清华大学汤姆逊散射超短脉冲X射线源研究

介绍了清华大学加速器实验室近年来关于汤姆逊散射超短X射线源的研究工作;研究了在任意散射角度下电子束参数和激光束参数对散射光子参数的影响,给出了散射光子的参数如光子产额、脉冲长度、时间抖动等与电子束参数、激光束参数和散射角度的关系;利用实验室已有的16 MeV反波行波加速器与中国工程物理研究院激光聚变研究中心提供的ns调Q激光搭建了汤姆逊散射初步实验平台并开展了实验研究;加工了1.6-cell光阴极微波电子枪,搭建了高功率实验平台,对产生的电子束参数进行了初步测量;对汤姆逊散射超短X射线源进行了设计并开展了相关的平台建设工作,对产生的X射线脉冲参数进行了模拟。

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。

多能谱X射线成像技术及其在CT中的应用

随着探测器技术的不断发展,具有能谱分辨能力的光子计数探测器成为人们研究的焦点,并在X射线成像领域开始得到应用。使用该种探测器,可以将具有较宽能谱分布的X射线分为不同的能区分别进行计数,获得详细的能谱信息及不同能量射线的衰减信息,由此引出了"多能谱成像"的概念。本文介绍了近些年来光子计数探测器技术的发展及其在X射线成像中的应用,同时分析了多能谱技术应用于CT成像所带来的一些优势,如降低辐射剂量、提高信噪比、提高物质识别精度、提高造影剂成像效果等。目前,许多研究机构都致力于研究更快速的电子学设备,以适应高计数率下快速成像的需求,随着多能谱成像技术研究的不断深入,必将为X射线成像及CT领域带来许多新的变革。

彩色X射线成像技术新进展

X射线被发现的一个多世纪以来,在医学诊断、无损检测和安全检查等领域都发挥了不可替代的作用。随着技术的进步,X射线成像与传统摄影技术的发展过程一样,也在经历从"黑白"到"色彩"的变革。近些年具有能量响应的光子计数探测器开始用于X射线成像中,有力推动了这一变革。与传统的电荷积分式探测器不同,它可以获得不同能量区域内的光子计数,并将能谱信息融入到X射线图像中,因此可以得到"真彩色"X射线图像,使得检测更加直观准确,同时可以获得物质成分等信息。CERN等许多研究机构都在此领域开展了深入的研究,并诞生了许多新的成果。在乳腺成像、材料识别等领域,该技术已经得到了初步应用。本文介绍了彩色X射线成像和光子计数探测器的原理,光子计数探测器目前的发展,国际上彩色X射线成像技术的最新情况和其技术优势,并对该技术的未来进行了展望。

基于蒙卡和粒子示踪程序的电子成像模拟分析

借助理论分析和数值模拟,设计了基于高能电子束团的辐射成像系统,并通过Geant4和GPT软件对成像系统的相关参数进行了优化。模拟中分析了影响系统空间分辨率及物质厚度分辨率的因素,结果显示,模拟中设计的成像系统空间分辨率达到μm量级,并且具有一定的厚度分辨能力。该设计指标满足对一定厚度及结构的样品进行成像的要求。

基于X射线光栅相衬成像的乳腺癌诊断技术的现状和发展前景

随着X射线相衬成像技术的发展,适用于临床诊断的X射线光栅相衬成像成为当下一个研究热点。该成像技术可用于常规X光源,并同时获得衰减、相衬及暗场三种图像,具有比传统衰减成像更高的对比度和空间分辨率。本文简要介绍了X射线光栅相衬成像的基本原理,总结了基于该成像过程的乳腺癌诊断技术的发展现状,以及它在微钙化、浸润性癌等乳腺癌症状方面的应用研究进展。相关的可行性验证实验也在本文中加以了详细的介绍。但是该技术在临床应用上仍然面临图像噪声大、辐射剂量高和装备精度要求高等局限。目前,许多研究机构及公司均致力于克服这一点,以开发出用于临床的基于光栅成像技术的新型乳腺机,为乳腺癌乃至更多疾病的治疗带来新的变革和进步。

静态扫描协议下的动态FDG PET成像技术研究

目的:验证缩短扫描时间的协议下动态FDG PET成像的可行性,为推广临床动态PET成像提供技术支持。方法:提出一种简化的动态PET成像扫描协议,应用基于模板的血浆输入函数来缩短扫描时间。基于大鼠的模型模拟和动物试验,在InliView 3000A多模态小动物成像系统平台实现间接和直接重建的分析;比较不同扫描协议下得到的代谢参数图像,并与传统动态扫描协议下的结果对比,验证简化扫描协议的可行性。结果:应用简化协议进行动态分析,其结果未见代谢参数图像Ki明显变化,误差在可接受的范围内。应用直接重建虽Ki误差略大,但对比度更高。与传统动态扫描协议分析结果相比,简化扫描协议获得了合理的结果。结论:简化的扫描协议在临床上的可操作性强且可以获得合理的动态参数结果,在动态FDG PET成像的临床应用中有比较大的发展前景,值得进一步研究。

