康普顿成像系统角分辨影响因素的理论及模拟研究

为了对康普顿成像系统的结构设计提供参考,本文提出了一种理论与模拟计算相结合的对双层位置灵敏CZT晶体组成的康普顿成像系统散射角误差进行估算的方法,并利用该方法对康普顿成像系统散射角误差进行了研究。结果表明,对662 keV、1.33 MeV和2 MeV的入射光子,该成像系统的康普顿散射角误差分别为5.54°、4.82°和4.52°,散射角误差主要来自于探测系统位置分辨本领和能量分辨本领,探测材料多普勒效应引起的角误差相对较小。合理地限制康普顿散射角范围可有效改善成像系统角分辨能力,优化成像效果。     

基于康普顿成像系统的碳离子治疗剂量监测研究

为实现碳离子治疗的精准放疗,精确监测患者体内的三维剂量分布,本文设计一种双层康普顿成像系统和简单反投影算法,利用Geant4仿真软件优化探测系统的结构,评估探测系统的探测效率、成像性能,分析200 MeV/μ的碳离子束轰击有机玻璃（PMMA）靶的三维剂量分布。此外,还使用四对像素1.5 mm×1.5 mm×10.0 mm、12×12阵列型的硅酸钇镥（LYSO）晶体对直径约为3 mm的²²Na点源进行康普顿成像实验,并对影响三维剂量监测精度因素进行分析。结果表明,对于0.847 MeV的γ点源,重建图像在横截面上半高宽（FWHM）增加至2.38 mm、冠状面上扩展至7.02 mm。康普顿成像系统通过探测碳离子束轰击PMMA靶产生的4.439 MeV瞬发γ射线,重建的三维剂量分布与真实三维剂量分布偏差为9.3%。利用LYSO康普顿成像系统样机的²²Na点源成像实验,得到半高宽为4.05 mm的重建图像,验证了康普顿成像方法的实用性。     

康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建

模拟构建了双层康普顿相机,利用康普顿散射原理,获取γ光子在两层探测器发生散射前后沉积的能量和位置信息,通过一定算法进行图像重建,获得放射源位置信息。该相机具有灵敏度高、体积小、应用范围广等优点。通过蒙特卡罗方法模拟了具有双层条状结构位置灵敏探测器(散射探测器、吸收探测器)组成的康普顿相机,其两层探测器分别由Si和Ge材料构成。利用反投影图像重建算法实现了放射源图像重建,当单点源与探测器距离为40 mm时,成像的效率为0.38%,位置分辨率达到8.0 mm,角分辨率达到3°。对于不同位置和不同个数点源的情况下,检验了反投影重建算法在康普顿相机放射源空间重建中的效果。     

双层分离式康普顿相机研制及其性能研究

康普顿成像技术是近年新兴的一种辐射热点定位技术，其无需准直，视野广，效率高，应用前景广阔。针对核设施热点定位需求，采用两块像素型碲锌镉(Cadmium Zinc Telluride,CZT)探测器，基于专用读出芯片(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)的读出电子学系统，结合列表模式期望最大化极大似然(Listmode Maximum Likelihood Expectation Maximization,LM-MLEM)图像重建算法研制了一套双层分离式康普顿相机。采用¹³⁷Cs点源对该系统的成像性能开展了实验测试，并对探测器层间距、吸收层面积等成像性能影响参数展开了优化研究，最后通过移动探测器的测量位置实现了对放射源的远场三维成像功能测试。该系统优势在于其结构可调性，探测器成本低，读出电子学相对简单，成像视野范围宽于传统γ相机，测试结果表明：系统的能量分辨率约为3%(FWHM@662 keV)，能确定5 m外的137Cs点源三维位置信息，优化后的系统前锥角θ和侧向方位角φ的角分辨率约为10°。     

一个用于多重示踪技术的康普顿成像装置

提出了一个由位置灵敏度高纯锗探测器组成、用于多重示踪技术的康普顿成像装置。简要介绍了康普顿成像系统的工作原理以及影响其空间分辨率的各种因素。用蒙特卡洛方法模拟了所提出的康普顿成像装置对处于不同位置、发射不同能量γ射线的点源可达到的效率和空间分辨率。用现有的2个多单元高纯锗探测器进行了三个点源成像实验,证明所提出的康普顿成像装置适用于多重示踪技术。     

