材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪径向准直器的设计

为设计材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪的径向准直器,实现大型工程构件的远距离准确取样,本文分析了径向准直器的实空间和相空间取样原理,介绍了目前径向准直器取样体积的解析与模拟计算方法,并利用0.2 mm尼龙线测试了德国E3残余应力谱仪径向准直器的取样尺寸,基于实验结果确定了采用JRR3解析方法作为径向准直器取样尺寸的计算依据。根据解析计算结果,研究了设计参数对径向准直器取样尺寸和传输效率的影响规律,并按照谱仪的空间几何结构,最终设计了谱仪1、2、3、4、5 mm径向准直器取样系统。     

材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪径向准直器的设计

为设计材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪的径向准直器，实现大型工程构件的远距离准确取样，本文分析了径向准直器的实空间和相空间取样原理，介绍了目前径向准直器取样体积的解析与模拟计算方法，并利用0.2 mm尼龙线测试了德国E3残余应力谱仪径向准直器的取样尺寸，基于实验结果确定了采用JRR3解析方法作为径向准直器取样尺寸的计算依据。根据解析计算结果，研究了设计参数对径向准直器取样尺寸和传输效率的影响规律，并按照谱仪的空间几何结构，最终设计了谱仪1、2、3、4、5 mm径向准直器取样系统。     

医用直线加速器主要部件对X射线能谱的影响

研究了医用直线加速器的主要部件对X射线能谱的影响。利用蒙特卡罗软件包EGSnrc/BEAMnrc针对Varian600C医用直线加速器,模拟完整及分别去除初级准直器、均整器和次级准直器条件下的相空间文件,通过相空间文件分析程序Beamdp对相空间文件进行分析,分别得到相应条件下的X射线能谱。均整器对能谱的影响非常大,对比于无均整器的情况,有均整器时,平均能量上升了48.9%;但初级准直器、次级准直器对能谱的影响小,平均能量的变化小于1%。在射野内,对比于无均整器的情况,有均整器时,能量注量降低了52.4%,但其空间分布变均匀,非平坦度从15.09%变为1.82%;对比于无初级准直器的情况,有初级准直器时,能量注量上升了1.58%;而对比于无次级准直器的情况,有次级准直器时,能量注量下降了2.00%。均整器对X射线的能谱的影响起主要作用,它能够使X射线的平均能量上升和射野内能量注量的分布变均匀。初级准直器对X射线能谱影响小但对X射线的散射不可忽略,而次级准直器对X射线能谱的影响小而且对X射线的散射作用可以忽略,这些结果对加速器X射线束流模型的建立有一定的参考意义。     

ISOCS无源刻度软件在准直器屏蔽厚度设计中的应用

准直器设计不仅需要考虑准直器的空间分辨率、灵敏度等因素,而且需要考虑准直器屏蔽厚度对"阴影区"的影响。建立了一种准直器屏蔽厚度的优化设计方法,该方法使用ISOCS无源刻度软件计算了探测器在佩带张角30,°屏蔽厚度分别为5、10、15 cm的准直器的角响应曲线和对无穷大面源在不同角度范围内计数率贡献的百分比。结果表明,当准直器屏蔽厚度为5 cm时,方位角90°处γ射线仍然对探测器存在计数率贡献;准直器屏蔽厚度为15 cm时,探测器视野范围可得到有效控制。该方法不仅可以为准直器屏蔽厚度设计提供依据,同时可以作为准直器探测器的效率刻度和不确定度评定的参考。     

N型碲锌镉探测器的制备和性能

碲锌镉(CZT)晶体由于原子序数高、禁带宽、密度大,制成低能γ射线和X射线探测器不需液氮冷却就能得到相当好的能量分辨率,且有相当高的探测效率,因此近年来发展迅速。我们实验室已制成φ8mm×1.7mm灵敏体积的CZT探测器,室温22℃下对241Am放射源59.54keV能量的γ射线能量分辨率可以达到2.06keV(FWHM)(未使用准直器),连续测量没有极化效应,并且具有很好的长期稳定性。     

中子三轴谱仪分辨率的计算与分析

描述了中子三轴谱仪分辨率函数的计算方法,计算分析了中子波矢、准直器水平发散度、谱仪布局及能量和动量转移对分辨率函数的影响.谱仪分辨率随着入射波矢增大而降低,随着准直器水平发散度的减小而提高,谱仪最高能量分辨率能达到23μeV,计算值与实验测量和模拟计算结果符合得很好;谱仪布局只改变分辨率椭球在散射平面的方向,而不会影响...     