基于半经验法多球中子谱仪校准

基于半经验法扣除中子散射本底,提出了一种多球中子谱仪校准的新方法。首先用热中子参考辐射装置校准多球中子谱仪各中子球内He-3正比计数器的探测效率。用多球中子谱仪各中子球单独测量参考^(241)Am-Be中子源,结合半经验法扣除散射,给出了各中子球的注量响应。结合两者实验结果,获得^(241)Am-Be源能谱并给出谱仪注量响应。结果表明,校准的多球中子谱仪具备快中子区测量能力。

不锈钢管道的比放气率研究

不锈钢管道的比放气率是超高真空系统设计的关键参数,降低比放气率是提高真空度的有效方法之一。在西安200 MeV质子应用装置(XiPAF)的重离子升级工程中,重离子同步环真空管道内要求达到超高真空度(10−10 Pa量级),要求不锈钢管道的比放气率不超过1.5×10^(−13)Pa·m^(3)/(s·cm^(2))。文章通过研究降低不锈钢管道比放气率的方法,得到一套不锈钢管道处理方案,使得不锈钢管道的比放气率不大于此数值。降低比放气率的方案包括三个关键问题,即不锈钢材料的选取、真空炉高温烘烤方案选择和加热带烘烤方案选择。论文设计了实验方案,定制加工了四根相同尺寸的不锈钢实验管道,304和316L两种材料各两根,四根管道分为两组分别进行真空炉500℃和950℃烘烤,每根管道做四次加热带烘烤实验,烘烤温度依次设定为150℃、200℃、250℃和300℃,并测量每根管道最终的比放气率。为测量不锈钢实验管道的比放气率,搭建了一套比放气率测试平台。测量结果表明,加工厂家提供的304和316L两种不锈钢材料的初始管道比放气率的大小与材料种类无特定规律;实验中真空炉或者加热带的烘烤均能使比放气率降低1~2个数量级;管道依次进行真空炉950℃烘烤和加热带300℃烘烤之后,比放气率可以达到5×10^(−14)Pa·m^(3)/(s·cm^(2))以下,满足XiPAF重离子升级工程要求。

中国成年参考人体模内照射剂量转换系数计算

在核科学与技术、核能、核医学等领域中,对相关公众、职业人员、病人等在工作、核事故以及照射治疗的过程中受到的内照射剂量进行准确的评估是人员健康安全的重要保障。参考国际放射防护委员会(ICRP)生物动力学模型和放射性核素信息,通过计算比吸收分数(SAF),得到内照射剂量转换系数。利用ICRP参考人体素模型验证计算方法的正确性,最后基于中国成年参考人体素体模,系统地建立了中国成年参考人的内照射剂量系数数据库。数据库包括中国成年参考人α、β和γ射线比吸收分数、中国成年参考人体模敏感器官(组织)待积当量剂量转换系数和中国成年参考人待积有效剂量转换系数。将计算的结果与GB 18871—2002提供的内照射剂量转换系数进行了比较分析,结果表明采用中国成年参考人体模内照射剂量转换系数数据库,能更加准确地评估中国成年人摄入放射性核素所致的内照射剂量。本工作为中国成年人内照射剂量评估提供了标准化的方法和全面的数据,具有理论价值和实践意义。

西安200 MeV质子应用装置开放运行情况及下一步升级改造计划

西安200 MeV质子应用装置是为满足宇航器件空间单粒子效应研究与考核评估而建立的专用辐射模拟装置。该装置采用7 MeV直线加速器作为注入器、200 MeV同步加速器作为主加速器。装置于2014年立项,2020年达到设计指标并正式开放运行,目前已累计运行4000余小时,为30余家用户单位提供了机时,是我国首台满足空间单粒子效应考核指标要求的质子实验装置。下一步该装置计划通过新增一台重离子直线注入器,并对同步环进行少量改造,升级为一台质子重离子通用装置,以更好地满足空间辐射效应研究与宇航器件考核评估需求。本文综述了该装置的束流调试结果、开放运行情况及后续升级改造方案。

大面积MRPC宇宙线缪子成像原型装置的研制

大面积位置灵敏探测器阵列是宇宙线缪子散射成像系统的关键部分。研发了适用于研制的73.6 cm×73.6 cm大面积二维读出位置灵敏MRPC探测器上的双精细复用读出电子学,构建了一个包括上下2组、每组各3块大面积MRPC的宇宙线缪子散射成像原型实验装置。该装置通过上下两块塑料闪烁体进行触发,实验数据经过处理后能重建缪子径迹,采用PoCA图像重建算法,获得了散射成像实验图像,结果与蒙特卡罗理论模拟结果相一致,为进一步研究宇宙线缪子成像物理机制、成像算法等提供了良好的实验平台。

