基于激光康普顿散射的电子束参数测量方法

加速器电子束参数的无损间接测量是一个难题,储存环上传统的X射线针孔成像(X-ray Pinhole Imaging)方法和直线加速器上的狭缝衍射法(Optical Diffraction Radiation,ODR)都存在不足之处。激光康普顿散射(Laser Compton Scattering,LCS)装置是利用相对论电子与低能光子相互碰撞产生高能γ束的新光源。本文提出了一种基于激光康普顿散射光源测量能谱提取电子束参数的方法,该研究旨在通过自主开发的基于Geant4的蒙特卡罗程序模拟重建出与实验测量能谱符合一致的模拟谱,从而获得电子束参数,包括水平方向束斑尺寸、电子能量和发射度。在对上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)的激光γ光束线站(Shanghai Laser Electron Gamma Source,SLEGS)上的多碰撞角度γ测量能谱做了一致性的验证,结果表明:提取的上海光源储存环电子束参数与理论值符合得较好。这证明了激光康普顿散射是一个有效的电子束参数无损间接测量方法,为后续其他电子束的提取奠定基础。

课程思政融入近代物理实验课程的教学案例——以康普顿散射实验为例

康普顿散射实验属于近代物理实验中核物理实验教学模块的典型经典诺贝尔奖物理实验项目,通过了解康普顿效应的发现过程,深刻理解康普顿散射实验原理,培养学生不断探索未知、追求真理的科学精神和科学品质;通过介绍吴有训对康普顿散射作出的杰出贡献及学成归国后的先进事迹,培养学生的家国情怀和严谨治学的科学态度;通过经典与现代核仪器设备及测量方法对比探究,掌握现代γ能谱的测量原理及技术,培养学生敢于质疑、勇于探索、善于创新的科学精神;通过虚实融合的实验教学,多种方法验证康普顿散射的γ光子能量及微分截面与散射角的关系,培养学生的科学思维方法、科学素质和科学实验综合能力.

对非线性康普顿散射几种改进物理模型的比较

非线性康普顿散射被认为是未来超短超强激光与物质相互作用中的主导性物理过程之一。目前大多数相关研究都基于一种主流的非线性康普顿散射物理模型,该模型假设辐射形成距离足够短、对初态和末态自旋求平均与求和、并忽略了参与散射的激光光子的能动量。近年来,一些研究为了在更广阔的参数空间内,更准确地描述非线性康普顿散射,也对这个主流物理模型提出了几种修正和改进。回顾了对非线性康普顿散射主流物理模型进行的几种改进和修正,介绍了它们的适用范围,分析了它们的基本性质并对其物理效应进行了简单讨论。

基于逆康普顿散射源核废物成像技术的研究进展及仿真模拟

高放射性水平废物具有放射性核素浓度高、毒性大、持续释放衰变热和衰变时间长等特性,使其处置的难度和风险极高。核废物的精准检测和评估对深地质处置的安全有着重要意义。以核共振荧光方法与三维透射成像相结合的核废物检测方法近年来开始逐步发展并被认为是最有潜力的发展方向。紧凑型逆康普顿散射X/γ射线源是核共振荧光技术应用的核心装置,能够满足工程现场应用和精准无损检测的需求。介绍了国内这类先进辐射源的发展应用情况和相关研究现状。基于紧凑型伽马射线源装置,结合蒙特卡洛模拟,揭示了核废物、废物罐及其外围膨润土的响应机制,实现了对交界区域的成像分析。相关表征数据可作为输入参数,提高屏蔽材料多场耦合的数值模拟精度,预测关键放射性核素的迁移规律,评价屏障系统的可靠性和核废物的泄露风险,为核废物深地质处置的核素识别、检测和安全评估提供有效的技术支撑。

康普顿散射成像与测量实验系统研发

围绕康普顿散射成像和测量实验需求,开展了X射线康普顿散射实验系统研发及实验研究。针对系统准直器对成像分辨率及光束集光立体角的影响进行仿真,并设计了实验系统的结构。在研究探测器对不同能量X射线的探测效率的基础上,建立了光通量计算模型,分析了探测器参数对散射X射线光通量的影响,提高了实验系统的探测效率。在对X射线康普顿散射实验的研究中,获得了清晰的散射图像,初步测量了PMMA(polymethl methacrylate,聚甲基丙稀酸甲酯)的散射强度。该系统可以用于康普顿散射成像演示实验和物质散射分析的研究。

