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第 16 卷第 6 期强激光与粒子束 Vol. 16 ,No. 6
2004 年 6 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS J un. ,2004
文章编号: 1001 4322 (2004) 06 0809 04
闪光照相中 X 光能谱对有效吸收系数的影响
施将君, 刘进, 刘军
( 中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳 621900)
摘要: 研究闪光照相中影响材料有效吸收系数的两个主要因素,即 X 光的能谱效应和散射影响。用
Monte Carlo 方法对闪光照相系统的客体各种组成材料的有效吸收系数进行数值模拟;求出不考虑散射而仅受
能谱影响的有效吸收系数及其空间分布,发现该分布类似于医学 CT 数的分布规律,在高光程数对应的位置上
该吸收系数较低;也得到了在 20MeV 闪光机情况下,客体各种组成材料的单个平均吸收系数。结果表明:钨、
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铝和铁的平均等效吸收系数分别近似为 0. 830 ,0. 080 和 0. 265cm - 1 。
关键词: 有效吸收系数; 平均吸收系数; 能谱; 空间分布; Monte2 Carlo 模拟
中图分类号: O434. 1 ; R814. 3 文献标识码: A
闪光照像图像的正确处理是一项高难度课题,尤其是要从图像比较正确地得到各个像素点所反映的 X 光
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路程上的面质量,推演客体内部的材料密度分布情况,必须知道该路程上的几何和物理结构以及初始能谱和最
后能谱。对图像的复原工作,可以近似确定 X 光路程上的几何结构,但其物理处理仍然很复杂。由于在该路
程上轫致辐射能谱不断被改造,位于该路程的前端和后端相同尺寸的相同材料对光通量衰减的贡献不同,X 光
的光通量被前端材料衰减程度要高于后端材料衰减程度。总之,不同能量 X 光的材料吸收系数不同,X 光的
非单***以及在 X 光路程上轫致辐射能谱不断改造,因此图像处理工作难度很高。
医学上,X 光照相图像的计算机层析(CT) 法仅使用一个平均有效吸收系数(下称平均吸收系数) 来简化复
杂的物理处理过程。如果高能闪光照相图像处理也想如此进行,必须满足的条件是在客体最受关注的部分的
每个像素所对应的有效吸收系数涨落不大。
任何一种元素的吸收系数在不同的 X 光能量下都有不同的值[1 ] 。在存在能谱情况下,将吸收系数对归一
能谱积分得到谱平均吸收系数。X 光在材料内传输过程中,能谱不断被改造,因此在 X 光路程不同点的谱平
均吸收系数有不同值。所谓有效吸收系数是指 X 射线在客体内路程上各点的吸收系数能谱平均值的加权平
均值;而平均吸收系数是图像上各像素对应的有效吸收系数的平均。
材料的线吸收系数是质量吸收系数与材料密度之乘积。对于均匀客体,平均吸收系数和有效吸收系数在
闪光照相图像处理中十分重要。本文不研究散射对吸收系数的具体影响。
1 图像处理物理基础
目前所采用的转换屏记录底片,虽然从光学密度到 X 射线强度的转换要借助于底片的 H &D 曲线,但它的
灵敏度较高。对于这种记录方式,光学密度 Dt 与 X 射线照射量 X t 的关系为 Dt = D0 +