用Rayleigh-Compton背散射比法测定锡矿样中的锡

X或γ射线的Rayleigh与Compton背散射强度比值(R/C)和散射体的原子序数密切有关,R/C值的大小能够反映样品中轻、重组分的比例。木文给出了一种测定锡矿样中锡含量的有效Raxleigh-Compton背散射比值法。该方法适用于由单一主量重元素和若干轻元素基体组成的样品中时重元素分析,可作为X射线荧光分析的一种补充方法。

HR3C奥氏体耐热钢晶界蠕变损伤的电子背散射衍射分析

对不同条件下的HR3C奥氏体耐热钢蠕变试样进行性能测试和微观结构观察,研究奥氏体耐热不锈钢蠕变沿晶破坏行为和损伤特征。电子背散射衍射(EBSD)分析结果表明,不同蠕变速度下材料的晶粒尺寸基本不变,未产生择优取向,但高蠕变速度条件下部分孪晶界演变成一般晶界,而低蠕变速度下原始孪晶结构基本保持不变。EBSD分析结果清楚地反映了微观蠕变应变的不均匀性。沿晶微裂纹和蠕变空洞的产生和扩展是最显著的损伤特征,这些损伤现象与不同蠕变速度下的蠕变机制及晶界性质密切相关。

基于Geant4的微型透射式X射线管中背散射电子对出射光束影响

X射线管工作时,管内会产生大量的背散射电子。在X射线管内电场的作用下,背散射电子会被电场拉回到阳极靶上,并产生额外的X射线,最终对出射光束质量产生不利影响。背散射电子的分布与X射线管的特性(管电压和靶材料)密切相关。因此,本文将从透射式X射线管中背散射电子的分布规律出发,系统讨论靶材料和管电压引起的背散射电子变化以及其对出射光束质量的影响。首先,在Geant4代码中建立了透射式X射线管的物理模型,并将计算结果与文献数据进行对比验证;其次,开展了不同管电压与靶材料对X射线管中背散射电子分布的影响分析;最后,探究了在管电压作用下背散射电子对出射光束质量的影响。结果显示:当考虑电场时,X射线管的出射光束半高全宽(Full Width at Half Maxima, FWHM)、光子产额和特征峰产额会有所增加,表明背散射电子会对出射光束的质量产生一定的影响。结果同时显示:对出射光束质量影响程度最高主要是第一代和第二代被电场拉回的背散射电子。当管电压发生改变时,背散射电子对出射光束质量的影响程度也会改变,管电压越大,背散射电子对X射线管出射光束质量的影响也越明显。本研究结果为未来开展微型透射式X射线管的数值仿真计算提供参考。

基于单向测量超声背散射系数的晶粒尺寸评价高效方法

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考虑测量系统等无关因素的影响.基于独立散射模型,推导了只与材料相关的背散射系数;利用空间相关函数描述了晶粒尺寸与背散射系数的关系;采用参考信号剔除干扰因素的影响,实现实验背散射系数的快速提取.制备三组不同晶粒尺寸的GH4742试块进行相控阵超声实验和平均晶粒尺寸评价,并与金相法结果进行对比.结果表明本文方法得到的晶粒度与金相法结果最大相对误差为–22.7%,最小相对误差为–3.7%.

铜导线火灾熔痕的背散射电子衍射分析方法

采用电解抛光法制备铜导线熔痕试样,使用背散射电子衍射分析技术对不同种类铜导线熔痕织构的存在状态进行分析。结果表明:火焰熔痕与短路熔痕的织构状态存在明显差异,火焰熔痕基本不存在任何方向的织构,组织主要是粗大的等轴晶;一次短路熔痕与二次短路熔痕均存在明显织构,二次短路熔痕边缘易出现粗大的等轴晶或枝晶,而一次短路熔痕边缘以柱状晶分布为主。

X射线背散射电信号采集电路设计与研究

X射线背散射成像仪是一种基于康普顿散射效应,采用射线探测与成像技术的辐射成像检查仪器。在X射线背散射成像仪的研制中,一套可以准确获取散射射线信息的电信号采集电路是背散射成像仪获得高质量图像的关键。为了设计出更加适合X射线背散射成像仪使用的电信号采集电路,该文针对X射线背散射成像仪中康普顿散射射线特征,提出电信号采集电路的2种设计方案,一种是采用脉冲计数模式,另一种是采用电荷积分模式。根据设计方案,该文分析不同采集电路设计方案的影响因素,并将2种方案分别进行电路设计、硬件参数优化调整和电信号采集对比测试实验。对比测试实验表明,电荷积分模式信号采集方案可以有效提升采集电路辐射信号采集率,提升X射线背散射成像仪的关键指标和成像质量,更加适用于背散射成像仪,从而实现X射线背散射成像仪电信号采集电路优化设计与模块化应用。

