厚针孔射线成像品质因数的研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．10(2012)102902厚针孔射线成像品质因数的研究术宋顾周十马继明王奎禄周鸣(西北核技术研究所，西安710024)(2011年7月31日收到；2011年8月29日收到修改稿)定义了一种评价针孔成像性能的品质因数，给出了数学表达式．此品质因数综合反映了针孔成像的总空间分辨和灵敏度因素．基于透射模型，给出了针孔成像中心点等效直径、点扩散函数均方根半径数学表达式．给出了全视场和有效视场下针孔成像品质因数的计算方法，分析了直孔型、刀口型、船底型和长船底型等4种典型针孔的成像特性．关键词：针孔成像，品质因数，空

2、间分辨，灵敏度PACS：29．40．一n，87．57．n—l引言分析了此类针孔成像点扩散函数的均方根半径特性．更多的工作是发展理论模拟计算方法，根据结射线针孔成像广泛用于中子源，1，，脉冲x射线果分析特定结构针孔的成像性能[6]_虽然模拟结果源焦斑的图像诊断中[1-a】．中子，等射线具有极可以细致了解特定结构参数下针孔的空间分辨等强的穿透效应，射线针孔成像是利用射线的直线传性能，但是不能确定是否为最佳结构．目前在理论播特性，依靠限束进行投影成像，所以针孔照相不模型中，对高能射线成像更常用的中间是直孔、两可能形成一个理想的聚焦点．为了限制具有强穿透端是截锥孔的船

3、底型针孔结构，还缺少深入的理论作用的射线，射线针孔照相必须使用厚针孔结构体，研究．在设计射线针孔成像系统的初始阶段，只能因而造成射线针孔成像的灵敏度和空间分辨特性根据半定量数学关系及经验进行．比较复杂．因此，建立一个相对统一的理论，使用综合参射线针孔成像时存在直穿、衰减透射和散射数或表达式去刻画不同形式的厚针孔射线成像的三种效应．在大多数应用情况下，针孔成像的像空间分辨、灵敏度以及视场等性能具有重要的理距较大，只考虑直穿和透射部分也有较高的精确论意义．为此，本文进行了理论尝试，建立了一个射度[4，引．针孔成像最简单的理论模型是只考虑射线线针孔成像品质因数，可以

4、定量地综合比较分析各从针孔孔径中直穿部分，更复杂的理论模型需要考种形式的针孔射线成像性能．虑透射效应，这方面前人进行了很多努力．Anger将本文首先建立射线针孔成像模型，解析出射线射线直穿和透射两部分统一到等效孔径表达式中，与针孔结构体的作用长度。分析射线针孔成像本征理论上将所有的穿过针孔的射线看成是从针孔等点扩散函数的特性，再据此计算针孔成像灵敏度、效孔径中穿过，等效直径外没有射线穿过．针孔成等效直径以及点扩散函数均方根半径[4，5I．为了评像应用中，等效直径可以半定量地评估系统灵敏度价针孔成像的综合性能，根据总空间分辨的概念，和空间分辨性能．针对背靠背锥孔

5、体构成的刀口型利用针孔成像点扩散函数均方根半径与视场参数针孔，Metzler等[4，】给出了透射灵敏度解析式，并定义一个针孔成像的品质因数，并依此分析了不同国家自然科学基金(批准号：61171013)资助的课题十Email：songguzhou@yahoo．corn⑥2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．hy．ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．10(2012)102902结构的厚针孔射线成像性能设射线与轴的夹角为，则(htan0一PCOS)+(Psin)tan2厚针孔成像模型射线与

6、厚针孔结构体作用的距离L为高能射线成像时，一般使用的针孔结构为中间=Az／tan，(3)是长度为t，孔径为的直孔段，两端各接一个锥其中，Az为从源到针孔主面垂直距离．角为Q，孔径为D的截锥孔【，3l，如图l所示．也可针孔成像等效灵敏度面积。定义为oo以认为是刀口型针孔结构[4，5]中间再开一个直孔A。=／27cpexp(-pL(p))dp，(4)Jp=o段，锥孔孔径为d=D—ttan(／2)．直孔准直器的其中，为针孔材料对射线的线性衰减系数．等效几何视场角为西，则tan(／2)=D／t；刀口型针孔直径d由下式得到：的几何视场角为，这里暂时规定≤西．。=(5)首

7、先讨论所指小视场针孔成像的适用范围，即针孔视场角较小，tan0≤tan(a)《1；并且针孔分辨较高，有效弥散半径远远小于物距，即p／h《1．这在高能射线(或中子)成像中是成立的．不但在小焦斑图像测量中满足这个要求，例如惯性约束聚图1射线厚针孔成像示意图变中子照相、镐能闪光照相x射线焦斑图像测量．而且在大部分大面积高能射线源针孔成像测量中很明显，厚针孔结构具有对称性，相对于厚针也满足这个条件．所以，在小视场针孔成像条件下，孔光轴旋转对称，相对于主面前后对称．如图2，建L=△z近似成立．下面的处理中，应用这个近似．立针孔成像直角坐标系fX，Y，)【4,5]，Z=0

8、坐标面与厚针孔主面重合．由于厚针孔结构