高分辨率小动物SPECT成像系统的设计与性能评估

为实现低成本、高分辨率的小动物单光子发射断层成像(SPECT),设计了一种基于临床探测器和针孔准直器的小动物SPECT成像系统。综合考虑视野尺寸、空间分辨率和绝对探测效率等指标,分别给出了单针孔和七针孔准直器的两种最优化设计方案,并通过对比两种设计方案在全视野范围内的平均空间分辨率和探测效率,对成像性能进行了评估。结果表明,与单孔准直器相比采用七针孔准直器设计可同时获得更高的空间分辨率和探测效率。经蒙特卡罗模拟成像实验验证,该七针孔准直器在临床探测器上可达0.5mm级的超高空间分辨率,且成本远低于采用专用探测器的现有小动物SPECT系统。     

X射线源针孔成像系统优化设计研究

为提高X射线源针孔成像系统的性能,对成像能区为10~100 keV的X射线源针孔成像系统进行了优化设计研究。综合应用了理论分析和蒙特卡罗模拟的方法,首先根据X射线波长、准直器角响应和X射线穿透效应对针孔成像的不同影响结果设计了可有效控制成像分辨率和成像面积变化的船底型准直器,随后用蒙特卡罗方法对使用该准直器的针孔成像系统进行了模拟验证。结果表明,对于100 keV以下的X射线,经船底型准直器后,成像的空间分辨率和亮斑亮度较稳定,能得到相对准确的X射线源定位、定量信息。     

双能量X射线荧光全息图重构算法消除孪生像的模拟研究

X射线荧光全息术以样品内部的发光原子作为相干光源进行全息成像,可以直接观测到晶体内部原子的三维排列结构.和传统的全息术一样,X射线荧光全息术也遇到了孪生像问题.本文以27个Fe原子成立方排列的结构为模型,采用双能量荧光全息图重构算法研究入射X射线能量的选取对消除孪生像效果的影响.结果表明:记录荧光全息图的两个X射线能量越接近(对于内探测器全息术而言,最小能量差取决于单色器和探测器的能量分辨率;对于内源全息术而言,最小的能量差取决于元素的两个紧邻荧光能量差和探测器的能量分辨率),消除孪生像的效果越好;而入射X射线的能量越高,则原子像的分辨率越高.     

γ射线旋转调制器成像系统的研制

可对硬X射线、γ射线等成像的旋转调制器(Rotating Modulator,RM)成像技术是一种探测效率高、能量范围宽、能量分辨能力高的技术,可满足核辐射监测中对高性能γ射线成像系统的需求。为此,研制了一台基于RM技术的γ射线成像系统样机。该样机主要包括一个由8条铅条组成的旋转准直器、7个NaI(Tl)探测器、步进电机和相应的读出及控制电路。样机视场角±14.6°,角度分辨率2°,在662 keV处能量分辨率为7%,对662 keVγ射线的探测效率达到22.2%。     

区域γ辐射定向监测仪准直器的设计

为区域γ辐射分布定向监测实验相机系统设计了一个针孔准直器。应用针孔准直器的解析公式,根据探测器内在分辨率和实验相机系统的预期分辨率,考虑探测器尺寸,确定了相机的焦距及准直器的张角;然后根据预期角分辨率计算有效孔径,得出孔径和孔深的范围;再利用蒙特卡罗方法模拟面源入射,在各种孔径和孔深组合中,挑选出透射和散射光子份额最小的组为最优组,对应孔径和孔深参数即为最优参数。     

电子调强放射治疗中多叶准直器的研究

电子调强放射治疗浅表肿瘤优于光子调强放射治疗,但光子调强放射治疗中光子的多叶准直器不适用,需专门的电子多叶准直器EMLC。用Monte Carlo模拟计算研究EMLC叶片的材料、厚度、端面形状和宽度等对剂量的影响。计算结果表明,W比Pb、Fe、Cu更适合做EMLC材料,且厚度2cm时足以挡住大部分电子,并产生相对较少的轫致辐射;直立端面作EMLC叶片端面时会产生较小剂量半影,并在射野边缘有更好平坦度;电子束通过宽度5mm的EMLC叶片比1cm的射野边缘剂量明显增加,但宽度太大不利于准确控制子野形状,因此选择1cm作EMLC叶片宽度较优。     

