CN104237270A - 利用光中子透射对物体成像的方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用光中子透射对物体成像的方法以及装置。本发明的方法使用光中子射线透射所述物体,具有如下步骤:使光中子源工作,发射光中子射线并照射所述物体;利用探测器对来自所述光中子源的光中子射线进行接收;以及根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像,所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器,来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度处于60度~87度的范围。根据本发明,通过使来自光中子源的光中子射线的入射方向与探测器的表面的法线方向所成的角度θ为60度~87度的范围,从而能够将分辨率由10cm提高到2cm左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种透射成像技术,特别是涉及一种利用光中子透射对物体成像的方法以及装置。
背景技术
在利用直线电子加速器产生的光中子源进行透射成像时,首先要解决X射线脉冲对光中子探测的干扰问题,由于光中子是X射线的伴生物,而后者的强度远远大于前者(约大4~5个量级),因此,即使某个探测器对中子非常敏感而对光子又相当不敏感,X射线脉冲的信号幅度也仍会明显超过光中子脉冲的信号幅度,此时所获得的透射成像信息就主要来自于X射线脉冲的贡献,而非光中子的贡献。
因此,在透射成像时,为了消除X射线脉冲的干扰,在现有技术中提出了“中子慢化体+中子吸收体”的方案(例如,参照公开号为CN102109473A的专利申请)。但是,在这样的方案中依然存在如下问题。即,在这样的方案中利用中子慢化体对入射到探测器的光中子进行减速,通过慢化过程将光中子的测量时间进行延迟,使光中子在被中子吸收体探测到时X射线脉冲在探测器内的信号已经结束,从而消除了X射线脉冲对光中子脉冲信号的干扰。这种方法可以被认为是一种“用空间换时间”的方法,即,光中子的慢化过程保证了光中子在测量时免于被X射线脉冲所干扰。但是,这也导致了光中子入射位置的扩散,光中子的吸收位置偏离了原来的入射点,这使得光中子成像的位置分辨率变差。一般而言,由中子慢化过程导致的分辨率变差约为10cm。图1A和图1B是现有技术中同一个物体的X射线透射图像和光中子透射图像,其中,图1A是X射线透射图像,图1B是光中子透射图像。由于前述那样的原因,如图1A和图1B所示,相对于X射线透射图像,光中子透射图像的分辨率变差。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的,其目的在于提供一种能够改善分辨率的利用光中子透射对物体成像的方法以及装置,能够将分辨率由因为中子慢化过程而导致的10cm提高到2cm。
为了达到上述目的,本发明提供一种利用光中子透射对物体成像的方法,其使用光中子射线透射所述物体,其特征在于,具有如下步骤:
使光中子源工作,发射光中子射线并照射所述物体;
利用探测器对来自所述光中子源的光中子射线进行接收;以及
根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像,
所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度处于60度~87度的范围。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,所述吸收核素是10B、6Li、155Gd或者157Gd。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为70度~80度的范围。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为78度。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,所述光中子源是利用直线电子加速器产生的光中子源。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,来自所述光中子源的光中子的能量为1~10MeV。
此外,本发明提供一种利用光中子透射对物体成像的装置,其使用光中子射线透射所述物体,其特征在于,具备:
光中子源,发射用于对所述物体进行照射的光中子射线;
探测器,对来自所述光中子源的光中子射线进行接收;以及
成像系统,根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像,
所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度处于60度~87度的范围。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,所述吸收核素是10B、6Li、155Gd或者157Gd。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为70度~80度的范围。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为78度。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,所述光中子源是利用直线电子加速器产生的光中子源。
