高能电子成像研究进展

本文通过蒙特卡罗程序EGS模拟研究了电子束与靶的相互作用,对成像束流光学进行了设计,并对束流匹配对空间分辨的影响、超快分束技术和产生横向均匀束技术等进行了模拟研究。实验验证了高能电子成像能达到μm量级的空间分辨,并可实现厚度、密度分辨及明-暗场成像等特点。同时给出了后续实验及研究计划,希望进一步提高高能电子成像性能并拓宽其应用领域。     

高能电子成像直线加速器控制系统设计

针对近代物理研究所高能电子成像实验和电子直线加速器稳定运行的要求,基于实验物理与工业控制系统(EPICS)设计了一套直线加速器控制系统。首先介绍了控制系统的总体设计,然后较为全面地介绍了各子系统的硬件结构和软件开发,最后介绍了系统远程界面和测试结果。控制系统已经投入运行一年,运行过程中性能可靠稳定,满足电子直线加速器的控制要求。     

高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究,中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,利用上下变频、IQ解调技术,实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现,给出了系统闭环实验的测试结果,实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现,基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面,具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

高能电子成像直线加速器低电平控制系统研制

为了能开展高能电子成像相关实验研究,中国科学院近代物理研究所建造了一台S波段的射频电子直线加速器。为保证实验用束流品质和加速器稳定运行的要求,设计了一套低电平控制系统,利用上下变频、IQ解调技术,实现了相位的反馈控制。本文介绍了低电平控制系统的设计及数字化算法的实现,给出了系统闭环实验的测试结果,实现相位控制精度达到±0.5°(峰峰值)和0.110 8°(均方根)。该系统利用成熟的商业化模拟微波器件和相关的PXI板卡实现,基于LabVIEW软件开发了相关的控制程序和界面,具有搭建方便、开发时间短、结构简单紧凑、易于使用和维护的特点。     

兰州高能电子成像实验平台电子束团长度测量研究

为提高高能电子成像的时间和空间分辨率,实验需低能散、低发射度、短脉冲的高品质束流。本文利用相干渡越辐射能谱分析法测量基于热阴极微波电子枪的高能电子成像用直线加速器的电子束团长度。通过用迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射能谱,利用自相关曲线拟合法得到电子束团长度。实验结果表明,当束流宏脉冲峰值强度约为24 mA,即电荷量约为15 pC时,电子束团均方根长度约为0723 5 ps。另外,用Kramers Kronig(K K)相位分析法可重建一种可能的电子束团纵向分布。电子束团长度测量的研究可优化束流品质,对后续高能电子成像实验有重要的参考意义。     

高能电子轫致辐射能谱测量

本文介绍了在稳态加速器上进行的轫致辐射能谱测量的实验研究工作，建立了一种被称为透射系数的数值分析的迭代最小二乘法作为实验测算和解谱方法，其透射系数值用于ＬｉＦ（Ｍｇ，Ｔｉ）－Ｍ型热释光固体电离室测量，铅和聚四氯乙烯作吸收材料，实验测量得到３７个透射数值，基于这些数值初始设定的谱进行迭代计算，得到了轫致辐射能注量谱，辐射谱的平均能量（１．９０ＭｅＶ）等信息，实验的总不稳定度为４．６％（２σ）。     

高能电子单粒子效应模拟实验研究

本文基于2 MeV自屏蔽电子加速器和10 MeV电子直线加速器,开展了电子单粒子效应实验研究,并分析了其机理。在保持入射电子能量不变的情况下,在±20%范围内改变器件的工作电压进行了单粒子翻转实验。实验结果表明：45 nm SRAM（额定工作电压1.5 V）芯片在电子直线加速器产生的高能电子照射下能产生明显的单粒子翻转,单粒子翻转截面随入射电子能量的变化趋势与文献数据相符合;电子引起的单粒子翻转截面随器件工作电压的变化趋势与理论预期一致,即工作电压越小,单粒子翻转临界电荷越小,翻转截面也越高。     

高能X射线实时成像系统的软件开发

数字图像处理是当今计算机技术应用的一个重要领域,它在工业探伤、医疗诊断、卫星遥控、安全检查等方面显示出越来越重要的作用。根据用户的需求,开展了这方面的研究工作。 由于种种原因,经CCD摄像设备获取的图像效果不理想,画面很模糊。按照国家射线探伤标     

高能X射线实时成像系统的研究

该高能X射线实时成像系统是为所生产的探伤加速器配置的实时成像系统。 为确保计划一次成功,对各种技术路线做了较深入的调研,进行了必要的理论计算,并对稀土屏、BGO屏、特种发光玻璃屏及碘化艳单晶屏分别配普通CCD、ICCD及科学级CCD儿种方案在4MeV探伤加速器上进行了可行性实验,摸索了实验的一些必须条件,选出了最佳方案。 订购了部分关键部件（转换屏、大面积反射镜）,并设计了增感屏、机壳等结构。 在软件处理方面,对各种处理方法编辑了处理程序,并对处理进行了比较及分析。 在实验台架上看到了清楚的透视图像,此图像达到了不低于2％的对比度分辨率（最终要     

医用电子加速器高能光子水吸收剂量溯源

采用直接法测量医用电子加速器高能光子水吸收剂量,与我国现行的从空气比释动能转化为水吸收剂量间接法测量的结果进行比较。结果表明,两种方法测量结果相差1%以内,同时用传递比较法进行了验证。证明我国基于加速器光子水吸收剂量基准而建设的水吸收剂量溯源体系是可行的,为我国水吸收剂量直接测量提供依据。     

