锦屏模式大科学工程的启示

一、引言暗物质是人类在不断探索宇宙奥秘、认识世界过程中提出的一个重大前沿问题,是21世纪新物理发展前沿。2003年,清华大学工程物理系,首先提出采用高纯锗探测器开展暗物质直接探测实验。当时我国没有一个成熟的地下实验室,清华科研人员只能远赴韩国借用其地下实验室的一个拐角开展验证性实验,实验空间受到比较大的限制,而且在实验技术路线上也受到了很多制约,严重影响后续发展。这些亲身经历的实践告诉我们,地下实验室作为基础设施,对于新世纪新物理新突破,具有重大战略意义。自此开始,清华就一直在寻找合适的地方,建立中国自己的地下实验室。

γ相机数据采集接口的几种设计方案

本文介绍了清华大学工程物理系核医学组近几年来研制的γ相机数据采集接口的几种设计方案，并对它们进行了比较。

γ相机数据采集接口的模拟通道及模数变换电路的研制

本文介绍了γ相机数据采集系统的模数变换电路的设计及性能指标。

SPECT 系统中局部触发方法的应用

本文介绍了局部触发电路的设计，并将其应用于模块化环形探头ＳＰＥＣＴ系统（ＭｃＳＰＥＣＴ）中，对该方法的应用效果进行了测试。

多数字信号处理器在 SPECT 数据采集系统上的应用研究

本文介绍了在环境探头ＳＰＥＣＴ数据采集系统上利用多数字信号处理器技术的几种方案，并在现有的ＭｃＳＰＥＣＴ系统上对几种方案进行了测试比较。

正电子心脑功能仪图象重建方法——一种特殊的不完备投影数据的图象重建方法

本文中介绍了一种新型的正电子型核医学仪器——正电子心脑功能仪,并从该仪器的系统要求和几何特点出发,提出了一种特殊的不完备投影的图象重建方法,称为变权反投影迭代重建方法.该方法基于代数重建法的基本理论,利用在反投影过程中的对校正次数不均匀性的补偿,使算法的收敛速度加快,采用该方法进行图象重建,与传统的加法代数重建法相比,收敛速度提高约2倍.

发射型CT的图象重建算法

本文评述了发射型CT 在探测灵敏度,空间分辨率和影象质量方面取得的进展。并介绍了几类发射型CT 常用的图象重建算法的发展情况,比较了几种方法的特点及其实用性。

利用小波滤波方法对γ能谱进行处理

最小二乘平滑滤波是目前用来对带有统计涨落的γ能谱进行处理的主要方法 ,这种方法可以很好地去除γ能谱中的统计涨落。它的缺点是有可能使γ能谱的形状发生畸变。本文应用小波滤波对复杂的γ能谱进行滤波处理。由于小波变换的多分辨率特性 ,使得滤波既做到了对能谱统计涨落的消除 。

可现场GPS定位的手持式γ能谱仪的设计

针对目前现场γ能谱测量仪需要满足便携式、低功耗、高灵敏度等应用要求,设计了一款基于C8051F340片上系统微处理器的手持式现场γ能谱仪。该能谱仪采用低功耗的电源设计方案,并集成GPS现场定位功能;同时,采用软硬件结合的方式实现γ能谱测量的自动稳谱。其系统结构采用多功能一体化的设计方案,非常适合野外现场工作。高灵敏度γ能谱的实验结果验证了系统设计方案的可行性。

基于14 MeVμs脉冲中子发生器与NaI(Tl)和BGO闪烁探测器的爆炸物检测系统的研制

介绍了利用14MeVμs脉冲中子发生器、NaI(Tl)和BGO闪烁探测器建立的爆炸物检测实验系统。研究了中子感生瞬发γ能谱的时间特性,分别测量了快中子的非弹性散射γ能谱和热中子辐射俘获γ能谱。使用了NaI(Tl)和BGO两种探测器测量γ能谱;NaI(Tl)探测器在测量14N的热中子辐射俘获γ10.835MeV时表现出了很好的性能,而BGO探测器则在测量12C和16O的快中子非弹性散射γ时得到了较好的结果。利用这两种探测器测量了22种样品,其中包括RDX、TNT、NQ3种炸药。根据NaI(Tl)和BGO测量到的中子感生瞬发γ能谱,在分析了1H、12C、14N、16O的元素含量之后,有效地实现了对炸药与普通物品的分辨。

