秦始皇陵地宫宇宙射线缪子吸收成像模拟研究

宇宙射线缪子吸收成像技术是一种无损成像技术,适用于对大尺度的成像目标进行无损探测.考古学中现有的无损探测方法均存在一定的局限性,若将缪子吸收成像技术应用于考古领域,可以作为对传统无损探测方法的重要补充.本文使用蒙特卡罗GEANT4程序,对秦始皇陵地宫缪子吸收成像进行研究,基于已有的秦始皇陵考古数据构建秦始皇陵地宫模型,根据Reyna提出的海平面缪子能谱公式抽样产生缪子源的信息,模拟了宇宙射线缪子在秦始皇陵地宫中的输运过程,并利用图像重建算法实现墓室大小和位置的重构.模拟结果表明,利用单视角获得的缪子通量投影数据可以给出地宫中墓室边界的二维角坐标,利用两个视角的投影数据可以重建墓室大小和三维位置,重建得到的墓室边长和墓室中心位置相对于理论值的差异在7%左右.     

缪子多模态成像图像质量分析

缪子多模态成像有效利用了宇宙线缪子与材料相互作用产生的散射信息以及产生次级诱发中子的缪子信息.为对缪子多模态成像图像质量进行分析,基于GEANT4程序设置了探测模型,从缪子多重库仑散射模块和缪子诱发中子模块两部分对探测模型可靠性进行了验证,开发了缪子多模态成像模拟程序,得到了重建图像.成像12 h可达到4 mm的空间分辨率,成像时间在小时量级可清晰分辨边长10 cm的²³⁵U立方体和其他常见的高、中、低原子序数材料立方体.经过12 h成像时间,包覆模型的缪子散射成像图像会造成误判,但缪子多模态成像图像能够正确反映²³⁵U材料存在.不同成像时间内,缪子多模态成像图像的结构相似性指标均优于单一成像方法成像图像.研究结果表明与缪子散射成像图像和诱发中子符合的缪子成像图像相比,缪子多模态成像图像有更好的成像质量,能够适应更复杂的成像场景,在特殊核材料的检测识别方面更有优势.     

基于缪子离散能量的材料鉴别实验研究

宇宙射线缪子具有穿透力强、对重核材料敏感的特点,近年来被广泛应用于核材料检查等领域.缪子与不同原子序数材料发生的多重库仑散射效果不同,利用这点可以对被测物体进行成像以及材料鉴别,而在该过程中引入缪子的能量信息可以提高材料鉴别的准确度.本文基于原子能院研制的缪子成像装置开展了5种样品的材料鉴别实验,使用离散能量拟合近似连续能量的缪子散射角分布,进而测量出各材料的辐射长度并以此作为特征量进行材料鉴别.实验结果表明,在约1400个有效缪子事例下, Al-Fe和Fe-Pb可以在95%的置信水平下有效区分,该方法相比于不引入缪子能量信息对Pb-W鉴别的准确率提高了18.5%.     

基于散射和次级诱发中子的缪子多模态成像

现有以散射为主的宇宙线缪子成像难以从高原子序数材料中有效区分特殊核材料,利用缪子在特殊核材料中产生的次级诱发中子标记入射缪子,可从高原子序数材料中辨别特殊核材料,但其成像时间长且成像质量较低.缪子多模态成像利用缪子穿透材料的散射信息以及被材料阻止时产生次级诱发中子的缪子信息,可有效解决单一成像方法的不足.基于GEANT...     

在缪子成像中利用模式识别检测毒品与爆炸物

在集装箱安检中一个很重要的亟待解决的问题是如何有效地检测出藏在金属中的毒品和爆炸物。传统的X射线CT难以穿透较厚的金属材料,而中子CT引入了很大的放射性,其屏蔽问题是一个难点。相较之下,宇宙线缪子成像是一种有前景的非破坏性成像技术,因为缪子来源于天然的宇宙射线且有足够的能量完全穿透大型集装箱。本文研究了在可接受的测量时间内,宇宙线缪子成像方法能够在何种程度上识别毒品爆炸物与空气和金属。基于清华大学缪子实验平台TUMUTY并通过Geant4模拟宇宙线缪子与物质的相互作用,毒品爆炸物及不同金属材料的散射密度能够被重建出来。基于模式识别的SVM分类器被训练出来对这些材料进行自动识别分类。结果显示,对于边长为20 cm的不同材料的物块,在10到30 min的测量时间内,能够通过缪子成像方法识别毒品爆炸物与金属材料和本底,分类的错误率约为1%;测量时间为1 min时,分类的错误率恶化为12.9%。     

