FLUKA在永久磁铁辐射退磁实验模拟中的应用

利用FLUKA程序,对韩国浦项加速器实验室的2.5 GeV电子直线加速器辐射退磁实验系统进行蒙特卡罗模拟,得到了永久磁铁处各种粒子(包括光子、电子、中子及质子)的能谱以及注量的空间分布。根据实验中的束流强度,估算出永久磁铁所受的吸收剂量率和1 MeV等效中子注量率分别为18.7 Gy/s和6.37×107cm-2.s-1。

中国锦屏地下实验室空气氡浓度监测(2010—2011)

为评估中国锦屏地下实验室的氡本底辐射环境对稀有物理事件探测实验及极低本底伽玛能谱测量装置的影响,使用测氡仪对实验大厅的空气氡浓度进行了跨度为10个月（134d）的实时监测。监测数据显示：在无通风情况下,实验大厅空气氡浓度平均值为101Bq·m-3,波动范围为60~149Bq·m-3;在通风情况下,实验大厅空气氡浓度平均值为86Bq·m-3,波动范围为19~179Bq·m-3;与国际地下实验室相比,中国锦屏地下实验室的空气氡浓度处于平均水平,能够保证各低本底实验的正常运行。

基于新型重建算法的低剂量CT成像技术

近年来,低剂量CT已成为研究热点。本文针对螺旋CT和平板CT成像模式介绍目前低剂量CT图像重建领域的一些主要的技术路线和方法,重点对目前流行的几种低剂量CT重建方法进行分析和概括,包括基于PI线重建和内重建的局部成像方法、基于压缩感知理论的稀疏采样成像方法和基于新型统计迭代的低剂量成像方法;并对低电流CT扫描及基于噪声模型的统计迭代技术以及低剂量CT的临床应用现状进行回顾与展望。

一种用于μ子成像检测技术的探测器校正方法

宇宙射线μ子成像检测技术具有穿透力强、对高Z材料敏感等特点,特别适合检测特殊核材料,是监控核材料走私的有效方式之一。数据校正问题是实现μ子成像检测技术的关键难点之一,由于环境本底,周围噪声,探测器的误差等外界因素的影响使得原始数据不能直接使用,如果不做任何校正就将原始数据认为是可用数据进行重建成像,将会出现严重的伪像。根据μ子成像检测系统的特点,本文针对探测器偏移带来的误差提出了一种校正方法。数值实验结果表明该方法能够有效地对探测器发生的偏移进行准确的校正,这有助于推动宇宙射线μ子成像检测技术早日投入实际应用。

基于等角多段探测器的非均匀采样CT直接FBP重建算法研究

本文提出了一种基于等角多段探测器的非均匀采样计算机断层成像(Computed Tomography,CT)系统,并针对该系统推导了直接滤波反投影重建算法,分析了算法在处理非均匀采样CT数据时的局限性,特别是算法中权重函数的非光滑性对重建图像的影响。本文的理论推导和仿真实验结果显示:尽管直接滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)重建算法可能导致环状伪影,但通过适当的系统设计,这些伪影的影响可以被控制在可接受的范围内,并能保持图像的分辨率,使得基于等角多段探测器的非均匀采样CT的FBP算法具有一定的实用价值。本文研究成果为新型CT系统的设计和优化提供了理论依据和实践指导。

直线轨迹扫描断层成像中的图像重建与恢复方法

基于直线轨迹扫描的X射线断层成像方式,具有成像速度快、无物体重叠问题且造价较低等优点,在快速行李物品安检、大物体检查等领域具有较大应用潜力。不完备数据(有限角度)的图像重建及恢复是该成像方式的关键难题。本文介绍了一种适用于直线轨迹扫描断层成像的图像重建及恢复方法:在直接解析重建的基础上,利用linogram技术和总变分(Total Variation)正则化准则,实现快速稳定的外插迭代以补偿缺失数据,从而在保持图像边缘的同时,提高了图像像素值准确性,减小了图像伪影。

高能数据缺失下的双能CT重建算法实验研究

随着全球恐怖主义事件数量的逐年递增,公共安全问题越来越受到各国的重视,对安检系统的需求也越来越高。具有高精度物质识别特性的双能CT检测系统一直被认为是防范恐怖事件发生的最有效工具之一。但目前最典型的伪双能CT成像系统是由高低能量不同的两层全采样探测器单元组成。大量探测器单元的使用大大提升了系统成本,阻碍了大规模商用。2013年,我们提出了一种基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法,该算法仅利用少数高能探测器缺失数据即可实现图像质量相当的重建过程,模拟实验初步验证了算法的有效性。本文进一步使用在双能CT物品机上采集的真实数据验证算法的有效性。实验结果表明,在确保双能CT重建图像质量的前提下,使用基于压缩感知理论的双能CT不完备数据重建算法可以将双能CT探测器成本降低25%。

