基于平板模型的X射线散射特性研究

为了进一步研究高能X光散射的特性,以平板为模型,通过解析方法和蒙特卡罗（MC）数值模拟研究了X光散射的规律。研究结果表明：高能X光的散射以康普顿散射为主,当平板厚度相应的X光光程小于2.0时,平板散射中的一次康普顿散射超过75%;当到达探测器的散射照射量最大时,平板厚度相应的X光光程介于1.0与2.0之间。     

基于平板模型的X射线散射特性研究

 为了进一步研究高能X光散射的特性,以平板为模型,通过解析方法和蒙特卡罗（MC）数值模拟研究了X光散射的规律。研究结果表明：高能X光的散射以康普顿散射为主,当平板厚度相应的X光光程小于2.0时,平板散射中的一次康普顿散射超过75%;当到达探测器的散射照射量最大时,平板厚度相应的X光光程介于1.0与2.0之间。     

CsI光阴极在10-100 keV X射线能区的响应灵敏度计算

为了满足10-100 keV高能X射线光电探测器研究的需要,对CsI光阴极在该能量范围的响应灵敏度进行了研究.基于高能量X射线光子与材料相互作用的物理过程,分析了康普顿散射等效应对CsI响应灵敏度的影响.推导了CsI的响应灵敏度与二次电子平均逃逸深度和光阴极厚度的关系式和二次电子平均逃逸深度与入射光子能量的关系式,计算了CsI在10-100 keV范围内的响应灵敏度,计算结果与实验测试数据相符,验证了分析与推导的可靠性.根据计算可以获得不同入射X射线能量下CsI光阴极的最佳厚度,从而为高能X射线光电探测器的设计优化提供了理论参考.     

激光-电子康普顿散射物理特性研究

对激光-电子康普顿散射物理特性即能量特性和微分截面角分布进行了仔细的研究.计算结果显示出光子能量和微分截面角分布的简单结构.康普顿散射X射线光源具有散射光子的能量易调节、方向性好等特点.在入射电子束能量很高时,X射线近乎单向出射.光源色散度较大,但实验上可以获得色散（带宽）小的X射线.对于各种波长的激光,在很宽的电子束能量范围（1 MeV—10 GeV）内,散射X射线光子的总截面和前向发射圆锥内（半圆锥角1/γ,其中γ=E/m₀ 关键词： 康普顿散射 能量特性 微分截面 角分布     

Al窗Ag靶微型透射式X射线管模拟与性能分析

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域,具有体积小、功耗低、X射线发射效率高等特点,可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。目前常用铍(Be)作为出射窗材料,成本高,而且有毒性。同时为减少低能散射射线,在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料,透射高能射线,屏蔽低能散射射线,降低制作成本和难度。文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。结果表明,Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用,在Al窗厚度超过1.5 mm时,低能射线完全被屏蔽,高能射线有部分透射。通过和已有研究成果[1,5]对比分析,在Ag靶厚度为2 μm,Al窗厚度为0.8 mm时,低能射线所占的比例仅为0.087 8%,高能射线产生率为0.002 73%,既能有效屏蔽低能射线,又能保证高能射线较高的出射率,能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。     

物理光学 光的吸收、透射与散射

O436．1 2006064859软X射线掠入射光学散射特性的研究=Study of soft X- ray grazing incidence optical scattering phenomena[刊,中]/陈淑妍(中科院长春光机所．吉林．长春(130033)),张大威…//激光与光电子学进展．—2006．43(4)．—53—55介绍了短波段掠入射表面散射线性模型,并且根据这个理论,分析计算了不同的波长和掠射角对软X射线掠入射光学散射特性的影响。随着波长的减小、掠射角的加大。软X射线掠入射光学散射现象越来越严重。图3参4 (严寒)     