一个用于多重示踪技术的康普顿成像装置

提出了一个由位置灵敏高纯锗探测器组成、用于多重示踪技术的康普顿成像装置.简要介绍了康普顿成像系统的工作原理以及影响其空间分辨率的各种因素.用蒙特卡洛方法模拟了所提出的康普顿成像装置对处于不同位置、发射不同能量γ射线的点源可达到的效率和空间分辨率.用现有的2个多单元高纯锗探测器进行了三个点源成像实验,证明所提出的康普顿成像装置适用于多重示踪技术.     

γ射线探测器能量响应标定技术

叙述了γ射线探测器能量响应的标定原理和方法，即利用Compton散射将强⁶⁰Co源的1.25MeVγ射线转换为0.36~1.02MeV(25°~90°)范围内任意能量的系列单能γ射线；采用辐射屏蔽技术和提高能量分辨率方法对γ射线探测器进行了该能区的能量响应标定；通过MCNP程序对探测器的能量沉积趋势和不同散射角散射γ射线的能量分布进行模拟计算。结果表明：该标定系统信噪比达到了20∶1左右，能量分辨率约为6%，0.66MeV的灵敏度与标准¹³⁷Cs源直照标定的灵敏度基本一致。     

快中子小角弹性散射截面测量(英文)

为了研究快中子小角散射,研制了一台位置灵敏探测器。这个探测器主要有由观测液体闪烁体的两个光电倍增管组成,光电倍增管两个信号之间的时间差用来确定光产生的位置,用位置灵敏探测器和伴随粒子方法,从3°～15°角范围,测量了14.7MeV中子在Ti、Nb、Zr、Pb上的弹性散射微分截面,用蒙特卡洛方法对通量衰减、多次散射和有限几何进行了修正。实验结果为核工程设计提供了急需的数据。     

能量响应相对平坦的康普顿探测器

对有能谱结构的γ辐射输出量进行绝对测量时,降低测量不确定度较好的选择方法之一是使用能量响应相对平坦的探测器。设计加工了厚度可调的康普顿探测器,得到了能量响应相对平坦的介质康普顿,该新型康普顿探测器在0．5～5MeVγ能区内的灵敏度相对平均灵敏度的变化可以小于17％,比标准康普顿探测器的灵敏度变化明显小一些,在强钴源放射性源场中验证了部分研究结果。     

北师大串列加速器在气溶胶离子束分析上的新进展

气溶胶样品中Z＞12元素含量的质子X射线荧光分析是北师大GIC4117串列加速器的主要应用领域之一.为弥补该方法不能分析H、C、N和O等轻元素之不足,我们通过在PIXE靶室40°和160°散射角安装金硅面垒探测器,用质子前角弹性散射分析和非卢瑟福背散射方法对核孔膜采集的气溶胶样品中H、C、N和O等轻元素的含量进行了测量.     

大型物体前向康普顿散射成像的若干模拟计算结果

在现有的康普顿散射成像技术中，如何对大型物体进行成像的问题始终没有得到充分解决。曾提出利用小角度前向散射原理成像的方法，利用该方法进行了若干次模拟计算，并对结果进行了分析。     

近180°RBS产额的增强效应

1979年,P.P.Pronko等人在美国橡树岭国家实验室(ORNL)发现:在散射角θ(?)179.6°～179.9°范围内观察到MeV级He~ 对非晶态和多晶态固体靶反常的背散射能谱。所测的能谱与θ=179.45°的背散射能谱比较,如图所示。在样品表面下的浅层(约为数百)内,出现一个出乎意料之     

束流漂移对硅条探测器阵列测量的影响

为研究束流漂移对结构紧凑、覆盖立体角较大的硅条探测器阵列测量的影响,利用蒙特卡罗方法,模拟了不同方向、不同大小的束流漂移对熔合蒸发残余核α衰变和卢瑟福散射角分布的影响,表明束流漂移距离小于3.0 mm时,探测器阵列的对称性能将计数误差控制在10%以下。开展了25 MeV和40 MeV ⁶Li+²⁰⁹Bi体系的实验测量,利用监视器数据研究了束流漂移的情况,结果表明,所有轮次的束流漂移均未超过3.0 mm。对束流漂移进行修正后,用3种不同的立体角刻度方法得到了弹性散射角分布,感兴趣的40 MeV数据与文献数据基本一致。     

