中子相衬层析成像方法

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1、第+&卷第?期"##+年?月物理学报C=3)+&，S=)?，D1H78，"##+$###/?"*#E"##+E+（&#?）E$$?"/#&KLMKNOPQRLKQRSRLK""##+L82:)N8

2、和层析的各自优点，不采用干涉术，能高分辨率地重构待测样品的三维空间位相分布，能测试和分辨吸收系数非常相近样品的空间结构)关键词：相衬，层析，中子相衬，中子层析!"##：#’%%，"*"+,，($$"-F射线相反)$>引言F射线透射显微术的衬度机理是当F射线和物质相互作用时，在入射方向上光子数减少，并遵循自从$*?"年发现中子以来，中子已经成为一门G99H定律)而中子也具有这种特性)独立的学科)并且已经在工业、农业、医学、国防等许从上面介绍可以看出，例如中子和显微成像技多方面获得了应用，也取得了引人瞩目的成果)这些术结合起来，对于超微细结构的研究，洞察自然界的都是和中子的基本特性分不

3、开的)奥秘，将提供一个有效的工具)中子具有一定的静止质量，!#@$>(’&*"#A近年来，随着反应堆技术和加速器中子技术的$#5"&B，根据物质波动理论，由德布罗意公式可以得不断发展，中子在许多领域获得了极为广泛的应用，到中子的波长：特别是中子层析成像技术、中子相衬和中子相衬层析技术，可以作为一种无损检验的有效工具，用来研%$>%!@"")究物体的三维密度和位相结构)例如：一个热中子其能量"@"+09C，它的波长为#>$%$:0，该值接近于原子大小；又如一个共振中">中子相衬成像技术5+子"@$D9C，它的波长!@">%(A$#:0)通常探测仪器的分辨率和它的波长成反比，因此，当用

4、中子作或许是在F射线相衬成像技术的启迪下，澳大为显微镜的照明源时，极限分辨率为波长的$E"，足利亚和欧洲的一个联合小组，发展了一种同轴中子以观察原子核内部的精细结构，可见其诱惑力是多相衬成像方法)他们采用冷中子，相应的德波罗意波么大)波长为#>&??:0，成功地观察到黄蜂的腿关节和翅［$］中子不带电荷，因此它射入物质时不仅不与核膀的某些细节)外电子相互作用，不需要克服核库仑力的障碍，因而我们知道，无论是光波或者物质波，当通过物体即使是低能粒子，也能进入原子核内，引起各种核反时，要产生散射和吸收，在离样品适当距离将获得清应)晰的样品吸收衬度像，这是常规显微和层析的成像除了氢、锂、硼等

5、个别元素外，中子质量吸收系基础)从F射线光学中已经知道：F射线的折射率#数远比F射线小，特别是在重元素里，中子的穿透能I"力很强，在轻元素里，穿透能力较差，其行为正好与@$5"，"@$#!%1J&E"!，式中!为F射线波长，$#!./0123：4565789:;<18==)7=03期陈建文等：中子相衬层析成像方法’’339:为经典电子半径，!为单位体积内原子数密度，"!"’（(）&’6$8[(（(，*）;*]#$),!#)))(:为原子散射因子#从中子光学可知，中子的折射率具)对上式等号两边取对数，使方程线性化，得到新函有与$射线相同的形式，即#%&’(!%!（$*%）+)!，数：

6、式中!也为单位体积内的质子数，!为中子波长，$’$（()）为原子核散射系数，%为由于电子自旋引起的磁散!$&(/%’&!#（()，*)）;*)#,射系数#从上面可以看出，折射率#两种形式几乎层析任务就是用所测得的!（(）得到（(，)$)#)一致，对于同样的波长，中子"（!%!（$*%）+)!）比$*)）的分布#经过几代数学家的努力，发展了各种各射线的"值小一个数量级#尽管’("和’的差值样的方法#通常用以下两种方法进行图像复原：代数(-只有’,，但当使用非常小的!值时，即使不太大法（包括迭代法、回投影法）；解析法（包括拉冬法、傅的厚度或密度的变化，也可能产生相当大的位相畸里叶滤波法

7、、卷积法、滤波回投影法等）#变#如果采用相干光或部分相干光通过物体时，除了一个有趣的现象是，硬$射线的吸收系数随着吸收以外，还要产生位相变化，即发生波前的畸变#原子序数的增加而不断增加，中子束却不能，除几个这种波面畸变导致部分波面的传播方向发生变化，元素如氢、锂、硼、镉以外，中子的吸收系数远远低于使波面重叠而形成干涉，这样，位相变化转化成强度硬$射线#变化，这是相衬成像的物理基础，也是相衬层析的物对于大部分重金属，$射线穿透深度受到限制，［)］理基础，更为重要的是，这