[发明专利]点探测器计数的闪光照相图像接收装置的模拟方法及系统

说明书

本发明提供了一种点探测器计数的闪光照相图像接收装置的模拟方法及系统，该方法包括：在光源面之前生成光子，在所述光子穿过所述光源面时，将所述光子作为未发生碰撞的光子计入直穿项的贡献；输运所述光子，将基于所述光子得到的发生碰撞后的光子计入散射项的贡献；基于所述直穿项的贡献和所述散射项的贡献进行闪光照相图像的点探测器计数。通过上述方案能够减小基于点探测器计数的闪光照相图像接收装置的模拟过程中的散射照射量的误差。

技术领域

本发明涉及闪光照相技术领域，尤其涉及一种点探测器计数的闪光照相图像接收装置的模拟方法及系统。

背景技术

闪光照相是一门综合应用技术，涉及加速器物理学、光学、蒙特卡罗数学、图像处理等。所谓高能闪光照相就是利用电子加速器产生的高能电子束经磁透镜聚焦后撞击高Z靶产生的轫致辐射X光作为光源，然后再对客体进行X射线投射照相，利用X射线的强穿透能力使客体成像，研究透射辐射形成的阴影图像来推断客体性质(边界和密度)的技术。闪光照相图像接收装置诊断技术是对客体及其内部结构进行定量测量和物理诊断的检测方法，是诊断客体状态的物理特性和几何结构的有效手段。高质量的闪光照相数值模拟是闪光照相实验必不可少的组成部分。它可以帮助优化实验布局、把握闪光照相实验全过程，分析各种因素如光源、散射、能谱、H－D曲线、非理想照相等对实验结果的影响，正确理解闪光照相实验中所出现的一些问题。

图1是闪光照相图像接收装置的结构示意图。如图1所示，闪光照相图像接收装置一般包括电子-韧致辐射靶101(左侧为电子源，右侧为光子源)、高密度准直孔102、实验客体容器腔103、实验客体(FTO)104、降散射噪声高密度网栅105与具有精细结构的微米量级薄图像转换屏106。

对闪光照相图像接收装置进行高精度数值模拟的关键问题之一是对直穿量和散射量的精确计算。直穿量携带了客体的密度、半径、质量吸收系数等信息，根据直穿量可以反演出客体的几何性质和物理性质。除直穿衰减信号外，实验获得的总照射图像中还包含大量散射噪声。在散直比较小时，扣除散射噪声得到直穿信号实际是进行两个大量相减得到一个小量的问题,散射计算误差会成倍地叠加到密度反演结果之上。闪光照相图像接收装置的散射照射量的精确模拟会直接影响图像接收系统特性曲线的准确性。因此散射照射量的精确模拟十分关键。

在闪光照相图像接收装置模拟中，可采用体通量计数近似估计面通量的方法获得经客体衰减后的光子通量分布图像。虽然基于此计数的模拟方法与真实物理过程更为接近：即每个模拟光子等效于实际闪光照相图像接收装置图像接收装置中的光子。但此计数模拟效率很低，因此，实际模拟操作中广泛采用点探测器计数方法。点探测器计数基于指向概率方法思想，也就是在一个碰撞点或原点上的粒子，虽然实际上并不能散射到指定的点探测器计数点上，但对它不再经过碰撞而到该探测点的事件概率可以给出估计，从而可以在每个碰撞点或源点上给出粒子对每个点探测器点通量的贡献。对于任意位置处的粒子，包括源粒子或次级粒子，如果想对处的通量有直接贡献，必须满足两个条件：一是该粒子必须沿着由指向的方向飞行，二是该粒子从飞向的过程中不发生反应。

目前，对闪光照相图像接收装置进行数值模拟的主要工具是MCNP(Monte CarloNeutron and Photo Transport Code，蒙特卡罗中子-光子输运程序)程序。它是粒子输运的通用程序，与其他程序相比，在功能方面、技巧方面、几何能力和取用数据方面有很大提高，被称为“超级蒙特卡罗程序”，支持光子、电子及光子-电子耦合输运模拟，且具有点探测器计数功能。

MCNP中的点探测器计数原则是针对通用数值模拟适用的。针对闪光照相图像接收装置进行模拟时，使用现有的MCNP软件计算散射照射分布，首先直接计算得到总照射量和直穿照射量，进一步用总照射量减去直穿照射量可得散射照射量。如果散直比较小，就会存在两个大量相减得到一个小量的问题，散射照射量的误差就会成倍的增加。因此，闪光照相图像接收装置散射照射量的精确模拟成为现有MCNP程序的模拟难点。

而且，由于MCNP程序不是开源，很难详细分析导致闪光照相图像接收装置散射量误差的原因，也无法在MCNP基础上进行改进。