基于CCD医用X射线数字成像系统设计

基于高分辨率CCD数字X射线成像系统是近年发展起来的一种越来越受医疗机构欢迎的X射线数字诊断系统,与目前传统的DR和CR相比,其具有更好的空间分辨率、动态范围和可靠性。介绍了基于CCD医用X射线数字成像系统的组成、结构、性能和实验结果。

在缪子成像中利用模式识别检测毒品与爆炸物（英文）

在集装箱安检中一个很重要的亟待解决的问题是如何有效地检测出藏在金属中的毒品和爆炸物。传统的X射线CT难以穿透较厚的金属材料,而中子CT引入了很大的放射性,其屏蔽问题是一个难点。相较之下,宇宙线缪子成像是一种有前景的非破坏性成像技术,因为缪子来源于天然的宇宙射线且有足够的能量完全穿透大型集装箱。本文研究了在可接受的测量时间内,宇宙线缪子成像方法能够在何种程度上识别毒品爆炸物与空气和金属。基于清华大学缪子实验平台TUMUTY并通过Geant4模拟宇宙线缪子与物质的相互作用,毒品爆炸物及不同金属材料的散射密度能够被重建出来。基于模式识别的SVM分类器被训练出来对这些材料进行自动识别分类。结果显示,对于边长为20cm的不同材料的物块,在10到30 min的测量时间内,能够通过缪子成像方法识别毒品爆炸物与金属材料和本底,分类的错误率约为1%;测量时间为1min时,分类的错误率恶化为12.9%。

基于EPICS的上海光源固定辐射监测系统

上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,简称SSRF)是一个由国家投资建造的第三代同步辐射光源装置,由150MeV电子直线加速器、3.SGeV增强器和3.5GeV的储存环及同步辐射实验线站组成。SSRF在运行时,电子在增强器和储存环中产生大量同步辐射。同时,电子与真空管壁等发生相互作用产生轫致辐射和中子。SSRF固定辐射监测系统用于监测SSRF运行期间在主体建筑四周与环境中产生的辐射剂量水平。系统由探测器、智能模块、监控及管理计算机组成。该系统数据采集控制将基于EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)进行开发,搭建了收集多台前端智能模块数据,并进行处理、分析的软件系统。文中介绍该系统各组成部分的特点和工作原理,以及监控软件、分析软件所实现的具体功能。

利用轫致辐射X射线进行正电子分析的研究

针对现有的正电子分析方法无法分析材料内部缺陷的缺点,提出了一种新的正电子分析方法——光致正电子分析。利用加速器打靶产生的轫致辐射X射线照射样品,通过光子在材料内部发生的电子对效应来产生正电子,然后测量511 keV湮没光子进行正电子分析。通过模拟计算定量研究了该方法用于正电子分析的灵敏度、屏蔽条件等问题;建立了一套实验系统,在该系统上成功实现了对511keV湮没光子能谱的精确测量,并在低碳钢样品的缺陷含量与测量结果之间得到了对应关系。

利用金属钆测量热中子通量的实验研究

研究了一种测量热中子通量的新方法,利用金属钆与热中子反应产生的次级γ射线来确定热中子通量。使用两个NaI探测器进行符合测量,设计了对伽玛射线和散射中子的良好屏蔽体。经过对本底和钆样品的多次测量,对钆与中子反应产生的伽玛能谱进行了分析,计算出了中子与钆反应产生的计数率(样品净计数率),其最大值达到2.74 Hz,从而证实了这种方法的可行性。

康普顿相机成像技术进展

康普顿相机是一种新型的γ射线成像模式,由于没有机械准直结构,它在探测效率等方面有着其它γ射线成像模式所不具备的独特优势。由于这些优势,康普顿相机系统在天文观测、医学成像、环境辐射监测、质子治疗等多个领域得到很好的应用。随着探测器技术和电子学技术的发展,从闪烁体探测器到性能更佳的半导体探测器,康普顿相机系统不断被优化。此外,除了传统的双层探测器结构康普顿相机,各种新型的结构如“分离式”结构、“一体式结构”也不断被提出。本文从康普顿相机的成像原理、重建算法和影响其性能指标的关键因素等方面进行了调研和综述,并总结了康普顿相机技术的最新进展和最高水平的性能指标。

差分CLEAN算法在编码板成像中的应用

编码板多用于硬X射线及更高能量波段的天文成像。采用交叉相关算法对编码板图像进行重建时会产生鬼像,成像质量不高。采用CLEAN算法可以有效消除鬼像,但该算法仍然无法抑制由不等间隔采样和数据缺失引入的误差。采用差分CLEAN算法对编码板图像进行重建。该算法直接在探测器数据空间进行处理,由模型数据推算出探测器上各点的数值,无需对数据进行插值等操作,能够规避上述问题,提高成像质量。选用理想点源数据加入了泊松噪声和人造坏数据点进行了模拟重建,结果显示差分CLEAN算法能够得到比CLEAN算法更低的噪声水平和更接近真实值的点源强度。IBIS是INTEGRAL卫星上的主要编码板成像设备,目前已经有大量损坏的探测器单元。用差分CLEAN算法对IBIS望远镜的数据进行了处理,与INTEGRAL标准处理软件OSA采用的CLEAN算法相比也得到了噪声水平更低的结果。

