高能质子照相的成像方程

与X射线闪光照相相比，GeV级质子照相因质子的穿透能力更强而更能满足流体动力学最佳光程、更小不确定度的要求。质子照相用于提取阴影客体信息的过程比X射线闪光照相复杂。为了便于分析质子照相过程及其特性，以质子照相的输运过程为基础，逐步考虑了质子与物质相互作用的各种过程——核反应、多次库仑散射、准弹性散射和弹性散射，并获得含各种过程的质子照相理论计算表达式。在含准直的系统中，理论计算公式中包含了多次弹性散射和准弹性散射项。通过与QMCPrad计算结果的对比得知弹性散射高斯近似下的理论计算结果与蒙特卡罗方法（MC）计算结果一致，与更准确的“黑体”模型的相对误差为3％～5％。这意味着在某种程序上，当研究质子照相规律或设计系统时，高能质子照相的理论计算公式能够替代MC模拟。

快速高能质子照相程序QMCPrad的研制

为了快速模拟高能质子照相过程,利用蒙特卡罗(MC)技术和技巧编写了程序QMCPrad,并开展了QMCPrad与MCNPX的对比计算以及实验E955的模拟验证工作。在模型选取中,修改核反应过程权重的隐式俘获模式和一次抽样模拟穿透客体的多次库仑散射的浓缩历史方式都节约了大量的计算时间。与MCNPX相比,QMCPrad具备模拟质子在磁透镜中输运过程的能力。QMCPrad与MCNPX、实验E955的对比及验证结果表明,QMCPrad能够准确定量地模拟高能质子照相,为质子照相实验设计提供工具。