微型X射线管最佳入射角及Be窗厚度的MC模拟

利用MC法针对50 ke V电子束面源、2μm银靶、250μm铍窗的微型X射线管进行模拟研究,讨论电子入射角对微型透射式X射线管的出射谱线及各项评价指标的影响。结果表明,电子的最佳入射角在40°左右;并在最佳电子入射角的情况下,确定Be窗最优厚度为500μm。与传统的X射线管相比,在调节电子入射角、优化Be窗厚度后的X射线管的出射谱线中,中低能的X射线总计数的减少比例高于高能部分,减小了对待测元素的特征X射线的干扰,增加了原级特征X射线在中高能轫致辐射的相对比重,提高了EDXRF分析的精度与准确性。     

MC模拟稻米中Cd元素的XRF法检测

对XRF法测定稻米中重金属元素时X射线管激发条件和滤光片等测量条件的选择作了理论分析;以Cd元素为例,讨论其最优方案,再通过MC软件进行蒙特卡罗模拟,计算出峰背比,得到各最优值,验证理论分析的准确性。X射线管采用激发较强初级X射线的W靶,管压模拟结果显示,最佳值为80 kV,与理论估算相吻合;滤光片模拟结果显示:Al、Fe和Cu滤光片的厚度分别在1 800、200和130μm时,峰背比最大,三者均与理论估算一致。通过比较,滤光片的最佳条件应为200μm的Fe片。     

微型X射线管空气比释动能和能谱的测量

为研究微型X射线管的特性,通过电离室测量光管出射口30 cm远处的空气比释动能,使用高纯锗探测器分别测量了Ag过滤和Cu过滤下的X射线能谱。结果表明,空气比释动能随电流的增加有线性增加的趋势,能谱图明显的观察到银的两个特征X射线。完成了微型X射线管空气比释动能和能谱的测量方法以及实验测量的工作,为微型x射线管下辐射质的建立提够了条件基础。     

不同MC软件模拟X射线管特性比较

为评价不同MC软件模拟X射线管输出谱的差异和模拟结果的准确性,用MCNP5、GEANT4和FLUKA三款模拟软件模拟不同管电压条件下的X射线管输出谱,分析输出谱的差异和能量沉积谱的准确性。模拟结果表明:三款软件得出的X射线管输出谱形态相同,但靶材料特征峰的强度存在明显差异。GEANT4和MCNP5模拟结果与实测谱能较好符合,但GEANT4模拟X射线管更加准确,对特征X射线模拟,GEANT4的模拟结果比MCNP5更接近实验。     

新型高剂量X射线管研究

本文介绍了一种可广泛应用于血液辐照、疫苗生产、食品加工、生物学实验辐照等领域的X射线辐照设备,其利用电子束轰击金属靶韧致辐射产生的X射线进行辐照,与同位素射线辐照装置相比,该设备更安全,辐照均匀性更好,剂量可控。同时对新研制的X射线管的性能进行了测试。结果表明,X射线管辐照均匀性较好,可满足工业应用要求。     

标准动态

IEC 62495 ed1·0核仪器——利用一个微型X射线管的便携式X射线荧光分析装置(发布日期:2011年4月7日)IEC62495:2011(E)适用于使用一个微型X射线管作为工业应用电离辐射源的便携式手动X射线荧光辐射(XRF)分析仪的辐射安全。     

10～50 keV的X射线管轫致辐射能谱的解析计算

X射线管便于产生X射线，广泛应用于工业、考古及医学等领域，其能谱分布是应用基础。本文通过蒙特卡罗模拟软件Geant4模拟入射能量为10、20、30、40和50 keV的电子与铜靶的相互作用，得到了电子在不同穿透深度下的计数、能量分布及角度分布，对模拟数据拟合，得到了10～50 keV的电子在铜靶中的电子深度分布及路径长度纠正系数的经验公式。将经验公式和相应轫致辐射截面数据结合，建立了入射能量为10～50 keV的电子在铜靶中产生轫致辐射能谱的解析计算模型。通过和模拟的X射线管轫致辐射谱比较，验证了该解析计算模型的准确性。     

