基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究

为了将数字平板探测器应用到高能X射线成像无损检测,通过实验研究了平板探测器的噪声和动态范围。设计了基于平板探测器的高能X射线成像系统。通过实验研究了电子直线加速器对数字平板探测器图像采集的束流触发同步问题。     

低能加速器的应用

 加速器是利用电磁场来加速带电粒子的装置,如加速电子、质子、离子等。按能量区分,加速器分成高能加速器、中能加速器和低能加速器。其中能量低于100MeV的小型低能加速器在医学、工业辐照、离子注入及核分析技术等领域均有广泛的应用。一、加速器在医学上的应用1.疾病的诊断传统的XCT是透射型CT,测定的是通过肌体的X射线强度的衰减情况,医生从不同的衰减来分析病变情况。加速器介入医学后,促使了一代能测试脏器功能的新的发射型CT(简称ECT)的问世。     

基于面阵探测器6／9MeV新型高能工业CT系统

研制成功的6MeV高能工业CT集成检测系统采用磁控管驱动的6MeV射频加速器作为X射线源，成像系统与9MeV高能工业CT相同，扫描方式采用三维锥束扫描。主要技术指标与9MeV工业CT系统接近，其空间分辨率也达到21p／mm（10％的调制度下）。     

集装箱CT检查系统二维防散射滤线栅作用分析

基于辐射成像系统蒙卡模拟软件NucRPD，对一款以9 MeV加速器作为辐射源的集装箱CT检查系统进行全系统蒙卡模拟，并使用目标晶体笔标记法、散射部件标记法与断层图像计算法综合分析了位于探测器晶体前方的二维防散射滤线栅对散射X射线的压低作用。计算结果表明此款集装箱CT检查系统中二维防散射滤线栅对于降低散射X射线的作用有限，后续在工程应用中无需使用二维防散射滤线栅，这将极大降低后端集装箱CT检查系统探测器与旋转机架等部件的机械设计难度与工程实现成本。     

金属材料内部缺陷精确工业CT测量方法

利用图像点扩散函数(PSF)近似计算法建立线阵探测器工业CT金属材料X射线衰减测量模型,并利用该测量模型对垂直于X射线平面边界灰度幅值进行数值计算,获得当前PSF曲线。在此基础上,建立基于近似PSF曲线的缺陷检测理论模型,并对缺陷进行定量检测分析。采用高能6 MeV工业CT线阵探测器系统,对含有人工缺陷的不锈钢试块进行缺陷检测试验。结果表明:相比于传统半高宽缺陷测量方法,本实验方法在缺陷定量检测精度上有较大提高,从而为提升金属材料内部缺陷的定量检测水平提供新的方法和技术途径。     

9MeV,小于0.1mm微焦点X射线源验证实验

密度高、成像分辨率高、成像速度快的X射线数字成像检测需要高能微焦点大剂量X射线源,高品质电子源是实现这一X射线源的关键手段。基于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光的主加速器,验证了低发射度、低能散度的高亮度电子束实现高能微焦点的可行性,得到电子束半高全宽尺寸小于70μm的9 MeV微焦点,并初步开展成像实验,双丝像质计焦斑清晰分辨9D号丝,丝直径0.13 mm。     

集装箱CT检查系统二维防散射滤线栅作用分析

基于辐射成像系统蒙卡模拟软件NucRPD,对一款以9 MeV加速器作为辐射源的集装箱CT检查系统进行全系统蒙卡模拟,并使用目标晶体笔标记法、散射部件标记法与断层图像计算法综合分析了位于探测器晶体前方的二维防散射滤线栅对散射X射线的压低作用。计算结果表明此款集装箱CT检查系统中二维防散射滤线栅对于降低散射X射线的作用有限,后续在工程应用中无需使用二维防散射滤线栅,这将极大降低后端集装箱CT检查系统探测器与旋转机架等部件的机械设计难度与工程实现成本。     

10 lp/mm空间分辨率高能CT系统

报道了基于光阴极S波段电子直线加速器建成的9 MeV高能微焦点射线成像系统“精卫”,X射线束横向尺寸小于100 μm,7 h剂量波动低至1.6%。初步开展成像实验结果表明:双丝像质计清晰分辨13D号丝,丝直径0.05 mm,CT测试卡测得空间分辨率优于10 lp/mm,装置同时兼容电子束能量6～18 MeV可调。     