此外,在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中,来自所述光中子源的光中子的能量为1~10MeV。
如上所述,根据本发明,使来自光中子源的光中子射线与能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的探测器的表面的法线方向所成角度θ为60度~87度的范围,由此,能够将分辨率从10cm提高到2cm左右,从而解决了现有技术中的由于中子慢化体的使用而导致分别率下降的问题。
附图说明
图1A和图1B是现有技术中同一个物体的X射线透射图像和光中子透射图像,图1A是X射线透射图像,图1B是光中子透射图像。
图2是从不同角度入射的光中子在载硼液闪中的吸收位置的分布图。
图3是从不同角度在同一入射点的光中子在载硼液闪中的吸收位置沿X方向的统计。
图4是本发明中的光中子探测器的原理的示意图。
图5是利用了图4所示的光中子探测器得到的4种材料的透射成像位置分辨率的模拟结果。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明进行说明。
首先,对本发明的技术前提进行说明。当中子的能量不是很高的时候(即,数MeV或更低,光中子的能量满足这个能量范围),其与质子的弹性散射主要表现为S波碰撞。在质心系中,S波碰撞导致散射中子的方向是各向同性的。因此,在碰撞一次之后,基本就可以认为中子已经丧失了对入射方向的“记忆”。由此,能够近似地认为,无论中子是以怎样的方式射入到一个慢化体的表面,其在慢化体中的散射过程都是近似相同的。图2是从不同角度入射的中子在载硼液闪中的吸收位置的分布图。在图2中给出了三个不同的入射角度(即,与载硼液闪的表面的法线方向所成的角度:0度,45度,85度)的中子在射入到载硼液闪探测器后的吸收位置,此外,在图3中给出了从不同角度于同一入射点的中子在载硼液闪中的吸收位置沿X方向的统计。
从图2和图3的结果可以看出,无论入射角度怎么改变,中子吸收位置的离散性差异并不大,在图3的结果给出的三种情形下,中子吸收位置沿X方向分布的标准偏差分别为5.7cm、6.3cm和6.9cm。
关于本发明的利用光中子透射对物体成像的装置,其具备光中子源、探测器以及成像系统,其中,光中子源发射用于对物体进行照射的光中子射线,探测器对来自光中子源的光中子射线进行接收,成像系统根据由探测器接收到的光中子射线对物体进行成像。在本发明中,成像系统的结构及其工作原理是与现有技术相同。此外,本发明的关键在于探测器的结构及其布置方式。
此处基于前述的物理基础,发明人在本申请中提出了如图4所示那样的光中子探测器原理。图4是本发明中的光中子探测器的原理的示意图。在图4中,光中子探测器以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成,例如利用载硼液闪来慢化与吸收中子,此外,也可以是载有其它中子吸收核素例如6Li、155Gd或者157Gd等的闪烁体。如图4所示,来自光中子源的光中子的入射方向(光中子射线的入射方向)不是正面面对载硼液闪,而是与载硼液闪的入射面的法线方向之间存在预定角度范围的夹角θ,这个角度(即,夹角θ)会随着光中子入射方向的不同而有所不同(这是因为,光中子源是个点源,源探距离又不是无穷大),但是,总体而言在本发明中使夹角θ保持在78度左右,这样就使得cosθ约等于1/5。在本发明中,这样设计的目的在于,使光中子在探测器内的吸收位置的离散性在经过投影(探测器的表面在中子入射面上的投影)之后缩减为原来的1/5。即,如图4所示那样,在成像时将光中子吸收位置投影在中子入射面上进行成像(图4中的中子入射面的位置是为了便于观察而假设的位置,实际上的位置可以不在此处)。由图4可以看出,由于cosθ约等于1/5,所以,光中子在探测器内的吸收位置在投影到中子入射面之后,其大小从10cm变为2cm,即在中子入射面上的吸收位置的大小为2cm。由于在吸收位置实际上所吸收的光中子的数量没有变化,而吸收位置由原来的10cm大小变为2cm的大小,所以探测器的分辨率得到了改善(即,光中子在探测器内的吸收位置在经过投影之后变为2cm,分辨率提高了5倍)。
此外,只要上述的夹角θ在60度~87度的范围内就能够得到上述效果,进一步优选的是夹角θ在70度~80度的范围,更优选的是夹角θ为78度。
此外,本发明的利用光中子透射对物体成像的系统以及方法与现有技术类似,但是具有如上所述那样的不同于现有技术的特征。