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以“闪光二号”加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明：随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20 μm、3 mm时,辐射场中平均光子能量为102.68 keV;光子总能量为88.62 J,远大于电子总能量0.02 J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121 keV,二者符合得较好。     

低纹波微型X射线管高压电源的研制

国内研发的X射线高压电源体积普遍较大,不适合微型X射线管的要求。针对微型X射线管的特点,本文设计了一种低纹波、小体积高压电源,其输出电压在0~-40kV范围内可调。电源的逆变电路采用罗耶谐振电路,并引入UCC2973控制芯片以提高其效率。在电源的升压部分设计了高频变压器、双向倍压整流电路,以进行两级升压。通过电阻分压后取样反馈的方式进行稳压。电路工作在线性状态,无开关噪声。测试结果表明,电源的输出电压纹波低于0.3%、稳定度优于0.12%/10h,可满足微型X射线管的需求。     

X射线荧光分析中原级谱分布的计算

X射线荧光分析中,X射线管产生的原级谱的分布对荧光分析的影响很大。尤其是在元素间吸收增强效应的校正过程中,基本参数法要求准确获得X射线原级谱的强度分布。使用MCNP程序模拟不同加速电压、不同靶材料、不同铍窗厚度等条件下电子打靶后的X射线能谱分布,为X射线荧光分析仪研制过程优化X光管靶材、管压等提供依据,实现高精度的X射线荧光分析。     

脉冲硬X射线能谱软化方法数值分析

基于轫致辐射原理,提出了通过轫致辐射靶优化设计软化脉冲硬X射线能谱的方法。采用MCNP程序模拟了复合薄靶和反射靶的输出参数,分析了复合薄靶中转化靶和电子吸收材料厚度对脉冲硬X射线能谱、转换效率以及透射电子份额的影响;给出了反射靶透射和反射X射线能谱、转换效率的差异及其随电子入射角度的变化规律。根据模拟结果分析了两种方法的可行性,并进行了实验验证,为轫致辐射靶的优化设计提供参考。     

X射线管原始谱和透射谱的测量及应用

本文基于COMET公司MXR225/22型X射线管,使用高纯锗探测器测量了X射线管大、小焦点几种管电压的X射线原始谱,并测量了小焦点下的初始透射谱,在此基础上测量了X射线穿过几种不同材质(铝、钛、铁和铜)吸收片的透射谱。结果表明：X射线管大、小焦点能谱近似相同,低能端X射线比重较大,原始谱中包含铜、银、钨和铅元素的特征峰;初始透射谱低能端硬化明显,并随着管电压升高,高能端所占比重增大,钨特征峰变得明显,X射线平均能量升高,能谱的X射线强度最大区域在最高能量的1/3附近;金属吸收片对X射线硬化明显,硬化效果强烈依赖于其原子序数。相关结果已在工业CT硬化校正中应用,重建图像质量得到改善。     

X射线闪烁屏针孔相机

研制了用于ICF实验激光焦斑监测的X射线闪烁屏针孔相机,通过使用Cs I闪烁屏,能够有效的减小焦斑成像中硬X射线份额,图像的信噪比有了很大提高。使用蒙卡方法对Cs I的能量沉积进行了模拟,计算出适合于针孔相机的闪烁屏厚度。由于针状Cs I闪烁屏的分辨力优于一般闪烁体,制造了针状Cs I闪烁屏作为针孔相机的成像元件。在X射线管上做了Cs I闪烁屏的成像实验,实验表明闪烁屏具有较好的分辨力,最小分辨达到15 lp/mm,整个X射线闪烁屏针孔相机的分辨力好于24μm,和普通针孔相机的分辨力基本相当。     

基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管研制

冷阴极X射线管是静态CT系统的关键部件。自从超顺排碳纳米管阵列被发现后,其被用于X射线管中的研究就逐渐展开。通过设计一款新的X射线管结构并采用一套新的X射线管制备工艺开展了冷阴极X射线管研制工作。采用乙炔为碳源气,用化学气相沉积法,制备出超顺排碳纳米管阵列;然后将其作为电子源,研制了一种基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管,并对其进行了性能测试。从绘制的I-V特性曲线分析,当栅极电压为2 373 V时,得到最大发射电流为5.0 mA;使用小孔成像法测得的X射线焦点尺寸为0.6 mm×1.6mm。在阳极高压130 k V以下,研制的X射线管工作稳定。本研究为研制脉冲X射线源以及静态CT安检系统奠定了基础。     

