高能x射线探测器射线串扰模拟研究

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1、第28卷第12期核技术Vol.28,No.122005年12月NUCLEARTECHNIQUESDecember2005高能X射线探测器射线串扰模拟研究周日峰张平张泽宏（重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心重庆400044）摘要探测器的串扰噪声会对探测器的信噪比以及高能工业CT的图像质量产生很大的影响。本文利用EGSnrc程序模拟估算了CdWO4探测器模块的串扰噪声，并初步分析比较了影响探测器模块串扰噪声的各种因素。对在实际中选用和设计探测器模块有一定的指导意义，同时为利用软件修正探测器串扰噪声提供了理论计算参数。关键词EG

2、Snrc程序，射线探测器，串扰噪声，X射线中图分类号TP391高能工业CT主要用来对高密度、大工件进行无损检测。此类工业CT一般用电子直线加速器作为射线源，能量从几兆电子伏至十几兆电子伏，采用线性探测器的高能工业CT，探测器数目一般较少，扫描时间都很长。近年来，为了提高扫描速度以及空间分辨率，人们采用截面很小、探测器密度较大的探测器阵列。但探测器密度愈大，X光子能量愈高，所带来的探测器间的串扰影响愈大。有关探测器之间的串扰噪音对高能工业CT图像的影图1探测器串扰噪声产生示意图[1-3]响，很多文献都进行了描述。它既降低了探测器Fig.1Ou

3、tlineofthedetectorcross-talknoise的信噪比，同时也会在图像的边缘产生伪影。2EGSnrc程序模拟估算1探测器串扰噪声的物理机理由于X射线与物质的相互作用过程十分复杂，X光子入射到介质中时，与该介质原子的电子、故探测器之间的串扰噪声量通过理论计算几乎不可带电粒子（原子核和电子）周围的电场以及与周围能。同时因为探测器体积很小，相隔之间距离又很的介子场发生作用。这4种相互作用可导致X光子近，因此实验测量也非常困难。目前最理想的方法全吸收，或者发生弹性（相干）散射或非弹性（非是通过蒙特卡罗方法进行计算机模拟[5]。相

4、干）散射。而每种相互作用的最主要结果有3种：本文利用的EGSnrc程序包是NationalResearch[4]光电子效应、康普顿散射和电子对效应。这3种CouncilofCanada近来推出的蒙特卡罗模拟程序版效应所产生的光电子、散射X光子、反冲核、湮没本。相对于以前的EGS程序版本它在输入输出上作光子等，要满足动量守恒和能量守恒的条件，其运了很多改进，尽可能多地利用了相同的I/O函数和动方向必然会偏离入射X光子的方向，如图1所示。一些共公共函数代码，同时由于能在Windows平台从图1中可以看出，经准直了的X射线束入射到探上运行，因此界

5、面非常友好，各种参数的设置修改测器1上，其中一部分光电子、散射X光子等会穿非常方便。过隔离层被相邻的探测器2、3、4等收集到，这些本文所模拟的探测器模块结构如图2所示。各探测器会产生一个相当于本底的输出量。这个输出探测器的闪烁体为CdWO4，规格为：30mm×5mm量，即称为探测器间的信号串扰噪声。探测器串扰×0.8mm。各探测器之间的隔离层距离相等，材料噪声会影响到探测器的信噪比，过大时甚至会引起为铅（Pb）或钨（W），主要用来隔离电子和散射光探测器完全不能工作。子，厚度为0.01、0.5、1、1.5、2.0、2.5mm几种。——————

6、————————第一作者：周日峰，男，1972年出生，2000年于重庆大学获理学硕士学位，主要从事核物理与核技术应用研究，讲师收稿日期：2004-09-10，修回日期：2005-01-11938核技术第28卷图2EGSnrc模拟的探测器阵列Fig.2DetectorarrayusedintheEGSnrcsimulation图3串扰噪声与隔层(钨)厚度关系曲线Fig.3Quantityofcross-talknoiseversuswidthofX射线束入射第一个探测器上，射线束横截面为tungstenshield20.8、1.5、2.5、3

7、.0、4.0mm。射线源利用EGSnrc的Varian10MeV加速器的能谱，其X光子的平均7能量为2.26MeV。模拟的抽样数设为1×10。3模拟结果及分析2图3为入射的X射线束横截面为4.0mm时各个探测器的串扰噪声随着隔离层(钨)的厚度变化曲线。从图3中可以看出，对于规格为：30mm×5mm×0.8mmCdWO4闪烁体探测器，如果不用隔离层，相邻第一个探测器的串扰噪声可达9%以上。如此大的串扰噪声，将对图像质量产生很大影响。随着图4串扰噪声与X射线束截面积关系曲线隔离层的加大，串扰噪声明显下降。当隔离层厚度Fig.4Quantityo

8、fcross-talknoiseversusX-rayarea为0.5mm时，相邻的第一个探测器的串扰噪声下降至1%左右，相邻第二个探测器降至0.5%以下。但隔离层大于0.5mm