X射线束斑强度分布对EDXRF分析精度影响研究

能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱法分析复杂背景样品中的低含量元素时,X射线散射产生的干扰会影响系统检测精度,而X射线散射与X射线束斑强度密切相关。利用微光像增强器采集了不同工作电流下X射线束斑的投影图像,用投影光斑外围杂散射线强度表征X射线散射强度,分析得到了减小X射线束斑强度的两种方式,即降低X射线管工作电流和减小准直器孔径。通过实验对比发现,利用EDXRF法分析样品中低组分元素时,用减小准直器孔径的方法来降低X射线散射,要比降低X射线管电流的方式更加有效,且减小准直器孔径的同时增大X射线管工作电流能够提高系统检测精度。实验结果表明,该方法检测土壤中微量元素Cr时,实际相对误差为0.9%~6.6%,相对标准偏差为0.7%~1.5%,经过t检验,p0.05,测试结果在统计学上与标准样品结果无显著差异。     

基于单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像

X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术,可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像,其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放,在多个领域取得较好的研究成果,该系统基于狭缝限束获取微束X射线,束斑为150μm,限制了该方法的广泛应用。椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件,基于全反射原理,具有反射效率高、工作距离长、接收角宽、适用X射线能量范围宽、体积小等优点,已应用到X射线聚焦、全场纳米成像等领域。由于对面型精度的要求较高,制备椭球聚焦镜难度较大。为满足广大用户对微束荧光成像的需求,自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜,并对其进行了X射线聚焦性能检测,结果显示可获得14μm聚焦光斑,焦点处增益可达255倍。基于自主研制的椭球镜,在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统,并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究:(1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像,得到中风鼠脑中微量元素铜、铁、钙与锌的元素分布荧光光谱图;(2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L~(-1)的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像,利用OSEM重构算法重构投影数据,获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。两组实验表明,基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统,样品处的光通量密度增加,空间分辨率得到提高,单张荧光光谱的获取时间显著减少,同时也提高了系统的元素探测限。     

中国微束X射线荧光分析技术应用评介

简述了X射线荧光(XRF)分析与微束X射线荧光(MXRF)分析的技术特点、仪器构成、应用领域和工作范围。从准直的微束X射线荧光、整体X射线荧光与微束X射线荧光组合、波谱/能谱多功能组合和毛细管X光会聚透镜微束X射线荧光仪器四类仪器评介了中国微束X射线荧光仪器和分析技术的应用与发展。从分析功能定位和技术发展两方面,展望了微束X射线荧光技术的发展。提出将XRF分析中传统的微束原位(微区)XRF(MXRF)分析进一步区分为"微-纳区分析(μ/n-XRF)"和"微-毫区分析(μ/m-XRF)",如此区分该项技术及适用范围定位,对两者原位分析技术的发展都是有益的,特别也明确定位说明了整体/微区组合仪器的功能和适用范围发展与应用。作者强调:原位(微区)分析并非仅为单纯的分析工作,更重要的在于对被测样品特性的研究与结果解读!分析人员和专业科学家的密切合作,才能充分发挥原位微区分析技术的效能,充分解读展现分析结果的科学意义。     

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明:当前采用的1 m孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4 m的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。     

微通道板的新应用——X射线准直器

应用微通道板通道玻璃表面对大角入射的X射线吸收和小角入射的X射线全反射的特性,讨论适用于硬X射线和软X射线准直的两种类型微通道板,分析影响准直性能的因素。最后,对硬X射线微通道板准直器的辐射通量与通用准直器的进行比较。     

一种基于毛细管X光透镜的微型锥束CT扫描仪

活体小动物成像系统是疾病研究、新药开发的重要组成部分.其中,X射线微型锥束计算机断层成像(X-ray micro cone-beam computed tomography,Micro-CBCT)能实现数十至数百微米空间分辨率的解剖结构成像研究.Micro-CBCT成像仪的一个关键挑战是其空间和对比度分辨率主要取决于X射线源焦斑大小、探测器分辨率和系统几何结构等因素.为提高Micro-CBCT的空间分辨率、对比度分辨率和成像均一性,本文基于毛细管X光透镜研制了一款能够调控照射X射线束斑孔径的Micro-CBCT扫描仪,用于小动物成像研究.此系统由微焦斑X射线源、非晶硅平板探测器、旋转工作台和控制电脑组成,并采用Feldkamp-Daivs-Kress算法重建投影图像.对该系统的性能进行了测试,结果表明,系统在10%调制传递函数下的空间分辨率为9.1 lp/mm,提高了1.35倍.同时,由于毛细管X光透镜对低能X射线的吸收和散射抑制作用,实现了2倍以上的对比度增强,减轻了多色X射线束硬化效应引起的图像均一性恶化问题.应用该Micro-CBCT系统对麻醉小鼠进行了活体成像,验证了该系统在小...     