用ROC和LROC方法观察三维CT成像识别缺陷的性能

将ROC引入CT检测系统来对缺陷识别的效果进行定量分析。传统的ROC方法由于只针对缺陷位置固定的情形,存在自身的局限性,而考虑了缺陷定位的LROC方法更符合实际。本文基于两种方法获取的实验数据进行研究,并结合LROC模型和ROC模型的物理意义进行比较分析。结果表明,经综合比较,LROC方法优于ROC方法,但LROC模型的假设前提在一些情形下并不成立,因此在实际应用中也存在自身的局限性。目前来看,将ROC实验和LROC实验结合使用,是提高诊断效果的最优方案。

人体头部吸收手机及无线路由器辐射的FDTD仿真

建立一个简易的人体头部电磁模型,并基于时域有限差分方法(FDTD),利用XFDTD软件仿真计算手机和无线路由器辐射与人体头部相互作用的SAR值,根据ICNIRP提供的公众照射基本限值评估了其安全性。

双自由度诊断高能电子透镜成像技术

电磁场及流体演化过程信息的获取在高能量密度物理、可控核聚变及实验天体物理的研究中起着重要的作用,然而在实验过程中,电磁场信息及流体信息的同步获取是非常困难的。基于高能电子透镜成像技术,利用面密度差分的方法,提出了一种可以实现面密度和场积分强度同时获取的双自由度诊断设计方案。结合了蒙特卡罗模拟和束流光学分析,该方案在相对较强的电磁场情况下的适用性得到了验证。此外,我们可以通过改变Fourier面处光阑的形状将其适用区间扩展到低电磁场强度相空间。结合高能电子束相对论速度及超短脉冲的特点,该技术非常适用于磁流体超快演化过程的诊断。

上海光源固定辐射监测系统数据库及数据分析软件

SSRF固定辐射监测系统用于监测SSRF运行期间工作区域与周围环境的辐射剂量水平,包括Gamma辐射和中子辐射。监控计算机将数据从前端采集模块中读取,并存在中心管理计算机上的MySQL数据库中。数据分析软件利用Python脚本语言编写,可实现对某特定监测通道的某一时间段的历史数据进行查询、统计、画图及导出等功能,另外,还可对报警事件进行专门查询。查询网页利用PHP语言编写,同一网段的用户可以通过网页对历史数据进行查询和画图。

基于迭代法的同轴法X射线相衬成像的相位复原

相位复原问题是指在只有强度可以测量的情况下,从强度数据中提取出物体的相位信息。相位复原是同轴法X射线相衬成像的关键问题之一。本文采用误差递减法,通过限制物体的空间大小,结合测量到的强度数据,在物体的空域和频域都进行约束。通过反复迭代,进行带宽外推,最终实现物面和像面的相位复原。仿真实验证明了此迭代算法的收敛性,并且以塑料管为样品,在上海光源采集到同轴法X射线相衬成像的实验数据,对上述算法进行了验证。

基于层间无金属滤波片的双层平板探测器X射线及CT成像性能评估

目的双层平板探测器在单次X射线曝光下即可获得高低能投影时空匹配俱佳的能谱数据,应用前景广阔。本文针对一款层间无金属滤波片、等晶体厚度(550μm CsI)的双层平板探测器,在桌面CT平台上测量和评估了其X射线及CT成像性能。方法首先,基于CATPHAN标准模型和平场扫描,测量了该双层平板探测器的空间分辨率和噪声功率谱;其次,通过对KYOTO拟人胸腔模型的X射线摄影,分析了其双能透视成像性能;最后,使用窄束准直X射线对GAMMEX多能模体做计算机断层成像(Computed Tomography,CT)扫描,经过投影域基材料物质分解和CT图像重建,评估了其双能CT能谱成像潜力。结果在2×2像素合并模式(0.3×0.3 mm^(2))下,双层平板探测器顶层所得CT图像的空间分辨率可达21 lp/cm,底层可达17 lp/cm;二维透视成像实验研究表明,散射校正后的双层平板探测器高低能数据经过加权运算,可较好地实现骨头和软组织的有效分离;三维断层成像实验研究表明,双层平板探测器能谱成像有望获得准确的物质成分信息(窄束准直下,基材料分解平均误差在10%以内)。结论本文完成了基于一款新型双层平板探测器的X射线及CT成像性能的初步分析与评估,结果表明层间无金属滤波片、等晶体厚度的双层设计有望实现高质量双能能谱成像。