多重库仑散射对小尺度物体缪子透射成像精度的影响

缪子透射成像方法是一种基于宇宙线缪子穿过目标物体前后的通量变化,进而获得其内部密度结构的无损探测成像方法.缪子透射成像方法假设缪子在低原子序数物质中沿直线运动,但实际上多重库仑散射作用会使缪子路径一定程度上偏离直线,有可能对成像精度造成影响.为此,本文使用Geant4软件包开展了缪子透射成像蒙特卡罗模拟,针对数米尺度多种密度结构的模型,定量分析了打开和关闭多重库仑散射物理过程时对成像精度的影响.结果表明:对于数米尺度标准岩石物质,缪子透射成像方法能够很好地恢复内部密度异常几何特征;但多重库仑散射作用对目标物体内部区域近垂向缪子通量造成的偏差可达5%,而在目标物体边界区域的偏差可达13%.因此,需要宇宙线缪子透射成像中考虑多重库仑散射作用的影响,以获得数米尺度目标物体更准确的绝对密度值成像结果.     

试样研磨对铜合金主要元素分析结果的影响

本文从砂带，研磨方法，试样表现状况三个方面，分析了试样研磨对铜合金主要元素测试结果的影响。     

内燃机油中添加剂元素含量水平及来源分析

采用波长色散X射线荧光光谱法对来自美国、德国和日本等9个产地,SM,SN,CI和CH等级别的98个内燃机油中P,S和Cl等11个元素的含量进行了定量检测,并根据油品中Zn/P,S/Mo和Ca/Mg元素之间的比例关系,对内燃机油中的元素来源、添加剂组成及配比进行了研究。结果表明：内燃机油的中锌、磷、钙、硫、镁和钼含量分别在0.09%～0.17%,0.07%～0.15%,0.13%～0.43%,0.20%～0.47%,0.04%～0.15%和0.01%～0.05%之间;其中,Ca,S,P和Zn是内燃机油中的常见主要元素,Mg和Mo元素存在于高级别的内燃机油中,而铌、钨、钛和钠则存在于个别内燃机油中。     

现代实验室型X射线荧光元素分布成像和形态分析技术的研究进展

近年来,随着X射线光源、单色、聚焦及探测系统的发展,在实验室可借助低功率X射线光源开展X射线荧光(XRF)和X射线吸收谱(XAS)分析.液体金属射流源等新型X射线光源系统、闭合反馈系统、电荷耦合元件和方孔微通道板等技术和计算方法的进步促进了聚焦扫描型、全场型和XRF计算机断层扫描等实验室型XRF元素空间成像技术的发展....     

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     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

人体胆结石成分及无机元素的分析探讨

本文运用三种仪器对胆结石中无机元素含量和成分进行测定,对照标准谱图分析.四个样品的主要成分均为胆固醇,含有较多的元素依次为Ca、Na、P、K和Mg.通过所得结果对胆固醇的成因、无机元素含量变化的作用进行了讨论.     

同步辐射X射线三维显微成像

本介绍了利用同步辐射进行X射线三维成像的工作原理及进展状况,详细论述了X射线三维成像的两种方法,X射线全息及CT技术,以及通过两的结合（HCT）进行高分辨率三维成像的有关理论与实验技术;介绍了同轴全息中消除“双生像”噪声的数字方法,讨论了影响分辨率的各种因素;本还介绍了在国家同步辐射实验室软X射线实验站进行的生物样品X射线三维成像的实验及其结果。     

家猫针毛的形态研究和X射线能谱元素分析

本文对家猫针毛的形态结构进行了扫描电镜（ＳＥＭ）观察,并且利用Ｘ射线能谱仪（ＥＤＡＸ）分别为鳞片层、皮质层和髓质层进行了元素分析。结果表明：家猫针毛具有特殊的形态结构,针毛纤维各层间所含元素有明显区别。可为家猫针毛的性能研究及鉴别提供依据。     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

X射线光栅微分相衬成像视场分析

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势, 尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大. 大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素. 针对大视场成像的客观需求, 基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征, 建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素, 提出了实现大成像视场的有效途径, 为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.     

平行束缪子透射成像蒙特卡罗模拟

使用蒙特卡罗程序Geant4,模拟平行束缪子垂直于理想探测器平面入射法国试验客体（FTO）模型,在模型的上方和下方各放置三块理想探测器,用以输出缪子位置信息,从而确定入射与出射缪子径迹。通过三种方法统计缪子穿过模型前后的透射比,对模型进行透射成像,得到不同的成像结果。统计方法一和方法二分辨力可达2 mm2 mm,统计方法三可达1 mm1 mm,Cu与W区分较为明显,而且可显示出FTO模型中心的空气球,FTO模型与模型周围空气的边界十分清晰。模拟结果表明,平行束入射缪子可以进行透射成像。     

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.