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点，导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化，引起照射样品的X射线束斑大小发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪，此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30 W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上，结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统，该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时，该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性，使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K，Ca，Zn和Fe等元素的含量及分布，并将测量结果进行了对比。结果显示，在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近，扫描区域元素分布图的分辨率更好，表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。     

基于可分离编码的高分辨X射线荧光成像技术研究

相比于传统基于毛细管或针孔的X射线成像系统,编码孔径成像系统具有结构简单、灵敏度高、扩展性强等优势,使其在X射线荧光成像中极具潜力.本工作应用新型编码孔径成像计算模型,设计了一种基于可分离编码的X射线成像系统.利用Geant4蒙特卡罗仿真对系统的性能进行了研究,并根据快速迭代收缩阈值算法进行了图像重建.模拟及分析结果显示,近场成像时,与传统基于卷积模型的成像系统不同,该系统的性能不受准直效应的影响.成像系统的空间分辨率约为65 μm,并能够准确地重建出不同能量的线源和形状复杂物体的图像.重建图像的质量受校准时所用X射线能量和物体发射X射线能量的影响,两者差异越小,重建图像的质量越高.三维重建结果显示,系统能够从单次获取的二维投影图像,正确地重建出物体与系统的距离,轴向空间分辨率约为1.1 mm.     

HXMT卫星低能X射线望远镜

正1.引言软X射线是天体物理研究的重要能段之一,很多天体的X射线辐射都在这一能段有辐射,如热辐射、同步辐射和X射线荧光等。空间软X射线望远镜构型一般可分为聚焦型和准直型两类。聚焦型望远镜采用掠入射聚焦镜头,将X光汇聚成像,可获得天体的图像、能谱和时变等信息。准直型望远镜采用准直器限制望远镜的视场,阻挡来自其他方向的杂散光进入探测器,一般多用于时变和     

类Ne钛X射线激光输出特性实验

 在星光激光装置上, 使用X射线多层膜反射镜、铝滤片及X射线CCD探测器组成高灵敏度空间分辨探测系统, 对用预脉冲技术产生的类Ne钛单线 (J=0-1, 3p-3s跃迁)软X射线激光输出特性进行了测量。由实验得到了类Ne钛X 射线激光束近场与距靶端32mm处(准远场)强度的空间分布, 给出了该激光束在近场强度最大区域的空间尺度(FWHM)约为72μm×31μm, 以及在垂直靶面与平行靶面方向的束发散角分别约为4mrad与9mrad。     

基于长焦距、大口径反射式光学系统成像的工艺技术研究

文中以焦距4 000 mm、口径Φ400 mm的反射式平行光管精密调试、检测工艺方法为研究对象。作为某光学系统的检测与标定基准, 该平行光管在成像质量、分辨率、出射光束平行性等关键指标都有极高的要求,重点从主镜微应力粘接、主次镜光学间隔精确调节、主次镜光轴一致性调节和分划板位置精确标定等关键工艺环节入手进行了深入研究,并利用自准直法进行了精密调试、检测。最终得到的平行光管系统分辨率≤0.8″,出射光束平行差≤3″,星点能量集中,无明显像差,十字分划板竖刻线与安装基准铅垂,综合性能指标达到设计要求。     

Monte Carlo Calculations of XRF Intensities in Annular Arrangements of Radioactive Source,Sample, Cylindrical Collimator and Detector

ABSTRACT

A Monte Carlo (MC) computer program for the calculation of the distribution of characteristic X-ray intensities as a function of the counting geometry is described. The program evaluates the contribution to the intensities of a fluorescent line from each point of the source, sample and detector. The main considerations of the calculation are based on the critical nature of the internal geometry of the main analyzer components within an energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) spectrometer. The K XRF intensities for the inner and outer radius of the annular-sample and collimator radius were measured. An optimum geometry can be obtained by varying the collimator radius and the detector-sample distance. The results of the calculations show that the intensity distribution of the radioisotope excited fluorescent radiation through annular sample area is strongly dependent on the collimator radius, with a maximum intensity effect with a smaller sample area and with decreasing collimator radius. An investigation of the XRF intensities in the annular sample surface as a function of collimator radius is discussed.     

小动物正电子断层成像仪性能测试

设计了一系列实验对Concorde MicroPET Rodent R4小动物正电子断层成像系统(该系统是Concorde Microsystems公司开发的小动物专用PET扫描仪，该扫描仪具有32层探测器环，动物入口孔径为120mm，横向视野为100mm，轴向深度为78mm，标称的视野中央处的空间分辨率可达1.8mm以下)的空间分辨率、灵敏度、散射率等性能参数进行了测试，测试结果显示该扫描仪视野中心的横向空间分辨率为1.9mm, 轴向空间分辨率为1.88mm, 在能窗设定为250—750keV时系统的绝对灵敏度为39.88 cps/kBq, 同样能窗下二维重建散射分数为50.6%,三维重建散射分数为32.3%. 关键词： 正电子断层成像仪 性能测试     