基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法研究

目的 :针对传统超声背散射零差K模型参数估计方法存在复杂度较高的问题,提出一种基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法,并在此基础上提出一种基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法。方法:首先,利用蒙特卡罗仿真得到模拟的超声背散射包络信号样本,然后提取特征参数并输入到训练好的神经网络模型中,即可得到零差K模型参数的估计结果。其次,利用滑动窗口法估计窗口内局部背散射包络信号的零差K模型参数值,对零差K模型参数估计值矩阵进行扫描变换、颜色映射和感兴趣区域设置,将感兴趣区域内的参数图像叠加显示到B超图像中,实现超声背散射零差K成像。最后,通过计算机仿真实验验证基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法的估算精度,通过临床实验验证基于神经网络的超声背散射零差K成像评价脂肪肝的性能。结果:计算机仿真实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法估计零差K模型lg α参数、k参数的相对均方根误差分别为0.505和0.408,相比传统估计方法整体上提高了估算精度。临床实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数αNN、kNN诊断脂肪肝≥S1、≥S2、≥S3的AUC值分别为0.77、0.84、0.87和0.77、0.84、0.84,相比基于传统超声背散射零差K成像提高了脂肪肝评估性能。结论:提出的基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法能够较好地评估脂肪肝,可为定量超声评价脂肪肝提供一种新手段。

超声背散射信息熵成像评价脂肪肝的新方法

提出超声背散射Tsallis信息熵成像评价脂肪肝的新方法。利用滑动窗口法,估算窗口内局部背散射包络信号的Tsallis信息熵参数值,对信息熵参数值矩阵进行扫描变换、颜色映射及感兴趣区域设置,叠加到超声B模式图像,实现Tsallis信息熵成像。分析72名肝脏捐献者和204名患者的超声背散射信号,参考标准分别为磁共振波谱测得的肝脏脂肪分数(Hepatic Fat Fraction,HFF)和肝活检组织学检查测得的脂肪肝程度。对于72名肝脏捐献者,Tsallis信息熵与lg(HFF)的相关系数r=0.67(P<0.0001)。对于204名患者,受试者工作特征曲线下面积分别为0.82、0.88、0.89(≥轻度、≥中度、≥重度),而超声背散射零差K成像分别为0.76、0.82、0.82。超声背散射Tsallis信息熵成像可以直观定征并定量评价脂肪肝的严重程度,其诊断性能优于超声背散射零差K成像,可作为一种超声评价脂肪肝的新方法。

电子背散射衍射制样用振动抛光装置的设计及应用

针对电子背散射衍射制样振动抛光机结构复杂、质量较大、价格较高等问题,设计了一种采用市售振动盘底座为基础的振动抛光装置,并选取2024铝合金和2205双相不锈钢进行试验。结果表明:研究设计的振动抛光装置结构简单、操作简便、价格低廉,制备的电子背散射衍射试样表面质量较好,电子背散射衍射测试的标定率高,能够准确获得金属材料的显微组织和取向等信息。

X70管线钢残余塑性应变的背散射电子衍射表征方法研究

为了研究高钢级油气管线环焊缝脆性开裂失效与微小残余塑性应变之间的关系问题,采用背散射电子衍射对不同应变下的X70管线钢进行了表征研究。通过四点弯曲试验和拉伸试验制备带有残余塑性应变的样品,表征了衍射带对比度、核平均取向差与应变的关系。结果表明:X70钢,对于10%以内的塑性变形,金相和硬度等工程手段无法识别;在X70钢管四点弯曲的梯度塑性应变预制样品和系列拉伸样品中,材料EBSD衍射带对比度与微小塑性变形相关性较差,而核平均取向差与±2%以上的塑性变形有较好正相关性,有望用于实际管线残余塑性变形的定性或半定量评估。

电子背散射衍射技术在X80管线钢环焊缝塑性应变表征中的应用

X80油气管道服役过程中的轴向应力(或应变)是导致管道失效的重要因素。轴向应力作用下,弱匹配环焊接头引入的过量塑性变形将导致焊缝处强度破坏或脆化失效。为了探究服役后的X80高钢级管道及环焊缝的微小轴向塑性变形,研究尝试使用电子背散射衍射技术(EBSD)对管线钢进行残余塑性应变进行表征。结果表明:以X80管线钢单轴拉伸和四点弯曲样品为试验对象,筛选并验证了X80母材的核平均取向差(KAM)与微小应变呈线性正相关;利用EBSD分析沿壁厚方向的环焊缝细晶区KAM分布情况,发现靠近盖面焊和打底焊处的KAM与塑性应变有较好的对应关系;在对脆性失效环焊缝细晶区的分析中发现,沿壁厚方向的KAM显著高于同位置的未服役环焊缝,该结果证实了X80环焊缝在脆性断裂前曾经历了一定量的塑性变形,有研究表明这种塑性变形的累积对环焊缝的韧性将造成不利影响。