康普顿散射在材料无损评价中的应用前景

康普顿散射是X射线(或γ射线)与物质发生相互作用时波长变长的散射,也称不相干散射.研究表明,散射线的波长随散射角的变化而有规律的变化,其散射强度和被散射体的原子序数和电子密度有关.介绍了康普顿散射在密度测量、厚度测量方面的应用,讨论了利用康普顿散射成像来进行缺陷检测等方面的问题,同时介绍了康普顿散射在安全检测、医药技术、食品加工等其他领域的应用.展望了康普顿散射在材料无损评价中的应用前景.

康普顿散射和逆康普顿散射中光子和电子的相互作用

低频光子与自由电子碰撞,hv<<m_ec^2,产生经典的汤姆孙散射;当高频光子射到静止的自由电子上,hv≌m_ec^2,就会发生康普顿散射;而相对论性电子与光子碰撞,即产生逆康普顿散射。

康普顿散射线结合经验系数法校正在X射线荧光光谱测定石灰石和白云石中的应用

石灰石、白云石样品与混合熔剂（Li2B4O7-LiBO2-LiBr）稀释比为1：8，硝酸锂做氧化剂、950℃熔融20min制备玻璃片，应用X射线荧光光谱法（XRF）测定石灰石、白云石中氧化钙、氧化镁、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化锰、磷、硫、二氧化钛、氧化锶、氧化钾和氧化钠12种组分。通过标准样品、光谱纯物质、标准样品与标准溶液合成样品及化学定值样品制作校准曲线并进行分段回归。应用康普顿散射线校正铁、锰、锶元素，经验系数法校正其他9种元素，可有效克服石灰石、白云石中各组分测定时基体效应的影响。对样品进行精密度考察，各组分测定结果的相对标准偏差（RSD，n=10）在0．18％～11．4％之间。对标准样品及未知样品进行正确度考察，测定值与认定值或湿法值一致。

完全最小二乘下的康普顿散射图像重建

由康普顿散射能谱重建密度图像的问题是一个非线性的逆问题 ,这给重建带来很大困难。解决问题的一种方法是结合透射测量所得的衰减系数用以消除问题的非线性。但是 ,用这种方法所得到的投影矩阵却存在误差。为了减小这种误差对重建结果的影响 ,提出用完全最小二乘法来重建康普顿散射图像。数值模拟实验证明 ,这种方法极大地改善了重建图像的质量。

二次康普顿散射和产生双光子的康普顿散射

从康普顿散射的基本原理出发,基于能量、动量守恒定律和相对论效应,首先讨论了康普顿散射中的二次散射,得出波长的改变量不仅与散射角有关,还与入射光子的波长(频率)有关;其次讨论了产生双光子的康普顿散射,由于这种散射的复杂性,只选取了两种特殊情形来讨论,得出散射光子的频率不仅与两个散射光子的散射角有关,还与入射光子频率有关,单一频率的入射光子发生双光子散射后,散射光子波长的改变还可能是连续变化的;康普顿散射实验说明二次散射和双光子散射的发生是可能的。

利用康普顿散射实现太赫兹皮秒脉冲的分析

研究了利用微波与电子束团的康普顿散射实现太赫兹的方法、光子产额和辐射功率。推导出了单个电子产生的太赫兹的光子产额和辐射功率表达式,也推导出了电子束团产生的太赫兹的光子总产额和辐射总功率表达式。结果发现:利用微波与电子束团发生康普顿垂直散射,可以产生太赫兹皮秒脉冲;单个电子产生的太赫兹光子产额与微波功率、微波波长成正比,与微波束截面积成反比;单个电子产生的太赫兹辐射功率与微波功率、电子Lorentz因子的平方成正比,与微波束截面积成反比;电子束团产生的太赫兹光子总产额与微波功率的平方、微波波长的平方成正比,与微波束截面积的平方成反比;电子束团产生的太赫兹辐射总功率与微波功率的平方、微波波长以及电子Lorentz因子的平方成正比,与微波束截面积的平方成反比。