偏振X射线荧光分析尾矿薄层样品的散射校正方法研究

了解尾矿浆中的重金属元素含量能为矿物浮选提供决策依据,不仅可以提高矿物的利用率,还可减少环境污染。X射线荧光光谱法是一种常用的重金属元素分析技术,对于地质类样品的分析,康普顿散射内标法是一种常用的定量方法。但对于薄层沉积样品,其康普顿散射峰强度会受到支撑滤膜的散射影响。由于样品紧密附着在支撑滤膜上,难以直接获得来自样品本身的康普顿散射强度,不利于直接应用康普顿散射峰强度进行定量分析。以尾矿薄层样品为分析对象,研究了不同聚丙烯滤膜厚度对康普顿散射峰强度的影响,并对薄层样品的康普顿散射强度进行了校正。实验结果表明,在0.34～3.06 mm厚度范围内,康普顿散射峰强度随聚丙烯滤膜厚度的增加线性增加,通过建立探测器获得的总康普顿散射强度与滤膜厚度的线性关系,计算出样品的净康普顿散射峰强度。为验证该修正方法的可靠性,利用蒙特卡洛方法模拟研究了无滤膜的尾矿样品和带有不同厚度滤膜的尾矿样品,结果显示经滤膜厚度影响修正后的净康普顿散射峰强度与无滤膜样品康普顿散射峰强度基本一致,相对偏差为0.41%。同时通过实验和模拟计算了0.34 mm厚聚丙烯滤膜时修正后的净康普顿散射峰强度占总康普顿散射峰的比例,分别为91.31%和89.91%,二者基本一致。最后,利用了上述基于滤膜厚度康普顿散射影响的校正方法,建立了基于康普顿散射内标法的定量校准曲线,对两种尾矿浆中的Cu,Zn和Pb元素的定量分析结果显示,未经滤膜厚度修正的康普顿内标校正相比校正前,部分元素定量结果与ICP-OES结果相比,其相对偏差反而增加3.18%～9.00%。而经滤膜厚度修正的康普顿内标方法的定量结果与ICP-OES结果的相对误差在1.14%～11.15%之间,相比于校正之前,相对偏差减少了0.30%～8.97%。     

X射线荧光CT成像中荧光产额、退激时间、散射、偏振等关键物理问题计算与分析

X 射线荧光 CT(X-ray fluorescence computed tomography,XFCT)是一种使用X射线荧光(X-ray fluorescence,XRF) 实现功能性成像的新技术,在生物医学成像中表现出较大潜力.但是,X射线穿过生物体的同时还会产生大量康普顿散射光子,对XRF信号的采集形成很强的背景噪声;因此,如何有效消除康普顿散射噪声对于提高XFCT成像质量至关重要.本文研究总结了 XFCT成像过程中涉及的物理过程,包括:荧光的产额、退激发时间、荧光发射角分布、荧光偏振态、康普顿散射角分布与散射光偏振态,并通过研究荧光与散射光物理性质的差异寻找去除康普顿散射噪声的方法.经过物理过程推导和分析计算,发现:1)高原子序数元素的K层荧光退激发时间极短,在现有探测器的时间分辨率条件下,无法分辨散射光与荧光;2) K层发射荧光的角分布各向同性,康普顿散射角分布在与入射光偏振方向附近取得最小值,而且入射光线偏振度越高,散射光的微分截面越小,偏振光源将有利于减少康普顿散射噪声;3) K层荧光线偏振度为零,而康普顿散射光子在一些散射方向上具有一定线偏振度,因此偏振态的差异可能用...     

一种植物叶片生化成分光谱无损检测的光程长校正方法

利用可见/近红外光谱分析技术定量分析叶片生化参数含量时,由光散射效应和叶片厚度等引起的样本间光程长差异会影响校正模型的预测精度。文章提出了一种改进的扩展多元散射校正(EMSC)光程长方法,利用差谱矩阵的主成分代替物质纯谱,对实测光谱精确建模,根据实际需要,减去相应干扰因子,得到校正光谱。选择叶绿素含量基本相同,厚度不同的16个叶片样本以及叶绿素含量和厚度均不同的32个样本分别使用改进的EMSC方法校正,对处理前后光谱变异系数和主成分贡献率进行比较和分析,并比较了预处理前后的模型预测精度。结果表明,采用改进的EMSC预处理方法能够有效地校正光散射效应和叶片厚度差异导致的光程长差异引起的光谱误差,增强光谱数据对浓度的灵敏度,可提高预测模型的精度。     

康普顿探测器优化设计

康普顿探测器可以获得脉冲X射线照射量随时间变化的波形,探测器特性主要由收集体、介质和金属外壳的材料、尺寸决定。针对神龙一号加速器产生的X射线的能谱结构,应用蒙特卡罗模拟方法,进行探测器结构尺寸设计,获得最佳的有机玻璃介质厚度为30 mm。探测器灵敏度系数随X光能量变化的曲线表明其能量响应较差,分析与计算结果表明在收集体前加低Z金属可有效改善能量响应特性并提高灵敏度系数。计算得到用于测量神龙一号加速器的X射线照射量的康普顿探测器的灵敏度系数为6.86×1011(C/kg)-1。     

康普顿探测器优化设计

康普顿探测器可以获得脉冲X射线照射量随时间变化的波形,探测器特性主要由收集体、介质和金属外壳的材料、尺寸决定。针对神龙一号加速器产生的X射线的能谱结构,应用蒙特卡罗模拟方法,进行探测器结构尺寸设计,获得最佳的有机玻璃介质厚度为30 mm。探测器灵敏度系数随X光能量变化的曲线表明其能量响应较差,分析与计算结果表明在收集体前加低Z金属可有效改善能量响应特性并提高灵敏度系数。计算得到用于测量神龙一号加速器的X射线照射量的康普顿探测器的灵敏度系数为6.86×1011 (C/kg)-1。     