具体地说,在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中,首先,使光中子源工作,光中子源发射光中子射线并且照射受检查对象(即,所述物体),此处,光中子源并不特别地限定,可以是例如利用直线电子加速器产生的光中子源,也可以使其它的光中子源。此外,关于来自光中子源的光中子的能量,优选的是例如1~10MeV,当然并不限于此,也可以是其它的能量范围。接着,位于受检查对象的与光中子源对置的一侧的探测器对来自光中子源的光中子射线进行接收(其中包括透射了受检测对象的光中子射线和未透射受检查对象的光中子射线),如前述那样,此处所使用的探测器是能够使光中子慢化并且能够对其进行吸收的探测器,例如可以是利用了载有10B、6Li、155Gd或者157Gd等的中子吸收核素的闪烁体的探测器,但是,这些仅是示例而并不是限定,只要是能够使中子慢化并对其进行吸收即可。接着,根据探测器所接收到的光中子,对受检测对象进行成像,成像方法能够使用现有技术中的任意的成像方法,这在本发明中没有特别限定。但是,需要说明的是,为了实现本发明的提高分辨率的目的,如前述那样,来自光中子源的光中子射线的入射方向与探测器的表面的法线方向需要成预定范围的夹角,例如,成78度的夹角,但是,并不限于此,只要能够在将在探测器中的吸收位置投影到中子入射面上时使吸收位置比原来小的角度都可以,在本发明中优选的是60度~87度的范围,这样,与现有技术相比,在使用了中子慢化体和中子吸收体的组合的情况下,也能够将由于中子慢化过程而导致的10cm的分辨率变为例如2cm左右。
此外,并不限于如上所说的,只要使光中子射线的入射方向与能使光中子慢化且能吸收光中子的探测器的表面的法线方向所成的夹角在上述范围内,其它的方面可以任意变更或者组合。
此外,图5是利用了图4中的光中子探测器得到的聚乙烯、木头、铁以及金这4种材料的透射成像位置分辨率的模拟结果。从图5可以看出,0.5LP/cm的线对卡是可以分辨的,即能够实现2cm的空间位置分辨。
如上所述,对本申请发明进行了说明,但是并不限于此,应该理解为能够在本发明宗旨的范围内进行各种变更。
Claims (13)
1. 一种利用光中子透射对物体成像的方法,其使用光中子射线透射所述物体,其特征在于,具有如下步骤:
使光中子源工作,发射光中子射线并照射所述物体;
利用探测器对来自所述光中子源的光中子射线进行接收;以及
根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像,
所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度处于60度~87度的范围。
2. 如权利要求1所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。
3. 如权利要求2所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
所述吸收核素是10B、6Li、155Gd或者157Gd。
4. 如权利要求1~3的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为70度~80度的范围。
5. 如权利要求4所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为78度。
6. 如权利要求1~3的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
所述光中子源是利用直线电子加速器产生的光中子源。
7. 如权利要求1~3的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子的能量为1~10MeV。
8. 如权利要求6所述的利用光中子透射对物体成像的方法,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子的能量为1~10MeV。
9. 一种利用光中子透射对物体成像的装置,其使用光中子射线透射所述物体,其特征在于,具备:
光中子源,发射用于对所述物体进行照射的光中子射线;
探测器,对来自所述光中子源的光中子射线进行接收;以及
成像系统,根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像,
所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度处于60度~87度的范围。
10. 如权利要求9所述的利用光中子透射对物体成像的装置,其特征在于,
所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。
11. 如权利要求10所述的利用光中子透射对物体成像的装置,其特征在于,
所述吸收核素是10B、6Li、155Gd或者157Gd。
12. 如权利要求9~11的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的装置,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为70度~80度的范围。
13. 如权利要求12所述的利用光中子透射对物体成像的装置,其特征在于,
来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为78度。
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