《層析γ射線掃描能譜三維成像方法研究》是依託清華大學，由李政擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：層析γ射線掃描能譜三維成像方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李政
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著核能與核技術在工業、農業、軍事、科教、醫學等領域的廣泛套用，全球現已累積生產、儲存了大量的裂變核材料、放射性廢物，而且還在逐年大量地增加，已成為威脅人類生存、影響環境清潔、嚴重時可能影響人類後代的長久利益，阻礙核事業發展的一大隱患；國際恐怖主義活動頻繁，對世界和平與穩定構成了嚴重威脅。本項目在現有研究技術基礎上，提出將用於鑑別放射性核素種類的能譜分析技術與用於測定放射性活度空間分布的強度成像技術結合起來，建立層析γ射線掃描能譜三維成像實驗平台，確定被測空間內放射性核素的種類，以及每种放射性核素活度的三維空間分布情況；實現在複雜能譜成分、海量能譜數據情況下快速、準確地確定感興趣的核素種類和分布；協調能譜分析能力與重建時間的矛盾，減少各種環境本底的影響，建立能夠適應高強度、複雜本底環境的實用的系統設計方案；提高其對各種複雜檢測條件的適應能力，對大尺度對象感興趣區域進行精確三維觀察。
結題摘要
在核廢料桶最終貯藏之前，為了符合安全要求，必須獲得桶內放射性物質的信息，基於透射和發射的層析γ射線掃描成像TGS是當前最先進的無損檢測技術之一，通過TGS測量，可以獲得桶內放射性核素的成分、活度和分布。TGS測量需要對核廢物桶掃描兩次，一次為透射測量，一次為發射測量，透射測量結果將用於發射測量圖像重建時的衰減校正，除了衰減校正之外，發射重建還需要探測效率校正。 針對非均勻介質及放射性核素非均勻分布的物體，提出層析γ射線掃描成像TGS系統結構及掃描方式最佳化，通過透射式重建每個單元的線性衰減係數，用於發射式射線衰減的校正，其放射性核素含量的測量準確性得到很大的提高。採用蒙特卡羅方法，根據外置放射源、實驗樣品、探測器、機械掃描方式等因素，模擬多個粒子的可能行為，獲取各種情況下的仿真數據，開展重建算法研究。 採用標準化的電動平移台、電動升降台、電動旋轉台、手動升降台等光學部件搭建層析γ射線掃描實驗平台，計算機可以通過控制器實現對掃描平台的編程控制。採用基於FPGA與USB2.0的數位化多道的設計，對γ射線能譜數據進行採集，輸入的γ射線核脈衝信號經過信號調理電路和AD轉換之後進入FPGA處理，然後通過USB2.0接口傳送給上位機進行處理。 由於掃描時間、探測器數量的限制，當前TGS透射重建圖像的體素尺寸往往比較大，較大體素的內部物質分布不均勻，產生部分容積效應，當體素內部不均勻時，從不同方向、不同位置穿過該體素的射線，其衰減會相差很大。在壓縮感知算法的基礎上，提出利用全變差最小化的方法，通過使用比通常透射圖像重建時更準確的物理模型，在使用同樣數量測量數據的情況下，提出了透射圖像的精細格線重建算法，減小部分容積效應，並討論了不同的掃描方式對該算法的影響。 當前的TGS發射重建算法是將衰減校正係數作為準確值來考慮的，但由於透射測量以及重建的誤差，衰減校正係數存在偏差。提出基於等效噪聲模型的發射圖像重建方法，將衰減校正係數誤差引入了發射圖像重建的考慮範圍之內，利用數值模擬的方法確定了透射圖像的噪聲分布，並以此得到衰減校正係數的噪聲分布，將該噪聲映射到發射測量的測量數據上，作為發射重建時反投影的權重。