用于质子和伽马射线探测的金刚石薄膜探测器的辐照性能

 研制出CVD金刚石薄膜探测器,在国家串列加速器和⁶⁰Co稳态辐射源上分别完成了该探测器对9 MeV质子束流和1.25 MeV γ射线的辐照性能研究。结果表明:该探测器在9 MeV质子照射累积强度达到10¹³ cm^-2时,探测器信号电荷收集效率减小量低于3.5%,辐照前后探测器暗电流没有明显变化。计算得到9 MeV质子对该探测器的损伤系数为1.3×10^-16 μm^-1·cm²。由于γ射线与金刚石作用产生的电子起到了填补缺陷的作用,探测器信号电荷收集效率随γ射线照射剂量的增加略有增加,在γ射线累积照射量达到10.32 C/kg时,其增幅小于0.7%。说明金刚石薄膜探测器具有较高耐辐照强度,适用于高强度辐射测量领域。     

高能X射线双能成像法中的物质识别

研究了边界能量为1—10MeV的高能X射线成像系统中采用双能成像法识别物质问题. 通过研究其物理机理, 提出了一个近似线性的数学模型; 定义了物质识别灵敏度用于评价物质识别效果; 发现了双能X射线的最优能谱分布区间. 提出并验证了面向最优能谱分布区间的双能X射线能谱调制方法, 大大提高了物质识别灵敏度, 并较好解决了不易识别薄物质的问题. 建成了9MeV/6MeV交替双能成像实验样机, 获得了物质识别着色图像. 相关实验研究结果与理论研究符合得很好.     

衍射增强成像方法在计算机断层成像中的应用

衍射增强成像是X射线相位衬度成像方法之一，这种方法具有较高的衬度和空间分辨率. 利用它对由轻元素组成的生物、医学样品成像可以观察到常规吸收成像无法观察到的内部微细结构. 这种方法在生物、医学、材料科学等无损检测领域中的应用研究，已成为当前国际上X射线成像领域中的研究热点. 讨论衍射增强成像方法和该方法在计算机断层成像中的应用. 实验结果表明，使用衍射增强成像方法获得的数据源能够重建出微米级的生物组织结构，这些组织结构信息在常规X射线断层成像中是难以得到的. 关键词： 衍射增强成像 CT重建 同步辐射 微细结构     

工业CT在工件检测中X射线硬化校正

X射线工业CT中,由于X射线能谱具有多色性,X射线在透射物质时,能量较低的射线优先被吸收,X射线能量越高,衰减系数越低。也即较高能量的X射线的衰减系数比较低能量的X射线的衰减系数小。射线随透射厚度增大,变得更易穿透,也就是发生了能谱硬化现象。由于射线硬化现象使图像重建时出现伪影,因此必须修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了在均匀物质中,X射线射束和与透射厚度的关系。并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,拟合出射束和与透射厚度的关系式。然后得出在同一透射厚度时,X射线射束和校正为单色等效射束和的关系及其等效方法。最终得出X射线等效单色射线的衰减系数的拟合值。再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线射束硬化的影响。     

X射线荧光层析成像中消除散射光的方法

介绍了X射线荧光层析成像技术的成像原理及其在微量分析领域中的应用。针对X射线与物质相互作用时，不仅产生荧光，而且会产生各种散射光，为消除这些散射光对成像结果的影响，提出采用在与入射X射线垂直方向放置一个圆环状的晶体单色器，即双聚焦模式晶体单色器，使荧光与各种散射光分离，并聚焦在探测器上。这样不仅大大增强了荧光信号的强度，而且可使荧光探测器小型化。     

Energy deposition in different diameter sites can help characterize the incident radiation

The energy deposited by many types of radiation, including the high energy heavy ions found in galactic cosmic rays, is more damaging to biological systems than equal amounts of energy delivered by conventional X-ray irradiation. Average quantities such as dose and LET do not provide the information necessary to predict the effect of these types of irradiation at low doses. Charged particle fluence, as a function of the particle charge and velocity, is the ideal way to characterize the radiation, but in many practical situations the fluence spectrum is not known, and cannot be easily obtained. Low pressure proportional counters, simulating tissue volumes a few micrometers in diameter, provide a convenient alternative to dose and fluence measurements. Such instruments are used routinely on the space shuttle and space station to evaluate radiation exposures. However, the energy deposited does not relate directly to energy transferred because a significant amount of energy is carried away from the particle track by delta rays. Using experimental data and simple approximations we show that energy deposited in targets 0.02, 2, and in diameter differs by easily measurable amounts. These results suggest that it is possible to estimate the fraction of the events that are due only to delta rays, and, thus, the average velocity of the particles that deposited the energy, from measurements of energy imparted in different size sites.     