电子背散射衍射技术及其在微观力学行为研究中的应用

电子背散射衍射(electron backscatter diffraction, EBSD)技术不仅能表征材料微观组织,还能定性分析测试区域的弹性应变和塑性应变,目前该技术已被广泛用于晶体材料微结构的表征。考虑到服役过程中材料微结构及其应力状态可能会发生变化,因此,研究不同服役环境下晶体微观组织与应变场演化之间的内在联系对于研究材料的失效行为和机理有重要意义。本文介绍了EBSD技术的基本原理、常用制样方法及其主要功能,给出了基于EBSD技术在材料科学领域的应用实例,探讨了使用EBSD不同成像数据研究材料微结构及其微观力学行为的分析方法。

超声背散射信号多分支残差网络评估脂肪肝

目的基于超声背散射信号的深度学习技术是超声组织定征中的一种新兴趋势,提出一种基于背散射信号卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的深度学习模型多分支残差网络(Multi-Branch Residual Network,MBRNet),并分析其对脂肪肝的评估效能。方法MBR-Net由3个分支组成,各分支使用不同卷积块,以增强局部特征获取能力,结合带有跳跃连接的残差机制,引导网络有效地捕获特征。实验采用204例临床脂肪肝(S0无脂肪肝80例、S1轻度脂肪肝70例、S2中度脂肪肝36例、S3重度脂肪肝18例)背散射信号。采用背散射信号重构B超图像,手工选定肝实质区域,对其中的每条射频信号,使用长度为768个采样点的门在其上滑动,步长为20个采样点,得到n条门控信号。然后从n条门控信号中随机选取256条。结果共获得261120条信号样本(S0:102400;S1:89600;S2:46080;S3:23040)。MBR-Net与Nguyen网络、Han网络在脂肪肝评估中的性能比较,MBR-Net诊断脂肪肝程度≥S1、≥S2、≥S3均具有更高的准确度、灵敏度和特异性,且MBR-Net的AUC也最高;MBR-Net(三分支网络)的脂肪肝分类效果优于双分支网络和四分支网络。结论相较于传统的单分支、无残差机制的CNN方法,本研究提出的MBR-Net整体上提高了分类精度,在评估肝脏脂肪变性程度的分类任务中取得了良好的性能,MBR-Net可作为超声背散射信号深度学习评估脂肪肝的新方法。

一种松质骨模型的超声透射和背散射信号仿真和检测实验研究

基于有限元分析法建立松质骨的声场仿真模型,获取松质骨超声透射仿真信号和背向散射仿真信号。研究在300 kHz~3 MHz的带宽范围内,透射信号衰减与频率的关系;比较高低频段透射信号的衰减特性,以及高低频段背向散射信号对骨微结构的表征能力;比较二次变换法和倒谱法这两种简便有效的计算平均骨小梁间距的方法。用三维扫描式超声成像系统扫描骨仿体,获取背散射信号。提出一种背散射系数(BC)正弦拟合法计算平均骨小梁间距,表明了BC是可以反映骨微结构的重要参数。

电子背散射衍射技术的撞屏失误和试样放置注意事项

针对电子背散射衍射探测器的磷屏距离试样较近,操作时容易撞屏的问题,分析了电子背散射衍射技术的风险点和两种防撞报警功能,探讨了撞屏对探测器的影响,总结了试样放置时的注意事项,分析了防撞功能的局限性。结果表明:除了对风险认识不足外,两次事故均源于不恰当地使用软件功能,使试样台出现过大幅度且快速移动;梳理操作风险、更为谨慎的操作和更规范的管理可以避免该类问题再次发生。

