中子全息成像技术初步研究

Neutron holography is an imaging technique permitting the three-dimensional reconstruction of the micro-structure of the original sample by using monochrome neutron beam. Neutron holography is able to penetrate deeply into matter with high resolution, and is applicable to the micro-structure investigation of a wide variety of hydrogen-containing compounds and neutron-absorbing isotopes doping crystals, In contrast to X-ray and electron holography techniques which are based on similar principles, the limited intensity of neutron source and the difficulties on beam modulating creat obstacle in neutron holography experiments, thus the hardwares and recontruction methods need to be improved for wider applications. A primary study of recontruction methods and critcal experiment parameters (such as neutron energy selection，energy resolution, beam variation, statistical noise and sampling frequency) is proposed in this project by simulation and experiments. Research reactor can provide high quality neutron beams，we hope this research can be helpful for future works on instrument construction and applications of neutron holography.

中子全息成像是利用单能中子获得样品内原子三维排列结构的无损检测技术，具有穿透性强、误差小、精度高的特点，适用于含氢晶体和部分同位素掺杂晶体的微观结构检测。中子全息术与基于硬X射线和电子等的微观全息术相比，在原理方面有共通之处，但实验上受制于源强和束流调制技术的不足，在硬件设计、重建算法及应用等方面还有待于进一步的发展。本项目拟针对中子全息成像自身的特点，开展前期技术研究，基于数值模拟技术研究中子全息术的记录和重建方法，明确中子能量、单色性、束流波动性、统计噪声、采样频率等参数对成像质量的影响，并基于现有谱仪开展部分实验验证，初步掌握实验流程和数据处理方法。研究堆是中子全息成像较为理想的中子源，本单位具备发展和应用该技术的有利条件。本项目的顺利开展将为进一步的谱仪建设和中子全息技术应用提供支持。

中子全息成像是利用中子获得样品内原子三维排列结构的无损检测技术，具有穿透性强、误差小、精度高的特点，适用于含氢晶体和部分同位素掺杂晶体的微观结构检测。中子全息术与基于硬X 射线和电子等的微观全息术相比，在原理方面有共通之处，但实验上受制于源强和束流调制、测量技术的不足，在装置参数、重建算法、实验设计等方面都有所区别，国外中子全息成像技术也处于快速发展阶段，而国内受条件限制，一直没有开展相关研究。. 项目针对中子全息成像的特点和中国绵阳反应堆谱仪条件，开展前期技术研究，包括中子全息成像的数值模拟研究、中子全息成像的重建算法研究，中子全息成像的关键参数研究，中子全息成像实验研究等。通过本项目研究：明确了中子能量、单色性、统计噪声、采样频率等参数对成像质量的影响，确定其最优选取原则或选择范围；针对三轴谱仪和四圆衍射等谱仪特点设计了相应的实验采集和重建算法，并基于反应堆实验条件开展了优化设计；开展了基于反应堆的多重能量中子全息成像可行性研究，可以通过三至四次不同能量的全息测量，获得较理想地，去除孪生像等伪影的重建结果；利用中国绵阳研究堆高分辨衍射谱仪开展了国内首次中子全息成像实验，成功重建出Pd-H晶体中Pd原子的占位信息，且结果与模拟预期一致，部分验证了前期的数值研究结论。. 项目研究明确了绵阳研究堆开展中子全息成像实验的可行性，并为下一步谱仪优化和实验工作奠定了基础。