^(241)Am-Be中子源快中子成像研究

中子成像是一种与X射线成像互补的无损探测技术。为探索同位素中子源用于发展可移动的无损检测系统,利用241Am-Be作为中子源,使用自制的中子发光转换屏和X射线胶片作为探测系统开展了快中子成像研究,并获得了较高质量的图像。研究结果表明,利用241Am-Be中子源发展小型探测系统是有潜力的。

基于伴随粒子的快中子成像系统角分辨研究

不同于传统的快中子成像系统,采用伴随粒子成像技术无需机械准直即可消除大部分γ射线和散射中子的干扰,实现对厚重物体的高对比度成像。角分辨是影响系统成像质量的一项重要参数。通过理论分析,研究了入射离子的初始动量、靶点尺寸和探测器空间分辨等多个因素对系统角分辨的影响。利用基于GEANT4的模拟程序,计算了不同参数下被标记中子出射角分布的二维图像。分析及模拟结果表明,靶点直径和α探测器空间分辨率是影响角分辨的重要因素。为满足系统角分辨小于1°的设计目标,入射离子的初始动量变化范围应较小,靶点直径应小于1 mm,同时α探测器的空间分辨率应小于0.5 mm。

快中子共振成像实验研究

利用两次成像法对快中子共振成像进行研究。分别利用6.3 MeV和6.1 MeV快中子对石墨、铜、铝构成的样品进行成像,经图像处理后,消除铜和铝的影像而获得了碳元素的分布图像。

采用硅光电倍增管和塑闪阵列的便携式快中子成像系统的可行性研究

介绍了一种基于硅光电倍增管和塑料闪烁体阵列的小型快中子成像系统。对比X射线成像,快中子成像对低原子序数构成的物质更加灵敏,在工业领域有重要应用。从模拟和实验两方面探讨方案的可行性。利用GEANT4和Python搭建了一套模拟平台,实现从中子到电信号的全物理过程模拟,根据结果进行了图像重建。通过模拟,讨论了能量阈值、闪烁体尺寸对系统探测效率的影响;论述了影响系统成像效果的几个关键因素(中子源焦点大小、源与样品间距、样品的材质和厚度等)。试制了一个小尺寸的成像探测器,并配合氘-氘中子管,对聚乙烯材质的样品进行了成像实验。结果显示:此单元成像效果基本与模拟效果一致,成像图的实际像素尺寸可以达到3 mm×3 mm。以上模拟和实验结果显示基于硅光电倍增管快中子成像系统的可行,为进一步的研究提供了依据。

Bulk-Micromegas快中子成像转换层的Geant4优化

基于Bulk-Micromegas探测器的快中子成像实验中,中子转换质子的转换层效率低是一个瓶颈.利用基于Geant4工具包的蒙特卡洛模拟程序并使用ROOT工具对不同中子源(Am-Be源和14MeV中子源)以及不同转换层结构和厚度对转换效率的影响进行了模拟,得到了转换率达到饱和时反冲质子的能量角度分部信息.结果表明,常规聚乙烯转换膜在转换层厚度为400和1600μm时,对Am-Be源和14MeV中子源的探测效率分别达到饱和,其效率分别为0.12%和0.35%.其次设计了3种新的转换层结构,模拟了转换率以及在气体间隙中的能量沉积.新转换膜的转换效率要明显优于传统转换层的转换效率.最高转换率达到常规转换膜的3倍.

复杂快中子源编码成像高效模拟方法研究

为了解决快中子编码成像中复杂源图像定义与模拟效率的问题,研究了基于深度优先合并方法的复杂源图像定义方法。采用栅元合并技术来减小源定义所需栅元数目,同时保证蒙特卡洛模拟中源抽样的效率,从而提高复杂源图像编码成像模拟效率。模拟源为二值E字母时,源合并后模拟所得编码像的计算结果最小误差较源合并前没有变化且满足统计要求,计算时间则减少且为源合并前模拟时间的1/5;对16、64和256灰度阶E字母源进行了编码像的模拟计算,模拟结果的最小误差小于1%,符合重建研究的需要;采用3种重建算法对"西安交通大学校徽"复杂二值源的定义和模拟进行了源区重建,进而验证了基于深度优先合并的源定义方法的正确性。该方法可望为增进聚变源区所历复杂过程诊断的适应性提供一种切实可行的技术途径。

