X射線與光中子透射成像複合探測方法研究

《X射線與光中子透射成像複合探測方法研究》是依託清華大學，由張智擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：X射線與光中子透射成像複合探測方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張智
• 項目類別：面上項目

項目摘要

在大型貨物安檢中，為了能夠檢出爆炸物、核材料等涉及恐怖活動的危禁品，需要大型貨物安檢系統不但能夠看到貨物的形狀，更應該能夠看到貨物的物質種類。這就需要結合X射線透射成像和中子透射成像來實現，其中中子透射成像需要高產額、長壽命、穩定性好的中子源，本項目中採用由X射線打靶產生中子，稱為光中子源。同時透過靶的X射線強度依然很高，和光中子一起構成X射線與光中子複合源。本項目將主要研究複合射線成像系統中的射線探測方法和物質識別方法，這是X射線與光中子透射成像技術的關鍵組成部分。由於來自射線源的X射線和光中子是同時穿過貨物打到探測器系統上的，因此，該探測器系統應該具有同時測量X射線和光中子強度信息的能力。該複合射線探測器系統由多個探測單元構成，具有空間位置分辨能力，經過對貨物一次掃描，即可同時得到貨物的X射線和光中子透射圖像。經過對兩幅圖像的處理，可以進行貨物種類識別，得到含有貨物種類信息的融合圖像。

結題摘要

安全檢測技術被套用於關係到國土安全以及普通民眾生命財產安全的方方面面，其性能的不斷提升是國家與社會的持續需求。採用X射線與中子聯合成像可以提高針對危禁品的鑑別能力，是安全檢測技術發展的重要方向。光中子源能夠同時提供X射線與光中子，且中子產額高，系統穩定性好，X射線與中子來自同一個源，結構簡單，是用於X射線與中子聯合成像的理想選擇，中子產額可達1010~1011n/s。 針對光中子源的強X射線場下探測光中子困難的特點，採用慢化延時的方法，並通過新穎的探測系統設計，成功解決了慢化過程導致的空間解析度惡化的問題。能夠在強X射線場下獲得較高的光中子探測效率（29%@25.3meV），對大型物件空間解析度可達到2cm。項目設計完成了完整的實驗系統，包括液閃探測器，聚乙烯禁止殼設計，以及n/γ甄別電路和數采系統等。開展了中子成像物質識別實驗研究，表明中子和X射線複合成像可以實現物質成分的有效識別。 針對小型物件中子成像，開展了中子靈敏MCP探測器的進一步研究，以達到高的空間解析度。基於直徑為106 mm的大面積中子敏感微通道板，給出了腔體的改進版本和新的夾具設計，使得探測器的安裝更加方便，重量大大減輕。探測器獲得了34%@25.3meV的探測效率，是目前國內國際上最高的。利用熱中子束線獲得了88 μm的位置分辨，成像面積為8012 mm2，目前此nMCP探測器在國內外相關研究中具有最大的成像面積。所做工作對於進一步開展更大面積的微通道板中子成像研究，包括新型的讀出方法研究，探測器真空封裝的進一步最佳化以及更大面積的中子微通道板研製奠定了基礎，具有較為重要的參考意義。 項目開展了新型塗硼氣體中子探測器的研究，已經取得了很好的實驗結果，預期可以實現一種大面積、易於製造、價格便宜的氣體中子探測器。