中子射线照相和断层摄影原理简介

中子断层扫描原理图

中子成像具有广泛的工业和科学意义，可以提供有关物体内部结构和组成的详细信息。

中子成像的原理是基于定向中子束通过散射和吸收所经过物质的衰减。由于不同材料衰减中子的能力各不相同，因此可以探测其成分和结构。中子束既可以在反应堆中产生，也可以从中子发射同位素或质子加速器中的目标中产生。该技术在本质上也是无损的，并已有效地应用于具有考古意义的文物。

中子成像技术，而不是竞争x射线成像，是完全和理想的补充。x射线被电子散射和吸收，因此具有更大电子壳层的原子相互作用更强，而中子则与原子核相互作用。此外，没有真正的周期性规律来说明这种相互作用的程度，甚至同一元素的同位素在衰减能力上也可能显著不同。

特别具有实际意义的是，氢与中子的相互作用非常强烈，而大多数金属可以有效地传输中子。这与x射线成像直接相反，并提供了有效地可视化金属容器中有机含氢物质的动态的方法，例如可视化发动机内燃料的能力。它也同样可以用来查看嵌入在金属结构中的塑料密封件或润滑剂。某些材料的衰减程度有时取决于中子能量，快中子或热中子，铁的情况就是如此。

中子射线照相包括将一个物体放在中子束的路径上，并测量投射到中子探测器上的物体的阴影图像，通常由与CCD或EMCCD相机光学耦合的闪烁体组成。中子断层扫描技术更进一步，需要旋转光束中的样品，并通过180°的角度范围记录多个2D图像。从数据集中，可以构造一个通过对象的3D表示。图1显示了一个典型的系统设置。

中子射线摄影/断层摄影的相机解决方案

传统上，CCD被用作中子断层扫描成像相机。安铎科学系列的成像相机具有极低的噪声，-100°C冷却和最高QE，可提供最佳性能。

然而，对于一些中子探测应用，例如实时动态过程，CCD的限制可能是3-5 MHz的有效读出速度。万博电脑网页版登录尽管由于前面提到的特性，这对于监视静止物体或缓慢进程仍然非常有效。

对于更快的取景要求，或执行更快的3D断层扫描(或4D (3D +时间))，需要采取不同的方法来选择相机。

Neo sCMOS就是这样一个相机选择，提供低噪音，目标视野和100全帧每秒速度更快的兴趣较小的区域。如果应用程序还要求单光子灵敏度，则应选择EMCCD探测器。

EMCCD探测器提供> 90%的QE，以及> 30帧/秒的单光子灵敏度。EMCCD增强的灵敏度和速度为跟踪更快的3D断层扫描打开了大门。获得的EMCCD克服了系统固有的光学损耗。

图2中的QE曲线和表1中列出的相机显示了中子断层扫描的一些可用选项。

图2所示。量化宽松曲线的选择

案例研究

无损检测(NDT)

图3展示了瑞士苏黎世瑞士国家博物馆展出的著名青铜雕塑“塔尔维尔的墨丘利”的虚拟切片。借助于中子层析成像技术，可以完全无损地研究铸件内部结构和铸件失效。中子是必需的，因为常用的x射线不能穿透这种含有大量铅的合金。

瑞士Paul Scherrer研究所NEUTRA设备的中子断层扫描。图片由中子星设施的Eberhard H. Lehmann提供。

图3 -来自Thalwil的美居

现场测试

图4显示了一个喷头，它包含一个充满液体的管子。在安装时现场检查了其周围的密封圈，以确保质量和功能检查。与周围的金属结构相比，橡胶和液体的中子对比度很高。

图4 -通过喷头的横截面。

研究有机物质

图5为一只蟹的外形尺寸为20厘米，我们对其进行了调查，观察其壳内的内部器官。中子对有机物质有很高的对比度。

图5 -一只露出壳内的螃蟹。