閃光照相系統(tǒng)中的散射問題研究.pdf

1、高能閃光照相中，對圖像質(zhì)量影響最大、也是最不確定的因素是高能X射線與系統(tǒng)器件作用產(chǎn)生的散射分布。不同照相系統(tǒng)的散射分布不同以及散射分布的極不均勻性，極大地影響了對客體信息的準(zhǔn)確提取。因此，開展散射的研究，準(zhǔn)確確定系統(tǒng)的散射分布及影響因素并進行相應(yīng)處理，是準(zhǔn)確提取閃光照相系統(tǒng)客體信息的前提。 本文首先分析了X射線與物質(zhì)的相互作用，了解了閃光照相系統(tǒng)散射的成因；針對FTO的閃光照相系統(tǒng)，利用解析法分析了高密度客體的散射規(guī)律，給出了系

2、統(tǒng)直散比的公式及其參量依賴關(guān)系，并得到了散射對光程的影響因子和散射扣除的理論公式。然后，以FTO的3米閃光照相系統(tǒng)為計算模型，利用粒子輸運的Monte-Carlo數(shù)值模擬方法從散射的分析和處理兩方面對高能閃光照相系統(tǒng)的散射進行了研究。分析了閃光照相系統(tǒng)中各參數(shù)，包括光源參數(shù)、主準(zhǔn)直角、客體光程、后保護器參數(shù)和記錄面相對后保護器的距離對散射的影響，并對客體和后保護器引起的散射進行了MC分層模擬，確定了散射的主要來源；對閃光照相中的降散射器

3、件和散射扣除器件進行了較系統(tǒng)的MC模擬，確定了相應(yīng)的優(yōu)化參量。另外，對閃光照相后保護器的散射進行了實驗測量并與模擬計算結(jié)果進行了比較和分析，以檢驗解析和模擬結(jié)果的正確性。 通過研究，得到如下結(jié)論：1.后保護器參數(shù)的選擇對散射的影響很大。模擬和實驗結(jié)果表明，在研究范圍內(nèi)，同種材料構(gòu)成的后保護器，其厚度越大，系統(tǒng)的散射分布越不均勻；系統(tǒng)散射照射量隨著后保護器厚度的增加逐漸增大而直散比逐漸減??；在保持X光子在后保護器的軸向光程不變時，

4、線吸收系數(shù)越大的材料構(gòu)成的后保護器對散射的貢獻越??；對于單后保護器照相系統(tǒng)和含客體照相系統(tǒng)，針對后保護器的散射分布的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果一致。 2.同樣照相布局下，對于不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)相同的客體，小光程客體照相系統(tǒng)的直散比要好于大光程客體照相系統(tǒng)的直散比；總質(zhì)量不變大小相同而結(jié)構(gòu)不同的客體，它們的散射分布形狀近似相同。 3.準(zhǔn)直角對散射照射量的影響非常大，系統(tǒng)散射照射量隨準(zhǔn)直角增大而增大，分布也越來越不均勻；隨著記錄平面

5、與后保護器距離的增大，散射分布越均勻，散射照射量也隨之降低，系統(tǒng)直散比增大；光源參數(shù)對系統(tǒng)直散比的影響很小，可以忽略。 4.分層分析的結(jié)果表明：后保護器對散射貢獻最大，是系統(tǒng)散射的主要來源；FTO產(chǎn)生的散射主要由外層和邊緣引起的。從后保護器產(chǎn)生的散射X光到記錄平面的衰減光程差別很小，后保護器各層散射比例主要由照射到后保護器上的總照射量分布決定。 5.散射扣除器件多孔準(zhǔn)直器的性能與準(zhǔn)直孔半徑、準(zhǔn)直器厚度和孔數(shù)直接相關(guān)。減小

6、多孔準(zhǔn)直器孔半徑和增加多孔準(zhǔn)直器的厚度均能有效改善多孔準(zhǔn)直器性能。 6.臺階準(zhǔn)直器和陡坡準(zhǔn)直器均是比較好的降散射器件，均能有效降低客體邊緣和后保護器產(chǎn)生的散射。附加準(zhǔn)直器設(shè)計簡單，可以針對不同系統(tǒng)靈活設(shè)計，既不損失客體信息又能降低散射，同時又可以降低對接收系統(tǒng)動態(tài)范圍的要求。造價極高的多孔精細(xì)網(wǎng)柵是一個非常好的降散射器件，能大大降低系統(tǒng)的散射照射量，計算結(jié)果表明降散射因子可以達到102的量級，而且對系統(tǒng)直穿照射量的影響不大，極大

7、地提高了系統(tǒng)的直散比。 本文從解析法、Monte-Carlo數(shù)值模擬方法和實驗方法三個方面系統(tǒng)地研究了閃光照相系統(tǒng)的散射，并有如下創(chuàng)新點：1.詳細(xì)分析了后保護器參數(shù)選擇對散射的影響，為優(yōu)化后保護器設(shè)計以降低散射提供了理論基礎(chǔ)； 2.研究了照相客體材料及尺寸變化對系統(tǒng)散射的影響，為動態(tài)客體照相系統(tǒng)的散射研究提供了依據(jù)； 3.對散射源客體和后保護器進行了分層分析，有助于開展降散射技術(shù)的研究；4.首次對后保護器產(chǎn)生的散

8、射進行了實驗測量，為進一步準(zhǔn)確確定散射奠定了基礎(chǔ)； 5.對降散射器件多孔精細(xì)網(wǎng)柵進行了參量優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用的解析分析和數(shù)值模擬，為今后的應(yīng)用提供了理論支持。 閃光照相數(shù)值模擬研究是一項非常重要而且復(fù)雜的工作，而閃光照相數(shù)值模擬技術(shù)的主要目的就是針對具體照相系統(tǒng)準(zhǔn)確確定系統(tǒng)的散射。本次研究具體分析了閃光照相系統(tǒng)的散射形成、影響因素以及處理方法等，為今后閃光照相系統(tǒng)進一步的數(shù)值模擬和實驗研究工作提供了有效的方法和有用的結(jié)論。