一种新型X射线相衬成像实验室系统

目前的X射线相衬成像研究大都采用同步辐射光源。光源点尺寸达微米量级的X射线管辐射具有较好的空间相干性，也可用于相衬成像研究。本文报道了一种基于纳聚焦x射线管的新型相衬成像实验室系统，光源点尺寸可达500nm。实验结果表明，该系统可对低Z样品如生物软组织、有机样品等的内部结构成清晰像，分辨率可达微米量级。与已有系统相比较，其空间分辨率和有效通量都有相当大的提高。锥形光束张角约为300，通过纵向扫描机构调节样品与光源点间距可调整投影放大率，从而降低对探测器分辨率的要求。适用于大样品研究，且可实现样品的横向二维扫描。在医学、生物学、材料科学及化学反应动力学等领域有重要应用前景。     

基于透镜耦合的X射线成像探测器闪烁体厚度对成像质量的影响

闪烁体是同步辐射X射线成像探测器的重要组成部分,它将入射X射线转换为可见光,再由可见光成像探测器接收成像。闪烁体的厚度对成像的空间分辨率、图像衬度有较大的影响,选取合适的厚度的闪烁体,与探测器物镜(数值孔径)及X射线能量等实验条件达到最理想的匹配,将有助于获得高质量的X射线成像结果。但目前上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)用户在开展X射线成像实验时,基本都未考虑到闪烁体厚度对成像质量影响的这个因素,难以获得最佳图像质量的实验结果。本文先根据理论的分辨率曲线预测了探测器各个镜头的闪烁体的最佳匹配厚度,并利用上海光源成像线站(BL13W1)配备的PCO2000探测器以及不同厚度的YAG闪烁体进行了实验验证,经过对实验结果的图像衬度进行分析,获得了探测器各个物镜镜头的最佳匹配闪烁体厚度,实验结果与理论预测值基本相符,这将为上海光源成像线站基于透镜耦合的X射线成像探测器的高效使用提供指导。     

成像板对X射线的能量响应

作为X射线探测器，成像板的光激发光子信号对X射线的能量响应是非常重要的数据。利用同步辐射光源的单能X射线照射成像板，得到成像板对低能光子的能量响应曲线，并与MCNP程序计算结果进行对比分析，得到成像板响应函数的衰减模型。计算结果与实验结果一致，为进一步开展成像板在辐射测量领域的研究工作提供了参考。     

X射线线阵列探测器数字图像的非均匀性原因分析

在论述X射线线阵列探测器辐射数字成像系统的基础上，对X射线线阵列探测器辐射数字成像系统获取的图像的非均匀性产生机理进行了理论分析，并在理论分析基础上从测量和校正的角度对各种非均匀性产生因素进行了分类，以便对图像的非均匀性校正的方法及减小图像非均匀性产生的技术途径。     

20 Hz高时空分辨X射线单色光动态显微CT研究

与白光X射线动态显微CT(Micro Computed Tomography)相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。     

用于大尺寸样品的同步辐射硬X射线衍射增强成像方法研究

作为 X 射线相衬成像的方法之一,衍射增强成像方法由于能获得较高的信噪比及分辨率而引起了人们的研究兴趣。北京同步辐射装置(BSRF)形貌学实验站也开展了该方法的探索研究。此前的衍射增强成像方法中,当白光 X 射线光束横截面尺寸为 20 mm×10 mm 时,经过双晶单色器后最大只能获得横截面尺寸为20 mm×4 mm 的均匀单色 X 射线,从而造成成像区域减小。在对通常衍射增强成像光路排列分析的基础上,提出了一种新的光学排列几何并进行了衍射增强实验。应用新光学排列几何首次获得了与入射白光 X 射线尺寸相当的、大的成像光斑均匀区域,因而新光学排列几何更适合于大尺寸样品的研究工作。同时,该光学排列几何成像分辨率可以达到微米量级并且更方便于实验操作。     

激光核聚变靶的X射线相衬显微成像研究

激光核聚变在置有聚合物靶丸的金属靶室内进行,靶丸通常由碳、氢等低Z元素组成,传统的X射线成像很难诊断靶丸在靶室内的位置.X射线相衬成像在低z元素样品成像中具有独特的优越性,但很少用于强吸收介质包裹的低Z样品结构成像.针对激光核聚变靶丸位置无损检测这一难点,建立了相应的X射线相衬显微成像物理模型.数字模拟和微聚焦源X射线相衬成像初步实验研究的结果表明,通过选择合适的成像参数,如光子能量、成像距离等,可以获得靶丸位置的清晰成像.因此,可以认为X射线相衬成像技术用于激光核聚变靶室诊断是可行的.该技术还可以扩展到其他高Z介质内部低Z样品结构成像,如石油勘探中包裹体的研究等.     

