基于多层正交塑料闪烁光纤的中子激发辐射CT成像的研究

The main research content of this project contains: the study of the technology of multilayer orthogonal plastic scintillating fiber and High Purity Ge（HPGe）semiconductor imaging detector for acquiring the principle and arithmetic about the spatial and energy informations from detection of high energy gamma photon; The methods for realizing neutron stimulated emission computed tomograph (NSECT) and neutron absorption imaging synchronous meaurement; The development of the computing packages for the neutron transportation, neutron spatial distribution, transformation of the energy deposition to photon, and imaging reconstruction by using Monte Carlo method and Filter Back Projection method. We also study their spatial resolutions, energy resolutions, spatial sensitivities, detector quantum efficiencies and array crosstalks in imaging technology. At the meantime, we also take some image processing technology, such as pixel value adding and filter etc, to decrease noise in order to achieve the high performance NSECT technology with high spatial resolution at the level of millimeter and energy resolution about 100keV. The NSECT is possible to be another 3D imaging technology which has chemical element distinguish ability except the Magnetic Resonance Imaging (MRI). The project has application importance in many research fields such as nuclear industry, nuclear medical science, prevention of terrorism and spaceflight.

本项目主要研究内容：探索多层正交塑料闪烁光纤配合高纯锗（HPGe）半导体探测器实现高能γ光子探测获得空间和能量信息的原理和算法；研究实现中子激发辐射的计算机断层扫描成像（NSECT）与中子吸收成像同步测量的方法；开发基于蒙特卡罗方法的中子输运、能量空间分布和能量－光子转换模拟程序以及采用滤波反投影法进行图像重建的计算机软件；并在此基础上对该成像技术的空间分辨率、能量分辨率、空间灵敏度、量子探测效率以及背景噪声等问题进行研究，并同时采用叠加，滤波等去噪技术实现图像处理，从而研究出系统空间分辨率在毫米量级，能量分辨在100keV量级的高性能中子激发辐射成像技术。NSECT技术有可能成为核磁共振成像（MRI）以外的另一种具备元素识别能力的三维成像方法，有望在核工业、防恐、航天、核医学等科研领域具有广泛的应用价值。

中子的一个极其重要的特点是，它具备“识别”各种化学元素的能力，当快中子入射到物体，与其中的原子核发生非弹性碰撞时，中子可以直接激发其原子核，该原子核在退激发时则发射出带有该元素特征的γ射线。探测具有位置分辨和能量分辨的γ光谱便可对这些物体内部的各种化学元素的分布做出一个成像。本项目主要探索多层正交塑料闪烁光纤配合高纯锗（HPGe）半导体探测器实现高能γ光子探测获得空间和能量信息的原理和算法；研究实现中子激发辐射的计算机断层扫描成像（NSECT）与中子吸收成像同步测量的方法；开发基于蒙特卡罗方法的中子输运、能量空间分布和能量－光子转换模拟程序以及采用滤波反投影法进行图像重建的计算机软件；并在此基础上对该成像技术的空间分辨率、能量分辨率、空间灵敏度、量子探测效率以及背景噪声等问题进行研究，并同时采用叠加，滤波等去噪技术实现图像处理，从而研究出系统空间分辨率在毫米量级，能量分辨在100keV量级的高性能中子激发辐射成像技术。NSECT技术有可能成为核磁共振成像（MRI）以外的另一种具备元素识别能力的三维成像方法，有望在核工业、防恐、航天、核医学等科研领域具有广泛的应用价值。