X射线ICT检测中康普顿散射效应的影响与修正

　　X射线工业计算机层析检测(ICT)是采用X射线源进行无损检测的先进装置,其射线源能量<1.022MeV,因此X射线与物质的作用主要是光电效应和康普顿(Compton)散射效应,电子对效应可忽略。所以,X射线的总线性衰减系数μ_tot由光电效应μ_ph和Compton散射效应μ _c组成[1],即

　　μ_tot=μ_ph+μ _c        (1)

　　由于一般工件的密度较大,光电效应的电子射程太短,可认为被工件全部吸收,Compton散射效应产生的Compton电子的能量不是很大,射程太短,所以也忽略不计。在透射式ICT中,未经作用的透射光子为有用信息,而Compton散射光子可穿过物质进入探头,与有用信息一起形成伪影,因此必须对Compton散射进行修正。

　　1　散射修正公式推导

　　由于电磁相互作用的耦合系数α=1/137,电子光子的二次散射截面为其一次散射截面的10^-4倍,因此只考虑一次散射。在ICT中要获得M×N阵列的断面图像,则应有M个等效探头,如令工件自转,需要用轴角编码器将圆周等分成N个分度[2]。

　　如图1所示,假定X射线源为理想单色、零聚焦点源,在t~t+dt时间内工件处于l个分度(l=1,2,…,N),从点放射源零点发出X光子,沿距离r射于工件,在点S(r,)处发生Compton散射,不考虑本底和多次散射,在工件的有效作用散射体积内,沿散射角θ方向产生的散射光子到达探测器的强度I(θ),可由Compton散射强度方程表示为^[3,4]

　　式中　I ₀———辐射源强度(光子数)

　　r———点源到散射点S(r,)的距离

　　n _e———散射体积元dv内平均电子密度

　　N _a———阿伏伽德罗常数

　　Z———工件材料原子序数

　　ρ———工件密度

　　A———工件原子质量数

　　P(E,θ)———Klein-Nishina微分散射截面^[5,6]

　　dΩ=2πsinθdθ

　　r ₀———经典电子半径

　　r ₀=2.818×10^-13 cm

　　a ₀=E ₀mc ²

　　E ₀———入射光子的能量

　　mc ²———电子静止质量

　　mc ²=0.551MeV

　　d ₀———入射光子在工件中通过的路径