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。

反应堆宇宙线缪子成像蒙特卡罗模拟研究

宇宙线缪子成像可对第二代反应堆压水堆(PWR)堆芯进行成像,即使在严重核事故下,常规方法无法监测时,仍可探知堆芯状态,了解堆芯情况。论文基于PWR主要结构参数建立详细的模拟模型,通过Geant4程序进行模拟,对反应堆堆芯进行图像重建,并对图像进行降噪处理。研究结果表明,宇宙线缪子可对堆芯高Z材料成像,核燃料轮廓清晰可见,利用大角度宇宙线缪子对PWR堆芯进行成像、对堆芯状态进行监控的方法可行。若要实现这种方法,使用多个8 m×8 m的大面积位置灵敏探测器,在3个月内可以实现。

双能X射线骨密度仪技术进展综述

骨质疏松的日趋严重使得骨密度的测量越来越受到人们的关注。随着医疗技术的不断进步,双能X射线骨密度仪以其精确的测量结果,较低的辐射剂量以及多种类多型号,被广泛运用于骨质疏松的诊断中。本文介绍骨密度的概念、测量方法和部位,重点介绍双能X射线骨密度测量的基本原理和关键技术。通过不同的分类方法对现有双能X射线骨密度仪进行分析和阐述,并通过硬件和软件对目前双能X射线骨密度仪存在的问题进行分析,对未来该技术的发展趋势进行了讨论和预测。

电离辐射量与单位的体系演进述评

科学又实用地统一计量电离辐射乃是各行各业广泛利用原子能科学技术以及预防与治疗电离辐射可能产生放射损伤所必不可少的重要前提和基础。关于电离辐射量与单位以及相应的测量和应用方法,有关国际组织和世界各国均普遍采纳国际辐射单位与测量委员会(ICRU)这一公认的权威学术组织所提出的体系。本文着重评述电离辐射量与单位的体系在数十年来的主要演变进化概貌。

基于改进爬山法的带电粒子圆径迹重建

基于改进爬山法提出了一种带电粒子圆径迹重建算法,该算法可方便应用于时间投影室中带电粒子的径迹重建。算法首先通过空间映射将圆径迹寻迹问题转换为参数空间上的聚类问题,然后使用改进爬山法寻找参数聚类中心,该中心在参数空间中的位置即为圆径迹参数拟合值。在充分考虑探测器的探测效率、位置分辨率和噪声水平的基础上,使用蒙特卡罗方法产生模拟径迹,研究了该算法在不同情况下对模拟径迹参数的拟合精度。结果显示,该算法在不同噪声水平下均能获得到较高的径迹参数拟合精度,具有良好的鲁棒性和抗噪声干扰能力。此外,本文还介绍了该算法在多条径迹重建中的应用。

超短超强激光与固体靶相互作用所致X射线剂量实验研究

超短超强激光与固体靶相互作用可产生显著的X射线剂量,其辐射防护问题是辐射防护和激光等离子体物理的学科交叉问题,对超短超强激光装置安全运行至关重要。为验证清华大学所提出的剂量评估公式,对超短超强激光与固体靶作用所产生的X射线剂量开展了实验研究。设计了用于屏蔽靶室内超热电子和散射光子的屏蔽结构,仅测量超热电子和固体靶作用所产生的X射线剂量,并开展蒙特卡罗模拟评估其屏蔽效果。基于星光-Ⅲ激光装置对不同激光功率密度(7×10^18~4×10^19W/cm^2)下不同角度上的X射线剂量开展了实验测量,并与不同的剂量评估公式结果进行了比较分析,实验中还对不同剂量测量探测器的响应进行了比较。计算结果表明,所设计的屏蔽结构能很好地屏蔽超热电子和散射光子。实验结果表明,清华大学所提出的剂量评估公式较文献公式能更好地与实验结果吻合。随激光功率密度的增加,前向的X射线剂量较侧向增加得更快。

γ射线CT放射性废物桶检测技术综述

γ射线CT是近年来应用日益广泛的一种非破坏性放射性废物桶检测技术。该技术能够实现对被测对象中放射源的识别、定量与定位,为放射性废物的进一步处置和管理提供依据。本文简述了γ射线CT放射性废物桶检测技术的应用背景,对其数学模型、系统设计、主要性能指标及其影响因素等进行了总结和阐述,详细介绍了其放射性活度图像重建算法与校正方法等关键技术的相关研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。

改进型过阈时间法多通道幅度测量中的基线恢复方法

过阈时间法将信号幅度测量转换成为对过阈时间的测量。采用可变阈值的改进型过阈时间法能够显著优化系统的线性,使其在能谱测量中发挥作用。其所需的比较器和时间数字转换器均可在FPGA内实现,在多通道幅度测量中可大大简化数据采集系统。过阈时间法对波形和基线稳定性有较高要求,在高计数率下,堆积和基线偏移会对测量造成影响。提出一种通过可变阈值采样基线的校正方法,基于信号模拟系统验证了该方法的可行性,初步分析了其基线恢复的效果。该方法可显著提升过阈时间法在高计数率下的稳定性。