中药显微结构的微聚焦管X射线相衬成像研究

采用基于微聚焦管的X射线相衬成像（XPCI）方法研究了多种中药材的显微结构,并与中药图谱及X射线吸收像相对照。实验结果表明,这种新的成像方法可以有效地对中药材的显微结构成像。与传统方法相比,其特点是不破坏样品结构且探测灵敏度较高。最后探讨了这种新的成像方法在中药显微鉴定领域的应用前景。     

X射线相衬成像用于生物碱沉淀研究的可行性

生物碱与一些特殊的试剂作用生成沉淀。这些反应可用于生物碱的检测和精制。本文分别在同步辐射装置和微聚焦X射线成像系统上用X射线相衬成像(XPCI)方法研究了三种不同类型的生物碱沉淀的结构。研究结果显示：在Hager试剂作用下，有机胺类的秋水仙碱沉淀呈针状，吡啶类的槟榔碱沉淀呈胶团状，异喹啉类的小檗碱沉淀呈花瓣状。与目测或在光学显微镜下观察到的形态有很大差别。为今后用XPCI方法研究更复杂的化学反应体系提供参考和依据。     

0.4mm像素X射线阵列探测器的设计

描述了一种像素大小为0.4mm的X射线阵列探测器系统的设计,探测器以闪烁陶瓷材料Gd2 O2S:Tb耦合光电二极管阵列构成,可应用于几十到100keV的X射线数字辐射成像系统,可作为无损检测技术研究平台中的探测器系统.介绍了探测器的信号处理方法,给出了用该系统获取的实际图像.     

全帧CCD探测器CT扫描数据读出与拖影校正研究

以光纤耦合全帧CCD方式制作的X射线探测器在实验室高精度X射线CT扫描中广泛应用。由于X射线的强穿透特性,全帧CCD探测器通常工作在无快门模式,图像拖影是该模式下必定存在的伪影。本文针对全帧CCD探测器CT扫描图像拖影校正进行研究,提出了非曝光行校正法校正投影图像拖影,避免了利用暗像元校正法校正投影图像拖影时可能会带来的条形伪影;针对动态曝光CT扫描,设计了基于辐射屏蔽的投影图像感兴趣区域快速读出模式,通过降低电荷转移时间有效抑制投影图像拖影的产生,提高探测器有效信号动态范围。实验结果表明：应用非曝光行校正法能有效校正投影图像拖影、提高投影图像质量;采用投影图像感兴趣区域快速读出模式可有效解决动态曝光CT扫描图像拖影校正难题。     

X射线CT成像条状伪影校正

X射线CT成像过程中,由光子饥饿引起的CT图像中的条状伪影退化了CT图像的质量,增大了CT图像的数值统计误差,进而影响到材料探测结果。本文提出了一种基于自适应中值滤波的条状伪影校正方法,该方法依据投影数据的幅值自适应地设定滤波的窗口尺寸。针对多个相邻探元处于光子饥饿状态的情况,设定了阈值,判断中值滤波后的投影信号幅值是否处于阈值之下,否则继续扩大滤波窗口,直至满足阈值判断准则。本文通过实验验证了方法的有效性,该方法简单易行,适于实际工程应用。     

X射线源针孔成像方法可行性研究

为检验利用针孔成像对X射线源进行研究的可行性，对X射线针孔成像系统进行优化设计，搭建了1套X射线源针孔成像装置。从理论上对X射线源的位置和强度发生变化时图像的相应变化进行了计算和预估，并用实验加以验证。结果表明，像斑中心位置的移动和像斑灰度值的变化分别与X射线源位置和强度的变化在一定范围内存在线性关系，由此证明了利用针孔成像对X射线源进行空间定位及定量研究的可行性。本文结果对X射线源针孔成像的系统设计具有参考意义。     

