反散射数字辐射成像系统

0　引言

近年来,随着计算机技术的不断进步,数字辐射成像技术也得到了飞速的发展。该技术是采用平移扫描方式和图像处理技术相结合来获得被检测物体的辐射投影图像的。由于它能实时、直观地反映被测物体,对缺陷的判断与识别比较容易,因此在核技术、航空与航天、冶金和机械制造等工业中得到越来越广泛的应用和推广,并成为当前国内外无损检测研究的热点。为了研究反散射成像,根据康普顿反散射的基本原理与特点,我们建立了如图1所示的实验研究装置。并用蒙特卡罗方法模拟源、物体和探测器在不同分布情况下的反散射情况,然后根据模拟结果选择合适的布置条件进行实验[1]。

利用此装置,测量了相同布局时不同物质的反散射情况,并研究了入射角、反散射角对反散射的影响。最后还利用软件处理将探测器得到的反散射信号调整成被测物清晰的反散射图像。

本文着重介绍利用此装置获得的反散射图像以及消除影响图像质量因素的方法。

1　反散射数字辐射成像的基本原理

如图2所示,放射源发出的γ射线束被准直成截面积很小的笔形束后射向被测物,与物体发生作用,其中有一部分反散射光子进入了探测器。

设入射路径上经dl段物体反散射后进入探测器的光子数为Ndl,若不考虑多次散射的影响,则Ndl可表示为

其中N0是入射到被测物上的光子数;dσ/dΩ是θ方向上的康普顿反散射微分截面;ne是物体dl处的电子密度;s是射线束的截面积;Ωdl是该段物体对探测器所张的立体角;d和d’分别为入射光子到达dl处时在物体中的入射距离和dl处反散射光子在物体中的出射距离;μ和μ’分别为物体对入射光子和反散射光子的吸收系数;η是探测器的探测效率。假设物体的可测量深度为L,则进入探测器的反散射光子总数Nt可表示为

　  从式(1,2)中可看出,Ndl反映的是dl处的电子密度信息,而Nt反映的是从物体表面至L深度处的平均电子密度信息。且电子密度又基本上与被检物体的物质密度成比例[2],因此探测器最终测得的信号反映的是物体表层的物质平均密度信息。

2　反散射成像情况

2.1　成像过程

如实验装置图1所示:60Co源发射出的γ射线被准直成笔形束投射到被测物体上,经过康普顿反散射后,在一定范围的散射方向上射出的射线入射到探测器中形成电流信号。该信号的强弱反映了被测物表层物质平均电子密度。电流信号经前放放大后由电缆传到工控机,工控机完成A/D变换和数据采集后就获得了物体某一扫描点的信息。然后再利用拖动系统使小车上的被测物在水平方向上以一定的速度通过扫描区,并以相应的频率采集探测器上的输出信号,就可得到被测物某一水平线上的一条扫描线。接着再利用升降台的移动不停改变物体的高度,就可得到物体的多条扫描线,再经过一定的图像处理后可获得被测物的反散射图像[3]。