《宇宙線繆子成像關鍵物理與技術問題研究》是依託清華大學，由程建平擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：宇宙線繆子成像關鍵物理與技術問題研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：程建平
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
宇宙線繆子成像是利用繆子通過被測物質後的散射角分布與物質原子序數相關的物理原理，而發展出的新型輻射成像技術。該技術穿透力強、本質安全，在大型物體和厚禁止層內部重核材料的空間分布檢測、國防安全迫切需求的無損檢測方面具有特殊技術優勢，科學意義重大。.本項目將開展特定成像檢測需求中的繆子輸運過程研究，成像機制與圖像重建方法研究，解決繆子成像的關鍵物理問題；開展高位置解析度、高探測效率、低成本、大面積MRPC探測器研究，多通道高速波形取樣電子學研究，發展面向特定檢測需求的高效率、高精度圖像重建算法，解決繆子成像的關鍵技術難題；建立繆子成像原理性實驗系統，開展實驗研究，驗證相關物理與技術問題；為宇宙線繆子成像技術未來在重核材料檢測、國防安全無損檢測等領域的套用奠定物理和關鍵技術基礎。
結題摘要
1.從理論上和模擬上對繆子輸運過程進行了研究，著重研究了多重庫侖散射對繆子散射成像的影響，為高精度繆子散射成像算法提供了物理依據；推導了繆子在介質中的最可幾徑跡及徑跡機率分布，為散射成像算法提供了改進的可能性；用先驗知識，結合重建圖像，提出了一種基於假設檢驗的介質形變宇宙線繆子分析方法，提高了材料形變檢測的效率。； 2.系統研究了宇宙線繆子成像算法，利用蒙特卡羅模擬程式包GEANT4建立了宇宙線繆子成像的模擬平台，為算法研究提供了模擬數據；利用典型成像模型的模擬數據對已有成像算法進行驗證，分析了PoCA、MLSD等重建算法；根據μ子多次散射數據的特點，推導出適用於繆子成像的最大後驗（MAP）算法；首次從頻域角度提出了分析繆子成像解析度與成像指標關係的方法；針對繆子成像特點，初步建立了繆子成像性能的評價方法；獲得了宇宙線繆子成像達到2mm空間解析度的結果（180天模擬數據）； 3.研製出位置分辨達到350µm、時間分辨達到65ps，效率達到97％的MRPC探測器；在此基礎上，研製出大面積，高位置分辨的MRPC樣機，為建造宇宙射線斷層成像系統打下堅實基礎；開展了單模組二維讀出MRPC探測器的研製。 4.針對MRPC/RPC探測器的高密度、多通道、高速的讀出需求，先後設計實現了基於0.35µm CMOS工藝的8通道高速電流靈敏前置放大器ASIC晶片；首次提出了大面積MRPC探測器的雙精細復用讀出方法，將電子學總通道數減少約一個量級；同時推導了大面積探測器復用讀出的一般數學模型和設計方法，對其它大面積氣體探測器的讀出設計具有普適性，並申請專利；研製了採用基於開關電容陣列的ASIC晶片的多通道5Gsps超高速波形取樣數采電子學；研究並實現了多通道高速電流波形的數字脈衝處理算法、復用位置重建算法和徑跡點擬合算法，並成功用於了單層探測器實驗和全系統繆子成像實驗研究； 5.研究繆子成像系統集成關鍵技術，研製了繆子成像原理性實驗樣機，2013年首次獲得繆子成像原型裝置的大尺寸鉛目標物實驗圖像，獲得了特徵模型的三維繆子圖像；2014年開展了繆子成像原型裝置的小尺寸鉛字、線對和物質區分實驗，利用12天積累數據，能夠識別出THU三個字母；線上對模型上，能夠識別出10mm的線對；對鎢塊和鋁塊，識別效果特別明顯。
