Z-pinch驱动靶丸聚变过程中子半影成像诊断的几个关键科学问题研究

在我国惯性约束聚变大科学工程背景下，开展Z-pinch 驱动靶丸聚变中子时空信息图像诊断技术应用基础研究，为国家靶丸聚变试验做必要的技术储备。在已有相关研究基础上开展以下诸项研究：以聚合物基复合材料为原材料开展Z-pinch半影针孔优化设计与工艺研究，为成功制造出半影成像针孔开辟一条经济而实用的新技术途径；研究采用半影针孔后屏蔽体限束方法大幅度提高成像系统量程动态范围，以实现大尺度Z-pinch驱动靶丸聚变的边缘检测，从而为判断聚变等离子体稳定性提供可靠的实验依据；研究液体闪烁光纤阵列的优化设计方法和制造工艺，解决质子串扰和Z-pinch 驱动靶丸聚变存在的高X射线本底条件下的中子甄别等问题；开展基于神经网络模型的系统辨识方法研究，以解决在成像系统点扩散函数未知条件下的图像重建问题；建立基于遗传算法的时空交汇重建算法，为实现Z-pinch 驱动靶丸聚变中子分幅成像奠定基础。

研究孔几何参数包括长度、半径与图像对比度、信噪比、空不变性及分辨率之间的关系。针对低源强条件下的单段孔进行设计。提出非一致型冗余编码孔阵列设计。后置屏蔽体拓展成像动态范围研究。编码孔材料对成像的影响研究。系统的本底模拟及抑制措施研究。. 研究了塑料闪烁光纤长度对探测效率、时间响应及串扰的影响。不同阵列使用高Z（EMA）对分辨率、占空比等因素的影响。对液体闪烁光纤阵列进行试罐装。. 建立了二值源图像、灰度源图像遗传算法重建方法。首次发现了二值源图像遗传算法重建方法所得重建图像上的残留水印信息。分析了残留水印的特征和呈现条件等。开展了点扩散函数未知情况下基于等效孔径的图像重建方法研究和实验验证。. 开展了系统时空耦合点扩散函数研究。完成了分幅成像正过程模拟。对时空耦合点扩散函数的准确性做出了判定。. 研究了基于“源-像对”思想应用EM算法实现成像系统点扩散函数辨识，并开展了实验验证。. 分析了成像系统中光电图像探测器件的电子噪声种类、数学模型、图像噪声类型、物理和图像降噪方法，为成像系统图像降噪提供了参考依据。. 采用Geant4对中子编码成像进行全过程建模，并完成相应软件开发。建立基于特征线追踪的中子半影成像快速计算程序。