γ/快中子图像测量系统闪烁体光输出特性的实验研究

强脉冲辐射场γ/快中子图像测量系统通常使用闪烁体作为源区信号的转换体。闪烁体的光输出和光学成像系统对闪烁光的收光效率是确定系统灵敏度及测量动态范围的关键参数。本文通过研究闪烁体与光敏器件在分离耦合条件下输出信号电流的变化规律,测量了YAG∶Ce3+、ST401、EJ200、EJ260和EJ264等5种无机/塑料闪烁体的相对光输出,研究了耦合距离对光学成像系统收光效率的影响。结果表明,实验测量闪烁体的相对光输出在不同耦合距离条件下具有很好的一致性,分离耦合时计算光学成像系统的收光效率需考虑闪烁体光输出各向异性的影响。

脉冲射线源三维中子成像重建算法研究

借鉴计算机层析成像方法,通过多角度成像的方式得到氘氚燃烧区三维分布信息。介绍了球谐函数分解、最大期望代数迭代两种具有代表性的极少角度三维图像重建算法,并提出将球谐函数分解重建结果作为最大期望代数迭代初始值的重建约束方法。该方法利用了激光、Z箍缩聚变靶具有一定球对称性的物理先验,既改善了球谐函数在极少角度投影重建表示能力不足、残影较大的缺点,又利用了最大期望算法局部最优的特点,可以将重建结果限制在物理似然域中,从而在一定程度上克服了极少角度投影三维重建解空间过大的问题。利用峰值信噪比、均方根误差、KL偏差等三种指标对重建结果进行了量化评价,结果表明球谐函数初值约束的最大期望代数迭代算法效果最好。

大型客体辐射成像检测技术的发展与趋势

本文对大型客体辐射成像技术及其应用研究进行了介绍,论述了基于X/γ射线分析的透视成像、背散射成像、CT成像及快中子成像等技术的成像原理、技术特点、发展现状与趋势等,以期促进大型客体辐射成像技术向更安全、更高效、更精准、更智能的方向发展。

NIP成像板在快中子照相实验中的应用研究

14 MeV快中子照相适用于大尺寸金属外壳内部结构,尤其是内部含氢材料的检测,在某些厚壁样品质量检测中是唯一可行的技术手段。NIP(Neutron Imaging plate)成像板是新型成像技术,其灵敏度百倍于传统胶片。本文用D-T加速器为中子源的NIP成像系统,进行快中子数字照相研究,分辨率优于1 mm,为深入进行14 MeV快中子照相技术及其应用研究奠定基础。

快中子敏感硅微通道板的模拟与设计

兰州大学研制的快中子成像探测器由聚乙烯转换器、铅玻璃微通道板和电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)相机组成,为了进一步提高探测器的空间分辨率,计划用硅微通道板(Silicon Microchannel Plate,Si-MCP)作为像探测器中的转换器和倍增器件。采用蒙特卡罗模拟工具包Geant4,建立Si-MCP的模拟模型,并模拟Si-MCP对14 MeV快中子的转换效率和空间分辨率随板厚、倾角、孔径、壁厚的变化规律。通过分析模拟结果,对Si-MCP的几何结构进行优化,最终确定Si-MCP的几何参数。模拟结果显示:转换效率主要随板厚的增加而增加,倾角方向的空间分辨率主要受到板厚和孔道倾斜角度的影响。当Si-MCP的板厚为1 mm,通道倾角为2°,孔径设置为10μm,壁厚设置为10μm时,Si-MCP对14 MeV快中子的转换效率为0.15%,倾角方向的空间分辨率为43μm。采用V型叠加的双层Si-MCP探测系统,对14 MeV快中子的转换效率为0.31%,倾角方向的空间分辨率为43μm。模拟结果将作为设计快中子像探测器中的Si-MCP的参考依据。