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。

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。

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。

强脉冲电场测量技术研究

强脉冲电场测量技术在强流加速器系统电磁兼容设计、核电磁脉冲(NEMP)测量、雷电电磁脉冲(LEMP)效应研究以及高压输电线、大功率开关的电磁辐射测量中起着关键的作用,测量结果的有效性直接影响到理论研究和系统设计的正确性。本文系统地回顾了强脉冲电场测量技术的发展,对有源电光调制法和基于Pockels效应的无源电光调制法两种常用方法进行了详细的分析比较,说明测量系统的研究正朝着提高稳定性、探头微小化、探头无源化、提高带宽、提升灵敏度、后端信号处理便捷、系统维护方便、容易实施标准化测量等方向发展;文章还对测量实践中的屏蔽、信号区分以及获取特征量等具体方法和技巧作了研究,为强脉冲电场的准确测量打下基础。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

利用EUV模拟观测和CT方法重建均匀 等离子体层全球密度分布——三维ART重建和地球遮挡效应研究

本文对地球等离子体层和电离层进行了三维建模,并模拟卫星对30.4 nm极紫外线的探测过程,取得圆轨道平行束情况下的投影数据.采用改进的ART算法对所得数据进行三维重建,获得等离子体层的空间密度分布.结果表明,在投影角度覆盖180°的情况下,重建结果很好地再现了模型中空间各点的数值.文章对实验结果从CT重建方法的角度进行了讨论及分析.

基于非晶硅电子射野影像装置的剂量响应研究

目的:临床条件下研究探讨非晶硅电子射野影像装置(a-Si EPID)的剂量响应特性。方法 :本实验在Elekta Precise直线加速器上X射线能量分别为6 MV和10 MV,采用PTW电离室、等效固体水和不同厚度铜板条件下实施测量。首先,通过EPID信号和模体中电离室的测量比较,确定出EPID剂量响应的建成厚度。其次,临床条件下利用模体的不同厚度测量分析有关剂量、每脉冲剂量和脉冲重复频率(PRF)函数的EPID信号响应情况。结果:在不增加建成材料、10 cm～60cm空气间隙条件下EPID显示了最大11.6%的过响应信号变化。临床上额外将3 mm铜建成区置于EPID上方,空气间隙大于40 cm条件下EPID响应变化将会降至1%以内。在测量范围内随MU数、PRF和每脉冲剂量变化的EPID信号响应是非线性的,最大信号变化接近于3%。因假峰和图像滞后效应等影响,短时间照射EPID会明显地产生出低剂量响应。结论:采用合适的建成层和实施对每脉冲剂量、PRF等校正,非晶硅EPID剂量响应变化可控制在1%以内,从而建立起较为理想的剂量响应曲线。