CN109342462B - 中子鬼成像仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中子鬼成像仪，包括：中子源，用于产生中子束；磁体结构，朝向中子束的发射方向设置，用于对中子束进行空间调制，并将调制后的中子束照射至待成像物体表面；至少一个中子传感器，与待成像物体并行设置，用于接收通过待成像物体的中子束；成像装置，分别与磁体结构和中子传感器连接，用于根据接收到的中子束及磁体结构内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构。其只需要一个或多个中子传感器，无需对中子束聚焦成像，也无需中子传感器阵列就能实现发明目的，结构简单，体积小，成本低。

Description

中子鬼成像仪
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种中子鬼成像仪。
背景技术
中子具有较高的穿透性，且中子具有较强的磁矩，特别适用于高密度、磁性材料中的裂痕探测、材料性能分析等领域，可以很好的弥补X射线等其他无损检测方式的不足。
但是，由于中子不带电荷，故中子的聚焦较为困难；又由于其穿透能力较强，一般来说，中子探测器体积较大，很难和传统的光学成像元件CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)那样高度集成化，成像困难的同时成像质量不高，严重影响了中子成像的应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种中子鬼成像仪，有效解决了现有中子鬼成像仪集成度不高、价格昂贵、体积大、成像质量不高等技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种中子鬼成像仪，包括：
中子源，用于产生中子束；
磁体结构，朝向中子束的发射方向设置，用于对中子束进行空间调制，并将调制后的中子束照射至待成像物体表面；
至少一个中子传感器，与待成像物体并行设置，用于接收通过待成像物体的中子束；
成像装置，分别与磁体结构和中子传感器连接，用于根据接收到的中子束及磁体结构内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构。
进一步优选地，所述磁体结构由可写入磁体材料制备而成。
进一步优选地，所述磁体结构为磁盘或磁带。
进一步优选地，所述中子鬼成像仪中还包括一斩波器，设置于中子源和磁体结构之间，用于将中子源发射的中子束转变为脉冲中子束。
进一步优选地，所述中子鬼成像仪中包括三个或三个以上中子传感器，设置于待成像物体一侧的预设位置处，分别接收通过待成像物体的中子束；
所述成像装置根据接收到的中子束及磁体结构内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构得到三维图像，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构得到三维图像。
本发明提供的中子鬼成像仪，有益效果在于：
1.在本发明中，中子源产生的中子束透过已知磁畴分布的磁体结构对其进行空间调制，照射待成像物体，再由中子传感器接收经过了待成像物体后的中子束，以此，根据中子传感器接收到的中子束信号和中子束的磁极化方向分布函数做关联计算得到待成像物体的像，其只需要一个或多个中子传感器，无需对中子束聚焦成像，也无需中子传感器阵列就能实现发明目的，结构简单，体积小，成本低。
2.在本发明中，磁体结构为磁带或磁盘，其中的磁畴分布是确定的，且可以通过磁头擦除和写入；另外，磁带或磁盘中的磁体材料具有较快的运动速度，可以实时改变中子束密度和磁矩取向的空间分布。
3.在本发明中，使用斩波器将中子源发射的中子束转变为脉冲中子束，只需对中子束的空间分布和中子传感器接收到的中子束信号做关联计算即可实现发明目的，不用计算时间关联，大大简化了关联计算的复杂度，提高成像速度。此外，采用三个或三个以上中子传感器同时接收通过了待成像物体的中子束可实现待成像物体的三维成像，简单方便。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及实现方式予以进一步说明。
图1为本发明中中子鬼成像仪一种实施方式示意图。
图2为本发明一实例中中子鬼成像仪示意图。
附图标记说明：
1-中子源，2-磁体结构，3-磁头，4-待成像物体，5-中子传感器，6-成像装置，7-斩波器，8-磁带。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
如图1所示为本发明提供的中子鬼成像仪一种实施方式示意图，从图中可以看出，在该中子鬼成像仪中包括：中子源1、磁体结构2、至少一个中子传感器5及成像装置6，还包括用于对磁体结构2进行擦除和写入操作的磁头3，其中，磁体结构2朝向中子束的发射方向设置，中子传感器5与待成像物体4并行设置，成像装置6分别与磁体结构2和中子传感器5连接，磁头3与磁体结构2连接。
在工作过程中，中子源1根据需求产生中子束并朝向磁体结构2发射；中子束穿过处于旋转运动状态的磁体结构2，利用磁体结构2对电子束进行空间调制，得到中子束密度和磁矩取向的空间和时间分布；调制后的中子束照射并通过待成像物体4至中子传感器5，以此中子传感器5对通过待成像物体4的中子束进行接收；最后，成像装置6根据接收到的中子束及磁体结构2内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构。
