[发明专利]双波长中子光栅干涉仪的成像方法

说明书

本发明公开了一种双波长中子光栅干涉仪的成像方法，其特征包括：1移动光栅，将中子光栅干涉仪的工作点固定在光强曲线的半腰位置；2设置第一等效波长为λ1，分别获取背景投影图像和被成像物体的投影图像；3设置第二等效波长为λ2，分别获取背景投影图像和被成像物体的投影图像；4分别提取被成像物体在等效波长λ的吸收和折射信号。本发明摒弃繁琐的光栅机械扫描，简化中子光栅干涉仪的成像过程，提高数据采集效率，并定量获得被成像物体在等效波长λ的吸收、折射信号，从而为被成像物体的快速、定量表征提供新途径。

技术领域

本发明涉及中子成像物理和方法领域，具体的说是一种双波长中子光栅干涉仪的成像方法。

背景技术

中子光栅干涉仪利用中子的波动性来产生被成像物体的图像，并且能够同时提供被成像物体的吸收、折射和暗场图像。其中吸收图像与被成像物体的衰减性质相关，折射图像与中子穿透被成像物体时的相移相关，暗场图像则来源于被成像物体的小角散射性质。近年来，中子光栅干涉仪已经被应用于块材内部磁畴结构的原位可视化、燃料电池内部结构的表征等。

在中子光栅干涉仪中，类似于X射线光栅干涉仪情形，探测器记录的被成像物体的投影图像同时包含了被成像物体的吸收、折射和暗场信号，即图像衬度来自于被成像物体吸收信号、折射信号、暗场信号的非线性混合贡献。而定量表征、图像判读、计算机三维断层重建等实际应用都要求获取独立、纯粹的被成像物体吸收、折射和暗场信号。因此，如何从被成像物体投影图像中分离得到纯粹的吸收、折射和暗场信号是近年来的研究热点之一。

目前，中子光栅干涉仪普遍采用相位步进法进行被成像物体的三种不同信号的分离。这种方法要求繁琐的机械步进光栅扫描，导致了冗长的成像实验时间，降低了中子光源的利用效率；受中子源多色性的影响，分离得到的物体吸收信号、折射信号都不是定量的，带有一定的不确定性。这些局限性阻碍了中子光栅干涉仪在材料定量表征等领域的推广应用。因此，发展新的成像方法，克服相位步进法光栅步进扫描、不定量的局限性，是未来中子光栅干涉仪推广应用中必须解决的问题之一。

发明内容

本发明为避免现有成像方法的不足之处，提出一种双波长中子光栅干涉仪的成像方法，以期能简化硬中子光栅干涉仪的成像过程，提高数据采集效率，并定量提取被成像物体的吸收和折射信号，从而为实现快速、定量的中子光栅干涉仪成像提供新途径。

为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种双波长中子光栅干涉仪的成像方法，所述中子光栅干涉仪包括：中子源、源光栅、速度选择器、相位光栅、分析光栅和探测器；在所述速度选择器和相位光栅之间设置有被成像物体；所述被成像物体贴于所述相位光栅的内侧设置；在所述相位光栅的外侧设置有所述分析光栅；所述相位光栅到所述分析光栅的轴向距离为d；所述探测器贴于所述分析光栅的外侧；其特征是，所述成像方法按如下步骤进行：

步骤1、固定所述相位光栅和所述分析光栅，并移动所述源光栅，移动距离为所述源光栅的四分之一周期，使得所述中子光栅干涉仪固定在光强曲线的半腰位置；所述移动方向为同时垂直于光轴和光栅栅条的方向；

步骤2、依次启动所述中子源和所述速度选择器，设置第一等效波长为λ1；启动所述探测器，设置曝光时间为t；

利用所述探测器按照所述曝光时间t获取第一背景投影图像I₁后，依次关闭所述中子源和所述速度选择器；

步骤3、将所述被成像物体放置到所述相位光栅的视场中央，依次启动所述中子源和所述速度选择器，设置第一等效波长为λ1，并利用所述探测器按照所述曝光时间t获取所述被成像物体的第一投影图像I′₁后，依次关闭所述中子源、所述速度选择器和所述探测器；

步骤4、依次启动所述中子源和所述速度选择器，设置第二等效波长为λ2；启动所述探测器，设置曝光时间为t；