圆柱法测量X射线管焦点尺寸的研究

文章基于EN 12543标准的边界法原理,提出了一种X射线管射线束不同张角处有效焦点尺寸测量的方法——圆柱法,采用双钨合金圆柱、像素100 μm的面阵探测器、平移和旋转机构对COMET公司的MXR 225HP/11工业X射线管大、小焦点进行测量。提出了一种测量X射线源焦点到平移旋转机构的距离及射线束不同张角处位置参数的方法。测量结果表明,该方法不仅可方便地测量焦点尺寸,而且能测量射线束张角范围内焦点尺寸的变化,并对其变化规律进行研究,这将对X射线管的焦点设计及其性能评价提供参考。     

X射线管足跟效应的蒙特卡罗模拟与分析

X射线管的足跟效应是影响其性能的重要因素。为研究足跟效应对X射线能谱分布的影响,利用MCNP5软件构建了X射线管仿真模型,并设置了不同空间位置分布的探测器组,通过改变靶角、管电压和靶材料等参数研究X射线管的性能。仿真得到了靶角对X射线能谱的影响,以及在不同空间方位上X射线强度的分布,最后综合仿真结果得到了靶角、管电压以及靶材料对足跟效应的影响规律。仿真的方法和结果对X射线管的设计和使用提供了一定的理论指导。     

MC方法对定向X射线管过滤片的模拟计算研究

为了得到精确的工业定向X射线管发射率常数,准确地估算X射线管周围的辐射剂量率,构建了工业定向X射线管的估算模型,通过MCNP软件模拟出了工业定向X射线管在不同管电压、不同厚度材质过滤片下的发射率常数,为工业定向X射线探伤设备的辐射防护、环境影响评价等工作的理论估算提供参数依据。     

10MeV高能大功率电子辐照加速器研制

辐照杀菌是基于电离辐射在物质内经过直接和间接作用引起生物体内DNA失活的一种生物效应。辐照灭菌使用的射线可以是放射性同位素源产生的γ射线、加速器产生的高能电子束或电子束打靶而产生的X射线。目前，以电子加速器产生的高能电子束灭菌方法正在成为发展趋势。因此，核技术所电子直线加速器研究室和原子高科股份有限公司开展了10MeV、15kW电子辐照加速器装置的研制工作。     

基于国产厚型气体电子倍增器的低能电子二维位置探测器

为探测0.1-50 Me V低能电子脉冲束流的位置分布,研制基于国产厚型气体电子倍增器(Thick Gaseous Electron Multiplier,THGEM)的二维位置探测器,位置分辨要求好于200μm,灵敏面积为50 mm×50 mm。THGEM的孔径为150μm、孔间距400μm、厚度100μm。用Geant4模拟了薄膜窗厚度、空气层厚度等对电子透过率和横向扩散的影响。根据模拟结果,优化了探测器的结构和设计。并用能量为5.9 ke V的X射线源55Fe测试不同工作气体的增益,单层最大增益好于1×10~4,双层最大增益好于6×10~4,能量分辨率好于23%。     

用于高能微焦点工业CT的旋转式辐射转换靶研究

转换效率高、散热性能优异的辐射转换靶是高能微焦点工业CT的关键部件,本文设计了一种适用于高能(6 MeV)微焦点(直径约100μm)工业CT的先进旋转式辐射转换靶。通过模拟分析辐射转换靶X射线转换效率和热沉积,确定最优转换靶厚度,从而设计、加工出旋转式辐射转化靶,并成功应用于中国工程物理研究院应用电子学研究所高能微焦点工业CT验证装置。对比实验结果显示,在相同工况(电子束能量6 MeV,宏脉冲长度5 ms,宏脉冲流强1.5 mA,焦斑直径100μm)下,固定靶被电子束熔融,而旋转靶则能够承受电子束的轰击,验证了旋转式辐射转换靶的有效性和可靠性。