Development of a pinhole gamma camera for environmental monitoring

The collimator design for a nuclear monitoring system should be considered differently from the collimator design for medical environments because it has to be used in high-energy radiation environments. The purpose of this study was to determine the optimum pinhole design and to evaluate its performance for acquiring good-quality image in a high-energy radiation field. Simulations using the Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) were performed to model the pinhole gamma camera system. The gamma camera consists of a pyramid-shaped lead collimator with a tungsten pinhole insert, and a CsI(Tl) scintillation crystal with thickness of 6.0 mm and area of 50.0 mm × 50.0 mm. The acceptance angle of the pinhole collimator and the distance from pinhole to scintillator crystal were set to 45° and 60 mm, respectively. The intrinsic spatial resolution and sensitivity were simulated by changing the pinhole diameter and channel height. The point source was located 60 mm above the center of the pinhole, and the transmitted image was estimated for pinhole diameter values from 2.0 mm to 4.0 mm, while the channel heights were fixed between 2.0 mm and 6.0 mm. The optimal ranges of channel height and pinhole diameter were determined by evaluating the intrinsic resolution and sensitivity tradeoff curves. The pinhole parameters were selected based on these analyses, and we verified the simulation results through experimental tests of three types of collimators (general purpose, high sensitivity, and high resolution). The simulated and experimental results agreed, with discrepancies of 4.5% and 6.4% in the sensitivity and spatial resolution, respectively. The results demonstrate that the pinhole collimator designed in this study could be utilized to perform radiation monitoring.     

扫描型哈特曼检测装置研究

 在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量。该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样。对有效口径为154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量。球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80％的能量集中在34 μm的范围内,而计算得到的８０％的能量集中在28 μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见。     

紧凑型长焦距平行光管的设计

设计一台用于CCD相机外场测试标定的超小体积、长焦距、高像质的平行光管,结构形式采用全反射离轴两镜式。设计的平行光管焦距1 2000 mm,有效口径400 mm,在线视场30 mm30 mm范围内波像差优于/20@6328 nm。光路经过多次折转后,平行光管外形尺寸小于1 000 mm600 mm500 mm,总质量小于60 kg。经分析计算,平行光管的环境适应性较好,能够满足被检相机正常发射场测试使用需求。     

针孔相机全场X射线荧光成像的模拟研究

为解决全场X射线荧光(XRF)成像中针孔形状和尺寸的选取问题,采用Geant4软件,模拟了6种不同类型针孔和4种不同的针孔孔径,分析了这些参数对点扩散函数和调制传递函数的影响;模拟了不同能量X射线荧光平面源的成像过程,并用均值滤波和Richardson迭代法对图像进行处理,分析了图像处理的效果。模拟结果表明:对于能量小于20 keV的荧光X射线,双锥孔结合直孔模型的点扩散函数尖锐性和等晕性更好,调制传递函数的截止频率更大,空间分辨更好,更适合做全场XRF成像的针孔;均值滤波结合Richardson迭代法的图像处理算法对全场XRF图像处理的效果较好。     

多光谱共孔径无穷远目标器设计

为实现场外车载光电跟踪仪的各光轴一致性检校,提出一种利用多光谱共孔径无穷远目标器、转光管和移动机构来实现对各光轴检校的方法,并对目标器进行了光学设计和总体结构设计,对影响检校的主要误差进行了分析。目标器总体尺寸为750 mm×120 mm×100 mm,采用离轴双曲面反射式光学系统,焦距为1 200 mm,孔径为50 mm,视场2°,分划板采用ZnS材料,光源采用溴钨灯,利用Zemax光学设计软件优化系统,实现焦面最大弥散斑为RMS 35.766 μm, 在空间频率5 lp/mm处,OTF均高于0.3,各项指标满足检校要求。     

High resolution X-ray spherically bent crystal spectrometer for laser-produced plasma diagnostics

A new high spectral resolution crystal spectrometer is designed to measure very low emissive X-ray spectra of laser-produced plasma in 0.5-0.9 nm range. A large open aperture （30 ×20 （mm）） mica （002） spherically bent crystal with curvature radius R = 380 mm is used as dispersive and focusing element. The imaging plate is employed to obtain high spectral resolution with effective area of 30 × 80 （mm）. The long designed path of the X-ray spectrometer beam is 980 mm from the source to the detector via the crystal. Experiment is carried out at a 20-J laser facility. X-ray spectra in an absolute intensity scale is obtained from Al laserproduced plasmas created by laser energy of 6.78 J. Samples of spectra obtained with spectral resolution of up to E/△E - 1500 are presented. The results clearly show that the device is good to diagnose laser high-density plasmas.     

Off-Axis Imaging in Keel-Edge Pinhole Single Photon Emission Computed Tomography System Based on Monte Carlo Simulation

Monte Carlo simulation is applied to investigate the off-axis effect in keel-edge pinhole single photon emission computed tomography imaging.Aiming at finding the effective Geld of view(FOV) for imaging,we simulate point source in off-axis imaging(0,4,8 and 12 mm from the central rotation axis) of different collimator designs(channel height with 1.38,1 and 0.5 mm) with a fixed aperture diameter.Tradeoff curves of rms resolution and sensitivity are plotted to determine the effective FOV for different channel height pinhole collimators.The parameterized model can be further incorporated into image reconstruction algorithms,which compensates for the off-axis effect and is used as a reference for multi-pinhole design.