狭长闪烁体光传输的研究

研究了光在狭长闪烁体内的传输问题,推导出了特定情况下的最佳传输条件。对于狭长的高折射率闪烁体,侧面抛光、充分利用全反射,同时将与探测面相对的端面做漫反射处理,可以获得较高的光收集效率。

MRPC物理机制研究

主要研究了MRPC单层气隙工作的物理机制。MRPC工作的物理过程可分为初始电离和电子雪崩两个基本点阶段,依据气体导电理论和相关专业软件,可模拟计算出MRPC单层气隙中的感应电流、本征探测效率与时间分辨率等物理参数。将计算结果与实验结果相比,表明在MRPC中,空间电荷效应明显,电子雪崩甚至达到饱和。

HPGe探测器对圆形面源探测效率的研究

实验刻度了GEM60P4型高纯锗(High Purity Germanium,HPGe)探测器在H=250mm处对三种圆形面源(φ24 mm、φ80 mm和φ90 mm)的峰探测效率,结果表明,这三种源的效率基本一致。采用MCNP模拟了φ40–160mm内的圆形面源效率,研究了探测效率随样品直径的变化关系,并采用Geant4计算了圆形面源对同轴探测器的有效立体角。对φ90mm以上的样品源,探测效率随源直径的增大在逐渐减小,且高能γ射线效率减小程度较快,需采用标准源进行效率刻度。

利用脉冲快热中子分析方法和神经网络识别爆炸物

研究利用PFTNA方法和人工神经网络来识别爆炸物的方法。该方法利用PFTNA来获取被检测样品的热中子俘获γ谱和快中子非弹性散射γ谱,然后通过已知能谱对人工神经网络进行训练后识别未知样品。利用这种方法,能够快速的对未知样品进行定性分析。

开关型积分电荷灵敏前放的研究

介绍了开关电荷灵敏前放应用于高能X射线成像系统中的主要优点,初步分析了此类前放的主要噪声源,并实验比较了开关前放和传统电荷灵敏前放的噪声指标,结果显示开关前放的确因为去掉了反馈电阻的热噪声贡献而使并联电流噪声得以改善。

高能X射线双能成像系统中多能谱探测器研究

高能X射线双能成像系统能够对被检物的材料进行识别,但是当被检物的质量厚度较小时,对其材料识别变得很困难。本文提出了利用多能谱探测器的方法,来提高对较薄材料的识别能力,并使用蒙特卡罗方法进行了一系列模拟计算,首先计算了探测器晶体厚度变化时X射线的沉积规律,然后计算了不同探测器结构和参数情况下材料识别的效果。从模拟计算的结果可知,采用适当的多能谱探测器将使得系统对质量厚度较小的物质,尤其是高Z材料的识别效果有明显改善。

数字X射线图像综合校正方法研究

基于CCD-镜头耦合X射线数字成像系统的输出图像往往会产生信息畸变。针对图像中的CCD暗电流噪声和图像不均匀性,本文提出了相应的校正方法。针对系统特有的散点噪声,本文通过建立噪声模型提出了改进型均值滤波算法(IMF)。最后,本文总结了X射线数字图像综合校正方法,对像质计图像进行的校正获得了令人满意的图像质量。

MRPCγ灵敏度计算

提出了应用MonteCarlo程序模拟MRPCγ射线灵敏度的方法。模拟MRPC对0.03～100MeV、垂直均匀源和各向同性源的γ射线的灵敏度。该方法可以用来计算不同实验环境中不同γ射线源时,MRPC探测器的灵敏度。为研究如何消除γ射线本底对测量结果的影响提供参考。

适于大型装备缺陷检测的工业CT辐射成像技术

本文主要围绕大型装备缺陷检测的工业CT辐射成像系统,阐述了针对大尺度工件进行高精度辐射成像的工业CT系统设计新思路,同时介绍了清华大学在高剂量率小焦点高能加速器辐射源、整体数字化高性能辐射探测器和高精度图像重建算法等大型工业CT的关键技术新进展,并通过实例展示大型工业CT在大型装备缺陷无损检测的应用情况。

暗物质直接探测实验辐射本底研究--以锦屏大设施项目为例

暗物质研究是当前最重要的基础前沿课题之一。暗物质直接探测实验有助于人类理解暗物质进而认识物质的起源和宇宙的形成与演化。通过分析在暗物质直接探测实验中宇生和原生放射性核素两类本底源和屏蔽方法,以中国锦屏地下实验室(CJPL)极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施(DURF)项目为例,从技术路线、建设地点和系统构成三方面详细介绍降低本底的实验方案。该项目为推动我国基础物理前沿研究提供一流实验平台。