电子束选区熔化过程基于背散射电子成像的在线监测系统研制

电子束选区熔化(Electron beam selective melting,EBSM)是一种先进的金属粉末床熔融增材制造技术,具有能量集中、能量利用率高、可以成形难熔及脆性材料、真空环境无污染等优点,在航空航天、生物医疗等领域被广泛应用。对电子束选区成形过程进行实时监测及调控可以提高产品质量,但真空、高温、强光、金属蒸气等环境使得实时监测难度非常大。针对上述难点,设计了一套基于背散射电子成像的在线监测系统,该系统采用S型点扫描的偏转扫描方式和接收面积更大的背散射电子信号采集传感器极板,采用中值滤波算法去除椒盐噪声提高图像信噪比,并对图像进行增强处理,在EBSM过程中具备实时清晰地观察加工表面形貌信息的能力,监测范围可达150 mm×150 mm,图像分辨率可达1000像素×1000像素,成像速度可达1帧/s。

超声背散射统计参数成像评价儿童脂肪肝的新方法

目的超声零差K分布是最具物理意义的背散射包络统计模型,探讨超声零差K成像评价儿童脂肪肝的可行性。方法改进基于神经网络的零差K分布参数估算方法,采用特征值的理论值训练估算模型,将并行计算引入背散射统计参数成像。利用中心频率3.5 MHz的探头采集儿童的背散射信号,将改进后的背散射统计参数成像应用于儿童脂肪肝的评价,分析Nakagami成像m参数、零差K成像k参数和log10(α)参数诊断儿童脂肪肝的性能,包括3种二分类(G0 vs.G1~G3、G0~G1vs.G2~G3、G0~G2vs.G3)。结果共得到393例儿童脂肪肝超声背散射信号,其中正常G0共165例,轻度G1共33例,中度G2共78例,重度G3共117例。并行计算法的超声Nakagami成像和超声零差K成像的平均运行时间均比滑动窗口法明显缩短,并行计算法的运算速度约是滑动窗口法的3倍。log10(α)参数在3种二分类中,均获得了最高的曲线下面积、特异性和准确度。结论本研究设计基于并行计算的超声背散射统计参数成像方法,可提高成像速度,超声背散射统计参数成像能用于儿童脂肪肝的定量评价,特别是早期检测,研究结果可为儿童脂肪肝的定量超声评价提供新思路和新方法。

电子背散射衍射技术在高级别连续油管晶粒度评定中的应用

高级别连续油管产品的晶粒尺寸较小,采用传统的金相检验方法无法准确评定其晶粒度。利用金相检验和电子背散射衍射技术相结合的方法,对不同级别连续油管产品的晶粒尺寸进行研究。结果表明:采用电子背散射衍射技术能够准确评定高级别连续油管的晶粒尺寸,CT90连续油管的平均晶粒等积圆直径为2.89μm,CT110连续油管的平均晶粒等积圆直径为1.37μm。

冷轧及退火对310S奥氏体不锈钢的微观结构和组织的影响:基于X射线和电子背散射衍射分析

本文研究了热处理对310S奥氏体不锈钢的微观结构和组织的影响。对样品材料进行冷轧,使其厚度分别减少20%、50%和90%,然后在1023、1223和1323 K下退火5、15和30 min。在厚度减少20%后,奥氏体内产生孪晶,且可观察到形变诱发的α’马氏体,孪晶的体积分数大于α’马氏体。当厚度变化由50%增加到90%,α’马氏体的体积分数由11%增加到69%,孪晶被α’马氏体取代。发生形变后奥氏体相主要为Brass、Goss和S织构,α’马氏体的主要纹理为R-Cu、R-cube、F和E组份。随着形变量增大,Brass织构增加,Goss织构减少。退火过程中,马氏体向奥氏体转变,并发生了再结晶,使Goss和Brass再结晶织构的体积分数增加。材料退火后的结构与冷轧后的大致相同。1223 K下退火5 min的马氏体转变速度明显高于1023 K下的。在1023 K下退火5 min,由于马氏体不完全转变和初级再结晶,未能检测到等轴组织。获得超细晶粒组织的最佳退火温度为1023 K,退火时间为15 min。在1173 K和1273 K时出现快速再结晶和晶粒生长。

卢瑟福散射虚拟仿真实验设计与教学实践

卢瑟福散射实验是核物理学发展史中的经典实验之一。基于实验放射源使用安全的考虑,国内外高校多以理论讲授为主,少有实验教学,限制了学生对原子核微观结构及射线与物质的微观相互作用的深入理解。针对以上问题,开发了基于Unity3D的卢瑟福散射虚拟仿真实验,真实再现实验场景,通过蒙特卡罗模拟保证了实验数据的真实可靠性。实验内容涵盖半导体α谱仪的使用、卢瑟福微分散射截面公式的验证、卢瑟福背散射在材料分析中的应用等内容。该虚拟仿真实验的开发为高校近代物理实验、核物理实验、材料表征等专业实验教学提供了参考,丰富了核物理实验教学的内容。