康普顿相机的geant4模拟与反投影图像重建

《康普顿相机的geant4模拟与反投影图像重建》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第38卷第11期核技术Vo1．38，No．112015年11月NUCLEARTECHNIQUESNovember2015康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建丁长骥，毛本将袁永刚姜志刚杨朝文1(四川大学物理科学与技术学院辐射物理及技术教育部重点实验室成都610065)2(中国工程物理研究院核物理与化学研究所绵阳621900)摘要模拟构建了双层康普顿相机，利用康普顿散射原理，获取1，光子在两层探测器发生散射前后沉积的能量和位置信息，通过一定算法进行图像重建，获得放射源位置信息。该相机具有灵敏度高、体积小、应用范围广等优点。

2、通过蒙特卡罗方法模拟了具有双层条状结构位置灵敏探测器(散射探测器、吸收探测器)组成的康普顿相机，其两层探测器分别由si和Ge材料构成。利用反投影图像重建算法实现了放射源图像重建，当单点源与探测器距离为40mm时，成像的效率为O_38％，位置分辨率达到8．01Tim，角分辨率达到3。。对于不同位置和不同个数点源的情况下，检验了反投影重建算法在康普顿相机放射源空间重建中的效果。关键词康普顿相机，蒙特卡罗模拟，反投影图像重建算法中图分类号TL814，R445．5DoI：10．11889~．0253．3219．2015．hjs．38．

3、11040220世纪7O年代，Todd[1j首次提出了康普顿相1康普顿相机机的概念，但由于当时探测器材料和电子学数据采康普顿散射中散射光子能量由式(1)决定：集技术的限制，该技术未得到深度发展。而同时期能对放射性物质进行二维定位的单孔和编码孔成像技术却得到了较好发展。但相比之下，其成像效率毒1+mE~2(1-cos0)和探测面积都不如康普顿相机，且体积更大，重量P式中，为散射光子能量；为初始光子能量；0也更重。在放射性核素应用越来越广泛的今天，出于各种应用和安全的考虑，对于放射源的检测更为为散射角；mc为电子的静止能量。若其初

4、始入射的光子为单能的话，当散射角唯重要，需要精确的探知放射源所在具体地点，从而一时，则散射光子的能量也唯一确定。反之若已知可有针对性地处理。初始能量与散射光子能量，则散射角0也是唯v相机在天体物理、核设施退役、特殊核材料一确定的，康普顿相机正是利用此原理对放射源进结构分析、放射性核素示踪等各种重要领域都有重行定位。在具体重建算法中会考虑散射材料对光子要应用。所以作为指标优良的康普顿相机应用前景的多普勒效应。也是十分广泛。在核材料检测方面，康普顿相机有基本的康普顿相机由两层探测器组成，如图1十分重要的应用。所示。第一层探测器称为

5、散射探测器(Scattering2007年，利弗莫尔实验室成功地开发出一款康detector)，均匀分割成多个单元，构成位置和能量普顿相机SPEIR(SPEctroscopicImagerforT-Rays)，皆灵敏的探测器阵列。来自样品的v射线在第一个该相机采用两块阵列(直径70mm)式Ge探测材探测器中发生康普顿散射，在其中沉积能量为E，料，每块Ge材料的尺寸为2cm~2cm~2cm；探测散射位置为。第二层探测器称为吸收探测器成像的能量为150keV一4MeV，由于SPEIR系统采用Ge探测器，采用制冷的方式，系统成本较高

6、【2]。(Absorbingdetector)，康普顿散射产生的散射光子被吸收探测器完全吸收，沉积能量，吸收位置为X2。之后也有许多由不同探测器、探测材料组成的康普Y在两个探测器中的相互作用位置Xi、X2和能量沉顿相机问世。目前国内对其研究较少，未制作实际积E1、均可直接由两个位置灵敏探测器测量，v应用的康普顿相机，也并没有系统地对其进行模拟射线的能量可由E1加得到。两层探测器多采研究。本文通过对其蒙特卡罗模拟获得了理论数据，用Si、Ge半导体探测器，以此获得高的能量分辨率重建算法的构建为实现算法优化提供了支撑。与精确的位置信

7、息。第一作者：丁长骥，男，1991年出生，2013年毕业于四川大学，现为硕士研究生，主要从事康普顿相机模拟与图像重建通讯作者：袁永刚，E-mail：yyg_2000@yeah．net收稿日期：2015-06．24，修回日期：2015-09—117丁长骥等：康普顿相机的GEANT4模拟与反投影图像重建向放置；第二层16个探测单元平行于Y轴方向放置，康普顿相机中，放射源所产生的1，射线距离散使得两层探测单元正交。散射探测器整体尺寸为射探测器的轨迹为一条直线，但根据其探测原理，48mmx20mmx48mlTl。右侧的吸收探测器由双层

8、条实际所确定出来的只有以直线轨迹为中心轴的圆锥状Ge材料组成，对v光子沉积能量与作用位置探面而已，即放射源在这样的一个圆锥面上，而无法测灵敏，其探测单元结构、放置与尺寸都与散射探确定其精确位置。在康普顿相机的反投影法中，利测器相同。散射探测器与吸收探测器相距401TI1TI。