阵列背散射成像中图像数据校正的仿真研究

阵列背散射成像是一种有发展潜力的辐射成像技术。与透射成像相比,阵列背散射图像数据校正较为复杂,涉及数据不一致性校正和系统响应曲线调整两个方面。基于阵列背散射成像系统的特点分析,应用蒙特卡罗仿真实验方法,归纳总结出1种增益归一化与斜率调整相结合的阵列背散射图像校正方法。利用该方法对仿真实验得到的数据进行校正,获得了较好的校正效果。     

Fading Characteristics of Alpha Radiation Signals Stored in an Imaging Plate

For the quantitative measurement of alpha radiation using the technique of imaging plate (IP), the fading characteristics of both the gross photostimulated luminescence (PSL) values and the counts of alpha spots in the IP irradiated with an ²⁴¹Am source were experimentally studied at different temperatures and elapsed times. Based on the experimental data and the proposed theory, the functions of fading correction were established by fitting the data by the least-square method and testified. The results showed that the fading correction was important and the functions were practical for more accurate measurements of alpha radiation. Compared with the traditional PSL method, the spot counting method was preferable for a more accurate measurement of alpha radiation.     

静态CT行包安检系统关键技术研究

本文介绍了安检用静态CT技术的基本原理,对基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线源、基于光子计数技术的多能谱X射线成像技术和安检用静态CT系统图像重建算法等进行了研究。冷阴极X射线源由基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管、两套高压系统和1个控制系统组成,在130 kV以下可稳定工作。研制并测试了一款具有三能谱成像功能的光子计数型X射线探测器系统。对安检用静态CT系统图像重建算法进行了讨论,提出了一种解决方法。安检用静态CT系统关键技术的研究为安检用静态CT系统的研制提供了技术基础。     

利用同步辐射扭摆器光源研究X射线同轴轮廓成像质量

利用北京同步辐射光源研究了准平行束X射线同轴轮廓成像中影响成像质量的若干因素。结果表明,同步辐射光束在垂直方向能获得更好的边缘增强效果。尺寸较大的样品能获得更高的衬度。随着样品到探测器距离的增大,衬度增大,但存在一个最佳距离。高分辨率的探测器可以获得较高的衬度和较好的边界锐度。     

用于高能X射线成像的CdWO4闪烁探测器探测灵敏度的研究

高能X射线成像系统对小截面探测器的探测灵敏度提出了很高的要求，分析了由CdWO4晶体耦合光电二极管所组成的探测器单元探测灵敏度的决定因素，采用蒙－卡计算、经验估算等对其在高能加速器和^60Co源下的探测灵敏度进行了估算，并和测量值进行比较。二者吻合较好，证明了估算方法的正确性。     

Reactivity Analysis by Spectral Corrected Garelis-Russel Method

A series of reactivity measurements has been performed in a subcritical assembly using pulsed neutron source. The study is aimed at gaining information on the differences in the neutron population decay curve caused by differences in energy response of the detector used in the measurement. A discussion is given on the effective difference brought upon neutron spectra and in turn upon detector response due to the fact that the prompt flux is observed in decaying state and the delayed flux in nearly steady state. A scheme is proposed for compensating this difference in observed neutron fluxes. Comparison with experimental results is given, showing that, by means of the proposed correction, the calculated reactivity can be made independent of both detector position and detector type. To obtain meaningful values of reactivity without making use of this spectral correction, detectors with only epi-thermal response should preferably be used, which should be installed in the reflector region.     

基于APV25读出电子学系统的GEM探测器的位置分辨与X射线成像研究

采用3层GEM膜制作了有效面积为10 cm×10 cm的GEM探测器,该探测器采用二维条读出方式,条间距为400 μm,每个维度有256个读出通道。探测器的读出采用APV25读出电子学系统,根据GEM探测器的需要,设计并改进了电子学系统使用的背板连接器。实验测得GEM探测器空间分辨为76 μm。进行了X射线二维成像研究,获得了清晰的二维图像,探测器与电子学运行稳定可靠。