高能X射线实时成像技术及固体线性阵列探测器研究

该项目主要研究高阻和低阻硅光二极管阵列探测器的设计及制备工艺,闪烁晶体阵列及隔离层、光反射层的加工装配,两种阵列之间的耦合,线性阵列探测器封装技术,线性阵列探测器性能测试,阵列探测器信号处理及线性扫描二维像的数据获取和图像处理技术,空间分辨和密度分辨率的影响因素等,从而掌握固体线性阵列探测器这一中、高能X射线实时成像和CT成像的核心技术,研制成功固体线性阵列探测器成像单元,掌握线性扫描二维成像技术。     

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。     

闪烁纤维中子探测器灵敏度研究

用蒙特卡罗方法研究了1种闪烁纤维中子探测器对不同能量中子和伽玛射线的相对灵敏度，并在实验室对几个能点的灵敏度进行了标定。实验结果表明：理论计算与实验标定的探测器能量响应曲线趋势基本一致，探测器对2．5MeV中子和1．25MeV伽玛射线的灵敏度比值为5．3。利用实验数据对计算值进行校正，可给出探测器能量响应全曲线。     

CeF3闪烁探测器对X射线的电荷灵敏度标定

本文采用脉冲X射线源对光电管CeF3探测器的灵敏度进行了实验标定,得出了CeF3闪烁探测器对X射线的电荷灵敏度.实验中使用的X射线源为СГС-67型三通道脉冲发生器,X射线平均能量200 keV.实验结果表明,对于φ45 mm×10 mm、φ45 mm×5.0 mm、φ45 mm×4.5 mm 和φ45 mm×3.0 mm四种尺寸的CeF3探测器,其电荷灵敏度分别为6.70×10-18 C/MeV、4.68×10-18 C/MeV、4.47×10-18 C/MeV和3.84×10-18 C/MeV.本文还探讨了探测器灵敏度和闪烁体厚度的关系.     

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。     

高能X射线实时成像及固体线性阵列探测器技术研究项目中的软件开发

这是一个涉及多学科相关技术的项目,计算机数字成像是该项目中的一部分,即将前端设备送来的信号作相应处理,然后以数字成像的方法在计算机屏幕上显示出来。已实现的功能包括:实时控制系统的启动、停止,实时数据获取,探测器零点校正,探测器效率校正,实时成像,图像缩放,     

X射线闪烁屏针孔相机

研制了用于ICF实验激光焦斑监测的X射线闪烁屏针孔相机,通过使用Cs I闪烁屏,能够有效的减小焦斑成像中硬X射线份额,图像的信噪比有了很大提高。使用蒙卡方法对Cs I的能量沉积进行了模拟,计算出适合于针孔相机的闪烁屏厚度。由于针状Cs I闪烁屏的分辨力优于一般闪烁体,制造了针状Cs I闪烁屏作为针孔相机的成像元件。在X射线管上做了Cs I闪烁屏的成像实验,实验表明闪烁屏具有较好的分辨力,最小分辨达到15 lp/mm,整个X射线闪烁屏针孔相机的分辨力好于24μm,和普通针孔相机的分辨力基本相当。     

基于气体电子倍增器原理的高能X射线工业CT气体探测器

分析了高能X射线工业CT所常用的闪烁探测器的优缺点,及传统气体电离室探测器存在的不足。为克服这些缺点和不足,从X光子与物质相互作用理论出发,结合高能工业CT的结构特点,探讨了高能窄X射线束入射到薄金属片中X光子和光电子的输运过程,提出了以高密度的金属片作为X光子辐射转换体,以气体电子倍增器作为光电子倍增放大的新型高能工业CT探测器方案。并利用基于Linux平台的EGSnrc程序进行了Monte-Carlo仿真。从原理上说明了这种气体倍增探测器相对于传统气体电离室探测器,既有较高的探测效率,其体积也大为减小,替代高能工业CT传统的闪烁体探测器在理论上是可行的。     

闪烁薄膜探测器X/γ射线能量响应研究

为准确评估闪烁薄膜探测器(OSFD)在脉冲裂变中子参数测量中γ射线对测量结果的影响,利用Geant4程序对闪烁薄膜探测器的X（或γ）射线响应进行模拟,结合半经验电子发光效率曲线,获得探测器能量响应理论曲线,利用662 keV和1.25 MeV的单能γ射线源,以及窄谱剂量标准的48~208 keV准单能X射线能点对探测器响应进行刻度。本研究结果为闪烁薄膜探测器结构的改进,以及探测器在宽能谱脉冲X射线场测量中的应用提供了重要依据。     

用于X射线探测的CVD金刚石薄膜探测器

研制了用于X射线测量的化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜探测器.该探测器灵敏区直径为15 mm、厚度300 μm,其暗电流在800 V偏压下小于50 pA,且暗电流-电压曲线线性较好.就CVD金刚石探测器对不同能量X射线的响应及脉冲X射线时间响应进行了理论和实验研究.结果表明:该探测器对6～22 keV X射线具有10-4～10-2A·W-1的灵敏度,假设电荷收集效率为39%时,灵敏度的理论值与实验测量值符合较好,探测器的RC时间常数约为1.5 ns;对亚纳秒脉冲X射线的响应上升时间为2～3 ns.     