束流漂移对硅条探测器阵列测量的影响

为研究束流漂移对结构紧凑、覆盖立体角较大的硅条探测器阵列测量的影响,利用蒙特卡罗方法,模拟了不同方向、不同大小的束流漂移对熔合蒸发残余核α衰变和卢瑟福散射角分布的影响,表明束流漂移距离小于3.0 mm时,探测器阵列的对称性能将计数误差控制在10%以下。开展了25 MeV和40 MeV ~6Li+~(209)Bi体系的实验测量,利用监视器数据研究了束流漂移的情况,结果表明,所有轮次的束流漂移均未超过3.0 mm。对束流漂移进行修正后,用3种不同的立体角刻度方法得到了弹性散射角分布,感兴趣的40 MeV数据与文献数据基本一致。     

γ射线康普顿散射的能谱研究

利用10 mCi的137Cs放射源发出的662 keV的γ射线,开展了与铝棒材料的康普顿散射实验。在20°～120°散射角度范围,用NaI(Tl)闪烁能谱仪直接测量获得了散射射线的能谱。简要介绍了实验原理和装置,给出了与实验系统配套的探测效率、峰总比等数据,深入讨论了散射射线能谱的特征,获得了散射能量、散射截面与散射角度的关系,并与理论值进行了比较,验证了康普顿散射理论。最后评述了该种康普顿散射能谱测量的方法。     

用背散射技术分析核靶的污染

在使用真空蒸发和电镀两种方法制备核靶的过程中,基衬、脱膜剂和坩埚等都会给核靶带来污染。用合适的方法分析核靶的污染,从而改进制备工艺,是制靶技术迫切需要解决的问题。我们用背散射技术分析了核靶中的杂质,使用2MeV的~4He~ 离子束,散射角为160°和135°,探测系统的能量分辨率为16keV。     

中子辐照条件下表层污垢碳化硅包壳的初级离位原子能量分布研究

本文采用了蒙卡方法对中子辐照以下的表层污垢碳化硅的初级离位原子（PKA）进行研究，利用蒙卡方法模拟中子的运行轨迹，碰撞类型与能量变化，以此根据动量能量守恒来反推出被撞击原子形成PKA的过程以及计算出PKA的能谱与散射角，并与推导出的理论公式的计算值进行对比。本次模拟共采用了几种能量的中子（0.1 MeV、0.5 MeV、1 MeV、1.5 MeV、2 MeV、4 MeV）分别进行模拟，给出了中子辐照条件下碳和硅两种元素的PKA的能量分布图，本文给出的模拟数据也与公式推导理论值吻合较好。     

康普顿背散射成像中的有机物加亮效应研究

康普顿背散射成像技术与透射成像相比具有使有机物自动加亮的特点,因此更适合于对爆炸物、毒品等违禁物品的检测.本文通过蒙特卡罗仿真方法,分析了影响有机物加亮效应的若干因素(包括入射射线能量、被检物体尺寸、探测器大小与位置、探测器工作方式),为背散射成像系统设计提供了参考.     

康普顿相机成像技术进展

康普顿相机是一种新型的γ射线成像模式,由于没有机械准直结构,它在探测效率等方面有着其它γ射线成像模式所不具备的独特优势.由于这些优势,康普顿相机系统在天文观测、医学成像、环境辐射监测、质子治疗等多个领域得到很好的应用.随着探测器技术和电子学技术的发展,从闪烁体探测器到性能更佳的半导体探测器,康普顿相机系统不断被优化.此...     

厚入射窗真空康普顿探测器设计

利用γ射线与物质作用的康普顿散射效应,设计了用于强流脉冲γ射线测量的具有厚入射窗真空型康普顿探测器。前窗采用厚度4.5 mm的Al,易于机械加工、真空除气和真空保持。收集极为φ50 mm×5.6 mm的Fe,对于1.25 MeV的γ射线,探测器灵敏度的设计值为4.5×10-22C/MeV。