光学相衬成像技术在中子照相中的应用

介绍了中子相衬成像原理及其特点,对中子相衬成像中的同轴轮廓法进行了重点论述,讨论了相衬成像的条件及实验技术,简介了SPRR-300拟进行的相衬成像技术研究方法.     

ZEMAX模拟中子相衬成像研究

相衬成像是中子成像领域内的前沿技术,它的成像机理基于中子束的波动性.进行中子相衬成像研究,有必要对这一过程进行仿真计算,但目前尚无模拟中子波动行为的程序出现,本文探讨了利用光学仿真软件ZEMAX对热中子相衬成像过程进行模拟的可行性,介绍了具体的模拟过程和结果,研究了不同的物源距离、物屏距离、点中子源尺寸以及样品尺寸对最终成像结果的影响.仿真结果和理论较为接近,这表明使用该软件模拟中子相衬成像是具有一定的可行性的.     

中子相衬成像技术初步研究

利用不同材料的中子质量衰减系数不同而获取样品内部的结构潜像,属于吸收散射衬度成像;而相衬成像是基于中子的波动性,当中子波穿过样品时,由于样品对中子的折射,不同厚度、不同材质引入的相位差不同,从而导致波前畸变,畸变的波前在穿过样品后作为次波源互相干涉成像,从而获取样品内部结构潜像。研究工作通过数值模拟方法分析了中子相衬成像过程,并基于反应堆中子照相装置进行了不同条件下的多色热中子相衬成像实验。模拟与实验结果表明,在适当准直比条件下,铝材料边缘将出现明显的边缘增强效应,该效应与准直比、样品与转换屏之间的距离密切相关。     

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.     

正八面体含氢晶格中子内源全息成像的初步模拟研究

中子全息成像是利用一定波长的单能热中子对样品微观三维结构进行成像的检测技术。本文简要介绍了中子全息成像技术的原理和应用,并用数值方法对正八面体含氢晶格的中子全息成像和重建过程进行模拟,同时分析统计噪声、探测波长等关键实验参数对成像结果造成的影响,获得了与实际相符的结果。文中所用模拟方法及其结论可被用于进一步理论和实验工作的开展。     

基于硅酸盐钆掺杂的紧凑热中子准直器仿真模拟及性能研究

在核安保管理中,基于中子发生器的热中子成像技术可对被屏蔽核材料进行无损检测成像。为提高成像质量,需对慢化后的中子进行准直。本文使用蒙特卡罗软件Geant4对一种基于硅酸盐钆掺杂的紧凑中子准直器进行了理论建模,对该准直器的热中子透过率和准直率进行了模拟计算,计算结果将用于指导后续的核材料中子成像系统构建。     

石墨双晶单色器性能检验及应用

中子能量选择成像作为一种前沿中子成像技术,可实现传统白光中子照相技术无法实现的功能,如研究工程材料中的晶粒分布、应变/应力分布、织构测量和相变分析等。本文依托中国先进研究堆(CARR)上的中子成像测试平台,在国内首次研制了石墨双晶单色器,建立能量选择中子成像技术。飞行时间实验测试结果表明,该双晶石墨单色器在选择4×10^-10 m的中子时波长分辨率可达2.6%,优于3.0%的设计指标。虽然在冷源未开启的实验条件下该石墨双晶单色器产生了较多的次级中子,但基于现有条件开展的镍基高温合金的中子能量选择成像实验能清楚分辨特定取向微晶粒的形貌及分布。结果表明研制的石墨双晶单色器可在CARR上开展能量选择成像实验,随着未来CARR冷源的开启,次级中子数量降低,中子束流品质进一步提高,将开展高质量的中子能量选择成像实验。     

中子相衬层析成像装置

一种中子相衬层析成像装置，包括转动平台、闪烁体、铝镜、CCD相机、计算机和暗箱，所说的闪烁体、铝镜和CCD相机放在暗箱中，中子束入射到放置在转动平台上的样品上，中子被样品的衍射中子垂直入射，被闪烁体接收，转化为含有样品信息的可见光，被铝镜反射进入到CCD相机上，数字化后转入到计算机，其特征是：(1)在转动平台之前还设有互相垂直放置的、具有一定曲率的单晶铝和单晶铝构成的单色聚焦器；(2)所述转动平台的步进马达受到计算机的指令而转动，驱动转动平台旋转或上、下运动。本中子相衬层析成像装置兼备了相衬和层析的各自优点，能高分辨率地重构成待测样品的三维空间位相分布。     

压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置

正压水堆乏燃料元件有强放射性,常规的无损检测技术无法获取检测成像。利用间接成像方法,中子照相可实现对乏燃料元件的无损检测。传统的压水堆乏燃料元件中子照相间接检测技术可获取压水堆乏燃料元件的二维无损检测成像。若要获取三维检测信息,需CT重建技术。而现在的中子CT技术是依赖于中子转换屏和CCD相机的中子照相直接成像方法,乏燃料元件本身的放射性会在CCD相机上成像,无法实现具有放射性的乏燃料元件的CT检测。本工作研制了压水堆乏燃料元件间接中子CT成像装置,利用此装置可通过自动操作获得连     

