一些建议。