降低闪烁探测系统中子灵敏度的方法初探

针对脉冲辐射场高强度裂变中子测量的特点,设计了降低灵敏度的狭缝闪烁探测系统,初步研究了系统的2.5MeV中子灵敏度。实验结果表明：由狭缝屏蔽准直器和闪烁探测器组成的新型狭缝闪烁探测系统,可使传统的直照探测模式的下限灵敏度降低一个量级,拓宽了闪烁探测器在脉冲辐射场中子测量中的应用。     

Image quality evaluation of linear plastic scintillating fiber array detector for X-ray imaging

It is important to assess image quality, in order to ensure that the imaging system is performing optimally and also identify the weak points in an imaging system. Three parameters mostly leading to image degradation are contrast, spatial resolution and noise. There is always a trade-off between spatial resolution and signal to noise ratio,but in scintillating fiber array detectors spatial resolution is not as important as signal to noise ratio, so we paid more attention to contrast and SNR of the system. By using GEANT4 Monte Carlo detector simulation toolkit, some effective parameters of the linear plastic scintillating fiber（PSF）array as an imaging detector were investigated. Finally we show that it is possible to use this kind of detector to take CT and DR (Digital Radiography) image under certain conditions.     

X射线成像系统的非线性特性

通过理论分析和实验研究，探讨了X射线成像系统的非线性特性及其成因，这对于提高X射线成影像的质量具有重要意义。     

BSRF高灵敏度衍射增强成像系统搭建

作为一种重要的相位衬度成像方法,衍射增强成像(Diffraction Enhanced Imaging,DEI)是利用晶体的角度选择特性探测样品引起的X射线角度变化来获得样品衬度图像。晶体摇摆曲线是衍射增强成像装置的重要特征,理论上晶体的摇摆曲线越窄,则衍射增强成像灵敏度越高,所获得的图像衬度也会越好。在北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility,BSRF)4W1A成像实验站现有Si(111)晶体DEI装置的基础上,通过选用高精度转台并对晶体采取减少加工应力残余和降低安装夹持应力的措施,设计研制了基于Si(400)和Si(333)晶体的高灵敏度DEI实验装置,并利用标准样品和实际生物样品进行了实验验证。系统摇摆曲线测试及成像结果表明,所研制的成像装置可以开展二维和三维成像实验且具有更高的成像灵敏度。     

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。     

嫦娥一号卫星X射线谱仪能量响应矩阵的计算

介绍了嫦娥一号卫星X射线谱仪能量响应矩阵的计算方法,根据谱仪标定试验的标定数据计算了谱仪各路探测器的能量响应矩阵;根据谱仪的能量响应矩阵由直接解调方法对试验测得的放射源能谱和元素荧光能谱进行了解谱,较好的重现了放射源和各元素的特征能量.     

便携式脉冲X射线成像系统研制

便携式脉冲X射线成像系统主要由脉冲X射线源、数字化记录系统和笔记本电脑组成，介绍了系统的硬件(脉冲源和图像采集控制卡)和应用软件的设计过程。仪器剂量小、质量小、成像质量高，目前已运用到公安系统的安全检查等部门。     

微焦点X射线成像系统扫描参数测量及投影图像校正研究

微焦点X射线成像系统由于被重新安装以及初始化,导致系统参数读数与实际值之间存在偏量。给出了测量这些偏量值的基本原理和方法,并通过实验求出偏量值。由于图像增强器与图像获取装置本身固有特点以及非线性获取成像,投影图像存在几何畸变。讨论了图像几何畸变校正的基本原理,并给出具体步骤以及校正后的图像.     

Some characteristics of X-ray imaging for energy region of over 100 keV using plastic scintillation fiber array

In this work, characteristics of using PSFs （plastic scintillation fibers） coupled with CCD （charge-coupled devices ） to build area detectors for high energy X-ray imaging are studied with a Monte Carlo simulation, which cover an energy range of a few hundred keV to about 20 MeV. It was found that the efficiency of PSF in detecting X-ray with energy above a few hundred keV is low. We can use large incident flux to increase the output signal to noise ratio （SNR）. The performance can also be improved by coating PSF with X-ray absorption layers and the MTF of the system is presented. By optimizing the absorption layer thickness, the crosstalk of the area detector built with PSF decreases.     

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。