Al窗Ag靶微型透射式X射线管模拟与性能分析

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域,具有体积小、功耗低、X射线发射效率高等特点,可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。目前常用铍(Be)作为出射窗材料,成本高,而且有毒性。同时为减少低能散射射线,在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料,透射高能射线,屏蔽低能散射射线,降低制作成本和难度。文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。结果表明,Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用,在Al窗厚度超过1.5 mm时,低能射线完全被屏蔽,高能射线有部分透射。通过和已有研究成果[1,5]对比分析,在Ag靶厚度为2 μm,Al窗厚度为0.8 mm时,低能射线所占的比例仅为0.087 8%,高能射线产生率为0.002 73%,既能有效屏蔽低能射线,又能保证高能射线较高的出射率,能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。     

基于加权TV正则化的X射线CT系统能谱估计方法

在CT硬化伪影校正、双能CT图像重建以及CT辐射剂量计算等实际应用中,X射线的能谱信息具有重要的作用。然而,由于透射测量方程组系数矩阵的病态性、X光子的统计涨落和噪声的干扰,使得EM等能谱估计方法难以获得较精细的能谱刻画。针对该问题,提出一种基于加权TV正则化的X射线CT系统能谱估计方法。首先采用能谱能量范围内带有不同K-edge的材料作为体模以降低投影测量方程之间的相关性。然后,利用CT成像系统的几何参数来获取投影测量数据所对应的准确透射长度信息来减小投影方程的测量误差。最后,综合利用透射衰减测量数据的保真性、轫致辐射能谱部分的连续性、特征辐射能谱部分的离散性、能谱的非负性和归一性以及平均有效衰减系数等信息,使用加权TV正则化方法建立目标函数,利用正则化理论中的L曲线准则通过黄金分割参数搜索策略求得最优正则化参数及对应的能谱估计结果。分别通过不同统计波动模型下的仿真能谱和实际测量数据对算法性能进行了验证,结果表明该方法与EM等方法相比,不受初始能谱的影响,有效提高了能谱估计结果的稳定性和准确性。     

基于对数解调的递变能量CT成像方法

复杂结构件由于有效厚度差异大和成像系统动态范围受限, 单一能量下的投影数据信息不完整, 常用CT重建算法及不完全数据重建算法无法在数据缺失严重的情况, 有效实现复杂结构件的CT重建. 为此论文提出基于对数解调的递变能量CT成像方法. 该方法在分析直接高动态CT成像所存在问题的基础上, 提出利用对数变换压缩递变能量投影序列动态范围, 并利用现有的基于图像灰度一致性的融合方法, 计算融合加权系数, 再经常规重建算法实现复杂构件的CT成像. 论文并以某复杂仪表为对象, 进行实验, 相比传统的固定能量成像方式, CT信息完整, 质量高. 从而说明论文所提出的方法, 能够实现CT系统动态范围的扩展, 实现复杂结构件的高动态CT成像.     

用henke X光源标定Kodak SWR底片的响应曲线

利用Henke X光源,通过电子激发方式,获得了C的K_a线(277eV)和Mo的L线(193eV),通过X光激发方式,获得了Al的K_a线(1.5keV)和Ti的K_a线(4.5keV)。利用流气式正比计数管监测X射线强度,测得了Kodak SWR底片对以上四种能量的X光的响应曲线。     

Variation of soft X-ray emission with gas pressure in a plasmafocus

The variation of the soft X-ray emission in a low energy (3 kJ, 15 kV) plasma focus over a range of pressures is investigated. The working gases are argon and an argon-hydrogen mixture. The X rays are detected using an assembly of PIN-Si diodes with differential filtering and with a multipinhole camera, soft X rays originating from the plasma and from electron beam activity on the copper anode are observed. In general, three pressure regimes can be discerned. In the first regime, both the plasma X rays and the copper line radiation are weak. In the second regime, the X-ray emission is intense and the contribution from copper lines is strong. In the third pressure regime, the plasma X rays are intense while contribution from the copper X-rays are weak     

基于光导开关的重复频率闪光X光机北大核心CSCD

采用砷化镓光导开关和Blumlein型脉冲形成网络以级联的拓扑形式构建平顶输出功率源,驱动工业X光二极管产生X射线。提出了一种轮辐状金属-陶瓷沿面阴极,并与普通金属阴极工业X光二极管重复频率实验结果进行比较。研究表明:受限于阴极重复频率下的电流发射能力,普通金属阴极工业X光二极管难以实现1kHz重复频率,采用新型阴极二极管实现了1kHz重复频率2猝发脉冲X光输出,这两个脉冲的二极管功率、X射线信号基本一致。