基于磁透镜强聚焦原理的质子能损透射成像技术理论及实验研究

In high-energy proton radiography with strong focusing magnetic lens, the energy-loss of the protons traversing the object is just a negative factor since it increases the chromatical blur. In this project we will study a new type of imaging beamline which can modulate the energy range of the imaging protons. Using this imaging beamline, the quality of proton radiography can be improved by reducing the energy dispersion of the imaging protons. By variating the energy range of the imaging protons, the information of proton energy-loss can also be obtained from the radiographic images. The project will complete the design of the lattice structure of this imaging beamline. By theoretical analysis and numerical simulation, the imaging principle and the imaging quality of proton radiography using this beamline will also been studied. A beamline for validating this imaging principle will be built on the 11MeV cycltron at China Academy of Engineering Physics. The study of this project will provide the theoretical basis for the application of this imaging principle in high-energy proton radiography.

在使用磁透镜组聚焦成像的高能质子照相系统中，质子透射客体时的能量损失不仅不能用来成像，还会增大成像的色差模糊。本课题将研究一种基于磁透镜聚焦原理的新型质子能损成像束线。使用这种成像束线进行质子照相，可以调节成像质子的能量范围，控制成像的色差模糊；此外，通过选择不同能量范围的质子成像，可以得知质子透射客体时的能量损失情况，更全面的获取客体的信息。课题将完成基于能损成像原理的质子照相聚焦成像束线设计，结合理论分析和模拟计算研究其成像原理和成像品质，并在中国工程物理研究院的11MeV小型质子回旋加速器上搭建实验束线，进行原理验证性实验。本课题的研究可为该能损成像技术在高能质子照相装置中的应用提供理论基础。

基于能量准直型聚焦成像磁透镜的质子能损透射成像（以下简称“能损成像”）是课题组在通常使用的角度准直型质子聚焦成像的基础上提出的一种新型成像原理。本课题从理论和实验两方面分析和验证了能损成像的物理原理，以及其对质子透射成像对比度和分辨率的改善作用。本课题通过理论和模拟计算分析了能量准直对于质子透射成像的影响，给出了两种具备能量准直特性的聚焦成像磁透镜的设计思路，并结合实验条件完成了11MeV低能质子能损成像实验系统的设计和搭建。通过开展11MeV低能质子能损成像验证性实验，课题组验证了能损成像原理的可行性和有效性，并结合理论分析、模拟仿真和实验数据，分析了影响能损成像品质的各种因素，课题组加深了对能损成像原理和实验技术的理解，特别是对于能量准直型磁透镜高阶项的影响有了更清楚的认识。