中子相衬层析成像装置

一种中子相衬层析成像装置，包括转动平台、闪烁体、铝镜、CCD相机、计算机和暗箱，所说的闪烁体、铝镜和CCD相机放在暗箱中，中子束入射到放置在转动平台上的样品上，中子被样品产生的衍射中子垂直入射，被闪烁体接收，转化为含有样品信息的可见光，被铝镜反射进入到CCD相机上，数字化后转入到计算机，其特征是：①在转动平台之前还设有互相垂直放置的、具确有一定定曲率的单晶铝和单晶铝构成的单色聚焦器；②所述转动平台的步进马达受到计算机的指令而转动，驱动转动平台旋转或上、下运动。本中子相衬层析成像装置兼备了相衬和层析的各自优点，能高分辨率地重构待测样品的三维空间位相分布。     

On neutron phase contrast imaging

Improving the spatial resolution conditions in a neutron imaging experiment enables the detection of phase-based contrast in addition to attenuation contrast. Addressing not only the amplitude but also the phase of radiation in an imaging experiment allows for obtaining additional information about the sample. The so-called neutron phase contrast method improves imaging results mainly by edge enhancement which increases the visibility of sub-resolution structures and of low attenuation contrast materials. These effects have been found at high intensity synchrotron X-ray sources before and have been applied to neutron imaging recently. However, the excellent coherence conditions and spatial resolution of imaging instruments at state-of-the-art synchrotron sources can hardly be compared to neutron imaging. Nevertheless, edge enhancement has been found for increased resolution (coherence) conditions in neutron experiments as well. As for X-ray instruments the effects have been explained by diffraction, although typical interference fringes have never been recorded. In contrast this article will explain the effects measured with neutron radiation by refraction and total reflection. Both of these do not require high spatial coherence. Therefore improved resolution and not increased coherence will be considered as precondition to obtain the reported signals and to understand the results. Considerations concerning relaxed collimation requirements for improved detector resolutions will be presented as a consequence.     

大型客体辐射成像检测技术的发展与趋势

本文对大型客体辐射成像技术及其应用研究进行了介绍,论述了基于X/γ射线分析的透视成像、背散射成像、CT成像及快中子成像等技术的成像原理、技术特点、发展现状与趋势等,以期促进大型客体辐射成像技术向更安全、更高效、更精准、更智能的方向发展。     

冷中子差分成像模拟研究

冷中子照相利用穿透样品的中子和荧光屏~6Li反应产生的α带电粒子与荧光材料发光,从而在探测器上记录光强度的分布.本文简单介绍了冷中子照相的特点,给出了铍与钛金属宏观总截面随能量的变化,设计特定的样品采用MCNP模拟不同能量下的中子图像,中子图像显现Bragg吸收限上下两幅图像的对比度差异,采用差分成像对两幅中子图像进行处理,凸现了冷中子照相的优点.     

钆携带剂用于中子俘获治疗的现状及进展北大核心CSCD

钆中子俘获治疗(gadolinium neutron capture therapy,GdNCT)是一种基于热中子与钆(gadolinium,Gd)之间的俘获反应对肿瘤细胞产生损伤的新疗法。钆中子俘获治疗的优势在于,钆在所有自然元素中具有最高的热中子俘获截面;含钆造影剂广泛应用于核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)。为了提高GdNCT的治疗效果,已经有多种方法对钆携带剂进行改进。本文阐述了钆中子俘获治疗的原理,总结了提高钆携带剂在中子俘获治疗过程中治疗效果的多种策略,为将来GdNCT的临床应用提供新的思路。     

A Thermal Neutron Image Intensification System

An image intensifier tube of the vacuum tube type, sensitive to thermal neutrons has been developed and tested. The tube provides a bright visible output signal for an incoming thermal neutron image. Sensitivity, resolution, speed, contrast and relative response to radiation other than thermal neutrons all appear to be adequate for application to neutron imaging studies employing either reactor or non-reactor thermal neutron sources. The above characteristics, and applications of the system, are discussed.     

基于伴随粒子的快中子成像系统角分辨研究

不同于传统的快中子成像系统,采用伴随粒子成像技术无需机械准直即可消除大部分γ射线和散射中子的干扰,实现对厚重物体的高对比度成像。角分辨是影响系统成像质量的一项重要参数。通过理论分析,研究了入射离子的初始动量、靶点尺寸和探测器空间分辨等多个因素对系统角分辨的影响。利用基于GEANT4的模拟程序,计算了不同参数下被标记中子出射角分布的二维图像。分析及模拟结果表明,靶点直径和α探测器空间分辨率是影响角分辨的重要因素。为满足系统角分辨小于1°的设计目标,入射离子的初始动量变化范围应较小,靶点直径应小于1 mm,同时α探测器的空间分辨率应小于0.5 mm。     

CSNS中子带宽限制斩波器样机控制系统的设计与实现

中子带宽限制斩波器是中国散裂中子源(CSNS)飞行时间型中子散射谱仪中用于选择特定波段范围中子的装置,其控制系统要求能够实现斩波器相位信号与加速器定时信号同步并完成对斩波器运行状态监控的功能。本文针对控制指标的要求,阐述了控制系统的结构、控制原理及软件设计方案,并对系统控制精度和稳定性进行了分析。     

束流参数对热中子照相质量影响的模拟分析

中子束的准直比、镉比、散射中子及注量率空间分布等是影响中子射线照相性能的主要因素,本文通过蒙特卡罗模拟仿真计算来分析各因素对中子照相图像质量的影响,并提出相应的应对措施。