线极化γ射线康普顿散射的蒙特卡罗模拟

本文利用蒙特卡罗程序Geant4模拟了不同能量、不同线极化度γ射线的康普顿散射过程,通过记录散射γ射线方位角上计数的不对称性模拟计算了入射γ射线的极化度。比较了模拟计算的极化度与原入射射线的极化度,发现两者符合很好。结果表明,利用蒙特卡罗方法能模拟极化光子与物质的相互作用,可为γ极化仪的设计提供指导。

Cu-Ni和Fe-Cu合金中Cu含量与康普顿散射光子数的关系

从理论上推导了康普顿散射光子数与合金中某成分含量间的关系表达式,经分析可近似为线性关系。然后,按一定成分制备好Cu-Ni和Fe-Cu两组合金,从实验上验证了Cu-Ni和Fe-Cu两组合金中Cu含量和康普顿散射光子数间的线性关系。最后作了详尽讨论,拟进一步开拓康普顿散射的应用领域。

直方图约束下的康普顿散射图像重建

利用康普顿散射光子能谱可以重建物质的电子密度图像。针对传统的连续近似算法收敛性能差,重建效果不理想,本文提出一种结合直方图约束和Tikhonov-Miller正则化的连续近似迭代算法,加快了收敛速度,改善了重建质量,并给出了计算机仿真的结果。

激光同步辐射源特性的线性康普顿散射分析

激光同步辐射源(Laser Synchrotron Source,简称LSS)是利用强激光与相对论电子束散射,产生准单色、能量可调的X射线脉冲的新型X射线源。本文介绍了LSS的线性康普顿散射理论;分析了LSS的主要特性,包括X射线通量、脉冲时间结构、能谱等。

单电子逆康普顿散射的辐射谱

逆康普顿散射在天体物理中是一种重要的非热辐射机制．本文利用相对论不变量求得单电子在各向同性辐射场中穿行时的逆康普顿散射的辐射谱．

利用康普顿散射分析碳化硅陶瓷在高温下使用氧化后组成的变化

用波长色散X射线荧光光谱仪,通过测量散射体(样品)对铑的康普顿散射线(RhKα-C)强度的变化,实现了碳化硅陶瓷在高温下使用时氧化情况的监控。用一套8只碳化硅校准样品建立了康普顿散射强度与样品平均原子序数之间关系的数学模型。利用此模型计算了碳化硅氧化后组成含量的变化。结果表明:用此方法测得的样品中碳、硅及氧的相对含量与X射线光电子能谱法所测结果相符,两者间的相对偏差均小于1%。据此认为,此方法所测得的数据是可以接受的。

康普顿散射成像模型及神经网实现

提出了基于能量谱的康普顿散射成像模型 ,引入一种耦合梯度神经网络实现该模型下的康普顿散射成像 .得到了成功的结果 .

康普顿散射法测定溶液浓度

基于光子与物质相互作用的康普顿散射效应,利用康普顿散射光子数与散射体的电子密度成正比的原理,提出了用康普顿散射测定溶液浓度的方法,描述了相应的试验装置和测定溶液浓度的步骤,并用此方法测定了氢氧化钠和氯化钾溶液的浓度,分析了引起误差的原因。试验结果表明,用所提出的方法测定溶液的浓度是可行的。

X射线康普顿散射成像实验装置研发

该文围绕高性能X射线康普顿散射成像需求,开展了大视场、高分辨率Schmidt物镜的研发及成像实验研究。基于光学设计,研制了分离式的Schmidt物镜,解决了物镜在子午方向和弧矢方向存在分辨率差异的问题,提高了物镜的成像分辨率。开展了X射线康普顿散射成像实验研究,检验了物镜的灵敏度和分辨率。实验结果表明,Schmidt物镜在120 mm视场内的分辨率约为3 mm,对置于1 mm钢板后的PMMA探测灵敏度约为10 g,实现了高分辨率、高灵敏度的探测。