高能闪光照相中影响光程确定的几个因素

利用闪光照相基本原理和成像原理,在直接记录法和转换屏记录法的情况下,研究了闪光照相中影响X射线在材料中光程确定的主要因素。结果表明,影响光程确定的几个因素是：散射效应、光源角分布效应、立体角效应和能谱效应。对于高能闪光照相,散射效应是影响光程确定的最主要因素,散射的存在使光程的测量值比实际值降低20%～40%。因此必须在做CT之前,对散射的影响进行修正。     

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明：必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。     

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟北大核心CSCD

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明:必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。     

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。     

高能闪光照相中影响光程确定的几个因素

 利用闪光照相基本原理和成像原理，在直接记录法和转换屏记录法的情况下，研究了闪光照相中影响X射线在材料中光程确定的主要因素。结果表明，影响光程确定的几个因素是：散射效应、光源角分布效应、立体角效应和能谱效应。对于高能闪光照相，散射效应是影响光程确定的最主要因素，散射的存在使光程的测量值比实际值降低20%～40%。因此必须在做CT之前，对散射的影响进行修正。     

HL-1装置硬x射线辐射剂量测量

一、引言 多年来,从事受控核聚变的研究人员相继对环形磁约束装置的硬X射线辐射做了许多深入的实验研究,因为逃逸电子是高温等离子体的必然产物,通过逃逸电子产物——硬X射线的研究,便可得知等离子体的行为。但是,装置的硬X射线辐射剂量却直接影响到周围环境及工作人员的身体健康。高能X射线通过物质时,主要以光电效应,康普顿散射和电子对效应损失能量,进入生物组织后,X射线能量在其中转移、吸收乃至最终导致组织损伤。随着实验的进展,人们对硬X射线辐射剂量日益关心。为此,1987年,我们在HL-1装置实验运行期间(近旁的电子回旋共振加热系统未投入工作),测量了装置的硬X射线辐射剂量。     

大气压管板结构纳秒脉冲放电中时域X射线研究

纳秒脉冲放电能在大气压下产生高电子能量、高功率密度的低温等离子体,由于经典放电理论无法很好地解释纳秒脉冲放电中的现象,近年来以高能逃逸电子为基础的纳秒脉冲气体放电理论受到广泛关注.纳秒脉冲放电会产生高能逃逸电子,伴随产生X射线,研究X射线的特性可以间接反映高能逃逸电子的特性.本文利用纳秒脉冲电源在大气压下激励空气放电,通过金刚石光导探测器测量放电产生的X射线,研究不同电极间隙、阳极厚度下和空间不同位置测量的X射线特性.实验结果表明,在大气压下纳秒脉冲放电能产生上升沿约1 ns,脉宽约2 ns的X射线脉冲,其产生时间与纳秒脉冲电压峰值对应,经计算探测到的X射线能量约为2.3×10-3J.当增大电极间隙时,探测到的X射线能量减弱,因为增大电极间隙会减小电场强度和逃逸电子数,从而减少阳极的轫致辐射.电极间距大于50 mm后加速减弱,同时放电模式从弥散过渡到电晕.随着阳极厚度增加,阳极后方和放电腔侧面观察窗测得的X射线能量均有所减弱,在阳极后面探测的X射线能量减弱趋势更加明显,这说明X射线主要产生在阳极内表面,因此增加阳极厚度会使穿透阳极薄膜的X射线能量减少.     

超短强激光与固体薄膜靶作用产生keV相干X射线数值模拟研究

用一维粒子模拟研究了超短强激光脉冲与两个固体薄膜靶作用产生X射线的一个方案, 特别研究了该方案中产生相对论电子层的源靶的厚度和密度分布对产生X射线的能谱、能量转换效率的影响. 数值模拟发现当产生高能电子层的源靶的厚度d与产生的X射线的波长λ/4γ_x²相当或者更小(λ 是入射激光波长)时, 才能产生准单色的X射线光谱, 否则产生的光谱有极大展宽, 且最高频率下降很快. 另外, 当薄膜靶前面存在不均匀预等离子体时, X射线光谱会明显变差. 关键词： 相对论电子层 Doppler 频移 相干X射线     

激光同步辐射光源的辐射条件

激光同步辐射光源是一种新型的X射线光源，它利用高强度激光与相对论电子束发生康普顿散射，从而在电子的运动方向上辐射出X射线．本文在考虑电子的反冲基础上，利用康普顿散射研究了激光同步辐射光源（LSS）辐射光子的精确波长和能量；同时发现，对于背散射情况，只有当种子激光的波长λ1大于电子的物质波波长λm时才能发生LSS辐射；最后给出LSS辐射的极值波长λ2max=h/（m0γv）和极值能量εc2max=βε3.