FTO客体3m闪光照相的Monte-Carlo研究

研究了客体模型FTO的闪光照相系统X光输运过程,给出了直穿照射量、散射照射量、直散比、直穿照射量能谱、散射照射量能谱、直穿X光通量能谱和散射X光通量能谱在记录平面的空间分布。结果表明:后锥是照射量散射成分的主要来源,后锥照射量占总散射量97%;后锥也是造成散射的空间分布不均匀的主要器件,这一不均匀性高达58%。照相系统的最小直散比非常小,表明锥造成的散射已经严重地淹没了直穿(轫致辐射)信号。计算中使用高空间分辨率记录法进行分点,合成图像对吸收系数的复原结果与国外报道的结果相符。

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2mm×2mm,统计方法三可达1mm×1mm,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。

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。

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3.1cm;准直器角度为3.0mrad时,扩束器厚度为2.4cm。

高能闪光照相中的能谱优化

在高能闪光照相技术中,提高图像接收平面上直穿与散射的比值有利于有效信息的提取。利用蒙特卡罗方法对法国实验客体的照相过程进行模拟,得到图像接收区域直穿分量与散射分量的能谱分布,依据其分布的特点提出了利用能谱优化来提高接收区域直散比的方法,指出添加衰减屏可以达到能谱优化的效果。依据线吸收系数的变化趋势以及实际加工的难度选择钽作为优化能谱的材料,并根据最小照射量的限制得到了最大的衰减屏厚度。最后通过蒙特卡罗模拟,指出添加9 mm的衰减屏能够对照相结果的优化程度最好,照射量满足要求,而直散比上升到原来的3倍左右。

高能X射线辐射成像的定量模拟与密度重建(英文)

利用蒙特卡罗方法得到的数值图像研究高能X射线辐射成像的密度重建,提出多能X射线源、多材料客体辐射成像的密度重建方法.这种方法不仅能够对包括光源能谱、角分布和尺寸在内的密度重建,而且具有显含质量吸收系数的优点.利用约束共轭梯度算法和变分正则化技术进行法国试验客体的密度重建.结果表明,该方法能够有效地进行高能X射线辐射成像的密度重建,成像光子的能谱效应对于精确的密度重建十分重要.

Optimum angle-cut of collimator for dense objects in high-energy proton radiography

The use of minus identity lenses with an angle-cut collimator can achieve high contrast images in highenergy proton radiography.This article presents the principles of choosing the angle-cut aperture of the collimator for different energies and objects.Numerical simulation using the Monte Carlo code Geant4 has been implemented to investigate the entire radiography for the French test object.The optimum angle-cut apertures of the collimators are also obtained for different energies.