连续谱X射线在ICT中的散射修正

　　X射线工业计算机断层扫描成像技术(X-ICT)中,连续谱X射线在穿过物质时,与物质发生相互作用,产生各种散射光子。在透射式ICT中,未经作用的透射光子为有用信息,而各种散射光子也可穿过物质进入探头,有用信息连同散射光子一起进入探头形成伪影,因此必须进行散射修正。

　　笔者利用X射线透射物质时光子散射的Compton散射强度方程,建立了连续谱X射线在ICT中的散射修正模型及其修正方法,为有效去除X光子散射问题造成的图像伪影提供比较完善精确的修正模型和修正方法,为散射问题的软修正提供新的精确修正方法。

　　1　连续谱X光子散射修正模型

　　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^[1],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,需用轴角编码器将圆周等分成N个分度。

　　如图1所示,假定X射线源为理想单色、零聚焦点源,图中φ为射线源与探测器连线与水平线夹角,为散射点连线与水平线夹角。在t~t+dt时间内工件处于第l个分度,l=1,2,…,N,从点放射源O点发出X光子,沿r射入工件,在S(r,)处发生Compton散射,如前所述,不考虑本底和多次散射,也不考虑Compton散射光子能量变化引起的线性衰减系数的变化,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),由Compton散射强度方程表示为

　　式中　I0———辐射源强度(光子数)

　　r———点源到散射点S(r,)的距离

　　ne———物质平均电子密度

　　P(E,θ)———入射光子被散射到立体角dΩ内的每个电子的微分截面,即Klein-Nishina微分散射截面^[2,3]

　　dΩ=2πsinθdθ

　　E———X射线源的能量

　　μ———待测样品对入射光子的线性衰减系数

　　μ1———待测样品对一次散射光子的线性衰减系数

　　d0———入射光子在工件中通过的路径

　　d1———散射光子在工件中通过的路径

　　dΩD———探测器有效控制体积所张立体角

　　dv———被测样品的有效作用体积

　　η———探测效率,由于其值很高,应用中作为常数

　　δ(θ)———微分的散射截面

　　r0———经典电子半径

　　r0=2.818×10^-13cm