闪光照相中散射模拟结果的实验检验研究.pdf

第十一届全国蒙特卡罗方法及其应用学术交流会论文 203 闪光照相中散射模拟结果的实验检验研究?刘军,刘进,张绚,肖智强,管永红 (中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900) 摘摘摘摘 要要要要: :: :用蒙特卡罗对闪光照相中的散射进行准确的模拟具有重要的意义。本文给出了一种从实验上检验蒙特卡罗散射模拟的准确度的方法,该方法的核心是:构造一对有关联的照相布局——二者具有相同的直穿强度和不同的散射强度,于是两种照相布局的成像图像之差△G就对应于它们的散射之差△X,其中前者可以用实验测量得到而后者可以用蒙特卡罗模拟得到。我们对三组客体模型进行了闪光照相实验和蒙特卡罗数值模拟,发现每一种客体模型下的△G与△X的分布形状都非常相似,并且具有几乎一致的比例系数△G:△X≈。这说明了我们的检验方法是有效的,同时也说明了蒙特卡罗的散射模拟结果是可信的。 关键词关键词关键词关键词: :: :闪光照相;蒙特卡罗方法;散射;检验 中图分类号中图分类号中图分类号中图分类号:; 文献标识码文献标识码文献标识码文献标识码: :: :A 散射是高能闪光照相中一个十分重要的问题,散射不但降低了闪光图像的质量,更重要的是影响了客体界面及密度分布的定量提取精度[1,2]。尽管采用各种准直器、增大散射体与探测器之间的距离、多孔准直器以及防散射滤线栅可以大幅度降低散射的影响[3-6],但这些方法均不能完全消除散射的影响。只有从一幅图像中直接扣除散射的影响,这就需要确定散射的大小及其分布。蒙特卡罗数值模拟是获得成像平面上的散射强度及其分布的有效途径,为确保模拟结果的正确性,有必要开展其实验检验工作。 P散射模拟结果的实验检验工作,利用美国LANL的回旋加速器和 M22加速器针对侧向散射强度进行了钢球大角度散射(即侧向散射)实验[7,8],结果表明模拟结果与实验结果基本一致。然而,对于单轴闪光照相,我们更关心前向散射的大小及其分布。尽管实验上无法直接将直穿照射量和散射照射量分割开来,但可以根据成像平面上的散射光子特点设计两种照相布局,要求这两种布局的直穿信号完全一致,而散射差异较大。以往的研究结果表明,照相系统中的后防护锥是散射的主要来源。如果仅改变后防护锥的几何位置,成像平面上的散射势必发生变化,但直穿信号近乎保持不变,那么这两个照相布局下的图像灰度之差也就是它们的散射响应之差。基于这一思路,下面首先介绍成像平面上照射量的计算方法和散射检验实验的设计方法及照相布局,然后重点阐述实验结果与模拟结果的比较方法及其讨论,最后给出结论与建议。 1 计算方法 照射量是衡量X射线强度的一个物理量,表示X射线被单位质量的空气电离后产生的电荷数。成像平面上任意点处的照射量都可以通过下式来计算。 ( ) ( ) max 0 d E X E E E E ε ψ=∫ (1) 其中,() E ε为照射量与能通量之间的转换系数,也称之为照射量响应函数,可以查表得到;() E ψ为单位能量间隔为dE、单位面积内的光子数。 根据(1)式采用蒙特卡罗方法就可以计算成像平面上各点的照射量。首先通过电子束抽样确定击靶电子的相空间分布,跟踪