闪烁光纤阵列用于高能射线成像的可行性研究

本文通过对塑料闪烁光纤阵列在高能X或γ射线下的特性研究,分析了利用闪烁光纤阵列作为高能成像探测器的可能性。采用了基于蒙特卡罗的模拟方法,分析了闪烁光纤在高能射线下所成图像的质量,并且模拟计算了表征图像质量的信噪比(SNR),探测量子效率(DQE)以及调制传递函数(MTF)。通过这些计算得到闪烁光纤阵列有着传统闪烁屏所不具有的一些特性,把闪烁光纤的这些特点应用于高能成像中是完全可行的。     

高能X射线成像装置数据采集与传输系统设计

为满足高能X射线成像装置对并行数据实时采集以及远距离传输的要求,开发了一套嵌入式并行数据采集与网络传输系统。该系统用FPGA实现多通道并行数据的实时采集,用ARM完成了数据的缓存以及基于TCP协议的以太网数据传输。此系统已成功应用于多台高能X射线成像装置中,运行稳定。     

高能电子辐照导致氢化非晶硅的微晶化

氢化非晶硅 (a -Si:H)是无序硅网络中嵌入一定量H原子的非晶态硅—氢合金膜 ,结构上存在许多不稳定的弱Si-Si键及各种畸变键 ,在光、电老化过程中 ,它们会断裂或变形 ,导致缺陷态的增加 ,使材料性能变坏。a -Si:H微晶化后 ,这些缺点将得到有效的克服。结果发现 ,用 0 .3- 0 .5MeV、注入束流密度 1.3× 10 19cm- 2 s- 1的高能电子辐照 10 - 6 0 0s,a -Si:H膜会出现微晶化现象 ,晶粒大小为 10 - 2 0nm ,晶化层厚度为 2 5- 2 50nm     

基于高能γ源的CdZnTe成像探测器极化效应研究

应用第一类边界条件泊松方程,推导了碲锌镉(CdZnTe)探测器晶体内部电势分布,研究了CdZnTe探测器在¹³⁷Cs高能γ源成像探测过程中的极化效应。数值计算与实验结果表明：在低辐射注量率条件下,即CdZnTe晶体内部载流子电荷密度较低时,内部电势分布主要受外加偏压影响,晶体内部电势与偏压为线性关系,电场呈均匀分布。在高辐射注量率条件下,即晶体内部载流子电荷密度较高时,内部电势分布出现极化区域,电场分布发生扭曲,电子载流子向辐照区域外侧迁移,形成辐照中心无信号而辐照边缘区域仍有响应信号的极化探测图像。极化效应造成CdZnTe探测器探测性能严重退化,辐照边缘区域像素事件计数下降约70%。     

电子能量损失谱仪用中高能电子枪的研制

研制了一台电子能量损失谱仪用的中高能电子枪。其产生的电子与原子、分子发生碰撞,通过谱仪收集、分析散射电子的动量和能量,可以获得靶的电子结构和碰撞动力学信息。该电子枪结构简单,由热阴极、栅极、阳极、聚焦极和偏转板组成;电子能量可调范围大(1-3 keV),操作简单。为了获得最优的束流条件,利用SIMION电子光学软件模拟了电子发射源大小和初始发散角对靶点处的束斑大小和束流发散角的影响。在电子能量为1.5 keV条件下,实验检验给出在离电子枪出口27 mm处可获得束径约为0.95 mm、束流发散角约0.93°和束流强度6.27mA的电子束,满足电子能量损失谱仪的使用要求。     

高能大功率电子辐照加速器270°偏转光路设计

为实现高能大功率电子辐照加速器的一机多用目的,需研制270°偏转光路支线。本文采用Trace3D程序对270°偏转光路进行了设计与模拟计算,设计了双135°偏转磁铁和整体270°偏转磁铁。对双135°和整体270°两种偏转磁铁元件进行二维和三维电磁场设计与模拟计算,计算结果表明,整体270°偏转磁铁的场分布与光路设计中所要求的物理参数差距较大。由于整体270°偏转磁铁的场分布调整较困难,使工程实施中的束流调试难度较大,因此采用双135°偏转磁铁的光路方案。     

高能闪光照相中陡坡准直体成像性能实验研究

在针对FTO样品的高能闪光照相实验中,比较了一般准直体与陡坡准直体对FTO样品的成像性能。结果表明,陡坡准直体对降低散射及缩小照射量量程非常有效,可得到层次分明的底片图像;采用一般准直体则无法得到有意义的样品图像。对实验进行了蒙卡模拟,模拟结果与实验结果一致。     

高能γ光子成像针孔准直器的解析设计方法

在对高辐射环境进行射线源分布成像时,需要为γ相机设计专门的用于高能光子成像的针孔准直器。为了简化针孔准直器的设计过程,使用几个新的解析公式来描述准直器各参数与性能间的关系。首先,采用解析方法推导了更通用的有效孔径公式、角分辨率公式和几何相对效率公式;然后,与采用蒙特卡罗方法模拟计算得到的数值进行比较。结果表明,解析方法提供的计算结果在一定范围内准确可靠。因此,本工作使用的针孔准直器解析设计方法简单方便,物理图像清晰,具有一定的实用价值。     

高能电子在加速器靶物质中射程的数值模拟

为确定高能电子在加速器重金属靶物质中的射程，用蒙特卡罗方法计算能量为1~100MeV的高能电子在加速器常用的重金属靶物质(金、钨、钽、钼)中的射程。将1~20MeV电子在钨靶中射程的计算结果与已发表数据进行对比，计算结果与已发表数据符合较好。对射程计算结果进行数值拟合，得到了实用性较强的1~100MeV宽能区内电子在常用加速器靶物质中的射程计算公式。该公式可为高能电子加速器靶的设计计算提供参考数据。