假定，在t时刻，磁体结构2内中子束照射处的磁极化方向分布函数为u(x，y，t)，通过磁体结构2后中子束的磁极化方向分布函数为n(x，y，t)，经过时间dt后中子束通过待成像物体4后中子传感器5接得到中子束信号门1(t+dt)，以此，成像装置6计算中子束n1及磁体结构2内中子束照射处的磁极化方向分布函数u(x，y)之间的关联关系ΔG1(x，y)＝<(n1(t+dt)-<n1(t+dt)>)[(u(x，y，t)-<u(x，y，t)>]>，并通过该二阶关联函数ΔG1(x，y)对待成像物体4通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像；或计算中子束n1及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数n(x，y，t)之间的关联关系ΔG2(x，y)＝<(n1(t+dt)-<n1(t+dt)>)[(n(x，y，t)-<n(x，y，t)>]>，并通过该二阶关联函数ΔG2(x，y)对待成像物体4通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像。
在该实施方式中，磁体结构2由可写入磁体材料制备而成，为磁盘或磁带(图1中磁体结构为磁盘)，其中的磁畴分布是确定的，且可以通过与之连接的磁头3进行擦除和写入操作。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，中子鬼成像仪中除了包括：中子源1、磁体结构2、至少一个中子传感器5及成像装置6之外，还包括一斩波器7，设置于中子源1和磁体结构2之间，用于将中子源1发射的中子束转变为脉冲中子束。类似的，利用磁极化方向分布函数u(x，y)之间的关联关系ΔG1(x，y)＝<(n1-<n1>)[(u(x，y)-<u(x，y)>]>，并通过该二阶关联函数ΔG1(x，y)对待成像物体4通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像；或计算中子束n1及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数n(x，y)之间的关联关系ΔG2(x，y)＝<(n1(t)-<n1(t+dt)>)[(n(x，y，t)-<n(x，y，t)>]>，并通过该二阶关联函数ΔG2(x,y)对待成像物体4通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像。
以上成像方法中，直接利用磁极化方向分布函数u(x,y)进行关联计算处理速度更快,适用于快速成像；二利用中子束的磁极化方向分布函数n(x,y)进行关联计算更为精确，速度相对较低，适用于高精度成像。
在工作过程中，中子源1根据需求产生中子束，通过斩波器7转换成脉冲中子束之后朝向磁体结构2发射；中子束穿过处于旋转运动状态的磁体结构2，利用磁体结构2对电子束进行空间调制，得到中子束密度和磁矩取向的空间和时间分布；调制后的中子束照射并通过待成像物体4至中子传感器5，以此中子传感器5对通过待成像物体4的中子束进行接收；最后，成像装置6根据接收到的中子束及磁体结构2内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，中子鬼成像仪中包括三个或三个以上中子传感器5，设置于待成像物体4一侧的预设位置处，分别接收通过待成像物体4的中子束；以此，成像装置6根据接收到的中子束及磁体结构2内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构得到三维图像，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体4进行重构得到三维图像。
如图2所示，在一实例中，中子鬼成像仪中包括：中子源1、磁带8、三个中子传感器5、成像装置6及斩波器7。中子源1产生的中子束通过斩波器7后转变为脉冲中子束，通过待成像物体4后被三个中子传感器5接收，通过成像装置6关联计算获得该待测物体的三维图像。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种中子鬼成像仪，其特征在于，所述中子鬼成像仪中包括：
中子源，用于产生中子束；
磁体结构，朝向中子束的发射方向设置，用于对中子束进行空间调制，并将调制后的中子束照射至待成像物体表面；磁体结构的磁畴分布是确定的；
至少一个中子传感器，与待成像物体并行设置，用于接收通过待成像物体的中子束；
成像装置，分别与磁体结构和中子传感器连接，用于根据接收到的中子束及磁体结构内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构；
成像装置利用磁极化方向分布函数u(x，y)之间的关联关系ΔG1(x，y)＝<(n1-<n1>)[(u(x，y)-<u(x，y)>]>，并通过该二阶关联函数ΔG1(x，y)对待成像物体通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像；或计算中子束n1及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数n(x，y)之间的关联关系ΔG2(x，y)＝<(n1(t)-<n1(t+dt)>)[(n(x，y，t)-<n(x，y，t)>]>，并通过该二阶关联函数AG2(x，y)对待成像物体通过压缩感知算法进行重构，得到待测物体的像。
2.如权利要求1所述的中子鬼成像仪，其特征在于，所述磁体结构由可写入磁体材料制备而成。
3.如权利要求2所述的中子鬼成像仪，其特征在于，所述磁体结构为磁盘或磁带。
4.如权利要求1-3任意一项所述的中子鬼成像仪，其特征在于，所述中子鬼成像仪中还包括一斩波器，设置于中子源和磁体结构之间，用于将中子源发射的中子束转变为脉冲中子束。
5.如权利要求4所述的中子鬼成像仪，其特征在于，所述中子鬼成像仪中包括三个以上中子传感器，设置于待成像物体一侧的预设位置处，分别接收通过待成像物体的中子束；
所述成像装置根据接收到的中子束及磁体结构内中子束照射处的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构得到三维图像，或根据接收到的中子束及空间调制后中子束的磁极化方向分布函数对待成像物体进行重构得到三维图像。
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