FTO客体3m闪光照相的Monte-Carlo研究

    本文探索FTO客体闪光照相中X光输运全过程的数值计算。FTO是由一组同心球层组成的静态高密度客体[1~3],计算层次是:Monte-Carlo法求1m处照射量;空载系统下,记录平面的照射量空间分布;仅含前锥的照射量空间分布计算;含前锥和客体系统的完整计算;全系统(包括客体和前后锥)的完整计算。

    在得到总照射量的空间分布以后,利用设定的H&D曲线,将此分布转换为底片光学密度的空间分布D(x,y)。此转换的目的有二:首先使用剥层分析法来确定在含能谱影响以及散射影响情况下客体或线吸收系数的一维分布,然后利用散射扣除技术扣除散射影响。其次,利用所得到的光学密度分布得到计算机合成闪光图像,以便与实验中直接得到的闪光图像进行定性比较。

    1 照相位形和参量FTO客体闪光照相的布局[4]

    闪光照相系统以纵向坐标轴为光轴,以光源中心为原点,客体中心位于200cm处、后锥顶点位于270cm处;底片位于300cm处。前后保护锥纵向厚度分别是3.5cm和5.5cm。前锥主要起保护光源的作用,对底片的散射影响可以忽略不计。闪光机的参量是:电子束半径Rb=1.2mm,归一发射度En=600cm#mrad,1m处的有效照射量X1=142mC/kg(550R)。FTO是一维球对称客体,结构很简单:中心部分有半径为1.0cm的空腔,空腔外是外半径为4.5cm的钨球层,最外面是半径为6.5cm的铜球层。

    2 光源的解析近似

    由电子束的发射度和等效直径抽样确定每个样品电子的击靶参数(方向8n和位置rn),使用Martin公式[5,6]得到每个样品电子击靶时正前方1m处r方向的照射量局部角分布f(Hn)为

f(Hn) = exp(- WeHn/0.667P) (1)

    式中:We是电子束能量,单位MeV;Hn是r-rn与8n之间的夹角,单位(b)。样品电子产生的最大照射量为dX0,则1m处极角H处的照射量应是所有样品电子在该处的照射量之和,即

    式中:Ne为样品电子总数;XM为1m处H=0的照射量。照射量的角分布f(H)由图1给出。图2给出了源光子能谱抽样结果,Un为光子能通量。

    轫致辐射光子能通量谱是经典的,它直接从电子的轫致辐射微分截面和轫致辐射总截面得到[7];不难将能通量谱改造成为光子通量谱,便于Monte-Carlo法抽样。通量能谱Sk为

    3 数值模拟结果

    由Martin公式计算的1m处的照射量为224.5mC/kg,经发射度、能谱和靶厚修正后分别为117.9,88.4和81.4mC/kg。对该系统在仅有光源和记录平面的情况下进行Monte-Carlo模拟的结果为85.4mC/kg。这说明由(2)式得到的1m处照相量与Monte-Carlo模拟结果相近,能真实反映实际情况。