[发明专利]切片式高能离子束辐射成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及辐射成像领域，具体地，涉及一种切片式高能离子束辐射成像系统。

背景技术

目前，X射线辐射成像技术在当今已被广泛应用于多个领域，然而由于其自身的局限性，如X射线的穿透深度有限、动态范围较窄、对物质的密度分辨能力较差等，使其在工业领域，特别是金属材料封装设备的检测方面无法让人满意。在医学应用方面，也存在着明显的不足，尤其是在密度差异很小的软组织生物器官的成像诊断领域。高能离子束（质子和重离子）因其在物质中具有很长的射程，可以实现对大体积物质的诊断，同时离子束辐射成像具有超宽的动态范围、高成像效率、对样品密度和元素组成均敏感等多种特性，愈来愈获得人们的重视。由于离子束对材料密度具有非常高的敏感性，在医学应用领域也同样获得人们的关注。鉴于目前高能离子束在材料改性、诱变育种和放射医疗等方面取得了重大的进展，发展离子束辐射成像技术的条件也趋于成熟。

离子束在物质中射程末端，具有非常陡的射程边界（微米量级），其离子数强度随射程增加快速衰减。因此在辐射成像应用中，对应较厚的样品部分，离子束无法穿透，而对应较薄的样品区域，离子束则能顺利穿透并落在成像膜/闪烁体上，形成有明暗对比的辐射图像。同时由于布拉格峰在该边界区域的存在，使该区域内离子束具有非常高的能损梯度，故能进一步增强辐射图像的对比度。上述方法被称之为射程末端成像法，在该方法的应用中，为获得高对比度的辐射图像，往往需要对入射离子束能量进行多次、细微的调整，使离子束射程边缘落在被测样品的待测区域内，造成该方法的应用过程较为繁琐，限制了其进一步的推广。本发明基于已有的离子束辐射成像经验，自主提出了切片式的离子束辐射成像技术。即利用一个前置式的可微调的能量衰减器，对不同能量的入射离子束产生辐射图像进行系统性纪录，结合配套的图像处理方法，对所纪录的不同辐射图像进行数学运算，以实现增强辐射图像对比度和对目标内部纵向分层结构信息的获取，最终得到目标样品的内部详细信息。该方法具有简便、快捷、对比增强效果明显等显著优点。

在工业和科研领域中往往要求在不损伤样品的前提条件下，对样品内部的结构信息进行详细检测，因此对传统的检测手段提出了新的要求。随着现代工业的发展和科学技术的不断创新，辐射成像技术的提出和进步具有着重要实践价值，并受到了世界范围内的广泛关注。常用的X射线辐射成像，由于其自身在样品可检测深度、低动态范围和低密度灵敏度等方面的劣势，在工业和医疗等领域的应用受到了很大的限制。得益于现代加速器技术的极大发展，质子束和重离子束辐射成像技术得到了长足的进步。该辐射成像的突出优点为：检测范围区域大、图像动态范围广、空间分辨率高、对材料种类和密度同时具有高敏感性等。目前常用的质子束和重离子束辐射成像的方法有三种：射程末端法、多次散射法和剩余能量法。其中的射程末端法，由于其原理相对简单，对样品和实验条件要求较低，故应用范围最广。该方法具体指离子束在物质中穿行，在射程末端约微米量级的小范围内，束流强度将急剧下降，直至减少到零，在小尺度范围内存在非常大的入射离子密度梯度。在此区域内同时由于布拉格峰（Bragg Peak）的存在，使得该区域内的能损强度大幅增强。因此该方法在辐射成像应用中具有高纵向空间分辨能力和高效率等特点。具体的将就是对于某个被测样品，由于样品本身存在一定的厚薄或材料种类的变化，若离子的射程小于样品厚度，则该部分离子无法穿透样品形成出射，若样品厚度小于离子射程，则该部分离子将会出射，并被后端探测器记录，由此形成了明暗对比的离子辐射图像。

但是必须指出的是，该方法对离子射程末端位置非常敏感，若没有对离子束能量针对性调整的话，将无法得到高分辨的辐射图像结果。所以应用该辐射成像方法，其中重要工作之一就是针对具体目标靶，不断调整入射离子能量，使离子射程末端落到待检测位置，以形成高分辨、高对比度的辐射图像。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种切片式高能离子束辐射成像系统，以实现操作简单、快捷并且辐射图像分辨率高、对比度好的的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种切片式高能离子束辐射成像系统，包括能量衰减器、样品靶架装置和辐射图像获取装置；

所述能量衰减器：对入射的高能离子能量进行精确调节；

所述样品靶架装置：固定支撑样品并屏蔽环境的背景光线；

所述辐射图像获取装置：将上述经过能量衰减器调整后的高能离子束经过样品后投影的图像进行捕获。

根据本发明的优选实施例，所述能量衰减器由多片调节精度为50微米左右厚的铝箔排列设置构成。