基于位置灵敏光电倍增管的小型γ相机

描述了一套基于位置灵敏光电倍增管（PSPMT）的小型γ相机系统的建立与测试。该系统由PSPMT、整体式NaI(Tl)晶体、平行孔铅准直器和电子学系统构成,其对^57Co(122keV)泛源γ射线的能量分辨率为27％;对于2mm直径铅准直孔的空间分辨率（FWHM）约为4mm。测试结果表明,这种γ相机在小视野放射性显影方面与传统γ相机相比有其优越性。     

多通道平行束准直器灵敏度补偿性能

点源扩展函数PSF作为SPECT成像的一个重要参考,反映出相应准直器灵敏度和空间分辨率等的特性。本文在多通道平行束准直器MPB的几何框架下进行物理模型构建,解释了由探测器晶体厚度引起的PSF变化以及基于该变化进行的公式修正,指出了不利的因素,其结果与蒙特卡罗模拟基本吻合。在PSF基础上,结合蒙特卡洛模拟,指出了在准直器的拉伸过程中,斜平行束部分OPB的灵敏度变化特性和对准直器的补偿作用;通过两点源逐渐接近的过程,并与高灵敏度平行束准直器HSPB对比,指出MPB准直器在保持高灵敏度下,还能有高空间分辨率的原理,提出了一种设计高灵敏度和高空间分辨率准直器的方法。     

高能工业CT用4MeV加速器的研制

X射线CT检测技术通过投影重建方法获取被检测物体的数字图像，解决了传统X射线透视成像中影像重叠、密度分辨率低等缺点。ICT（工业CT）是一种重要的无损检测工具，能紧密、准确地再现物体内部的三维立体结构，能定量地提供物体内部的物理、力学特性，如缺陷的位置及尺寸、密度的变化，异型结构的形状及精确尺寸，物体内部的杂质及分布等。     

基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector, PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array, MURA)编码方式，为了保障对较高能量射线的探测能力，编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金，PSD通过LaBr₃(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成，重建算法采用的是直接互卷积算法，快速高效。测试结果显示，整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像，并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。     

利用多毛细管准直器测量X射线光源焦斑尺寸

设计了一种测量X射线光源焦斑尺寸的方法：多毛细管准直器法。整体玻璃毛细管X射线准直器是由数10⁵根内径为几微米的单玻璃毛细管组成的X射线光学器件,X射线光源发出的发散X射线光束被多毛细管准直器约束后变为准平行束。准平行束的截面直径是X射线光源焦斑直径的函数,通过测量准平行束不同位置处的截面直径,利用线性拟合可得到X射线光源的焦斑直径。分别利用多毛细管准直器法和常用的小孔成像法测量了同一微焦斑X射线光源的焦斑直径,测量结果分别为60.8和59.4μm。多毛细管准直器法对焦斑直径在亚微米量级或更小X射线源的焦斑尺寸测量中将显示出更多的优势。     

SGS准直器结构设计研究

SGS装置中合适的准直器结构可以提高系统的探测效率并降低串扰。运用MC法对不同形状和尺寸的准直器建模,模拟实际的SGS装置的测量过程。根据准直器的设计准则,对比了几种SGS准直形状的各自特点,并在实际的装置上验证了模拟计算的正确性,为SGS探测系统设计提供参考。     

反应堆上应力测量谱仪的优化设计

主要是针对稳态堆上专门做应力测量的两轴谱仪优化设计的研究。首先介绍了研究布拉格峰的宽度和强度的公式;讨论了两种不同情况下-放置在中子导管上和束导管上的应力谱仪,对于给定的分辨率,如何选择准直器的发散度和单色器的镶嵌角。     

沟槽型X射线两次衍射单色器研究

为获得高能量分辨率、高准直的同步辐射光,应用X射线衍射动力学原理,并依据上海光源小角散射线站光学参数,设计并加工了两次衍射的单晶硅(111)面沟槽型单色器。测量了两反射面平行度、斜切角及摇摆曲线,并对摇摆曲线的测量值进行了误差分析。理论模拟与实验数据对比分析显示:有效减小晶体加工过程中的残余应力导致的晶格畸变、改善晶体形貌、调整斜切角与增加衍射级次可降低晶体的衍射角宽,进而提高出射光的准直性和能量分辨率。经计算,在同步辐射光能量为10keV条件下,单晶硅(111)面沟槽型单色器的本征能量分辨率为1.452×10~(-4)。