板阵栅降散射性能初步研究

    在高能闪光照相中，散射是影响客体界面和密度信息提取的主要因素［1 －2］。为此人们对散射的性质以及如何降低散射进行了大量的研究［3 －11］，提出了一些实用的方法如采用附加准直器、增大防护锥与成像平面的距离［3，9］。然而这些方法都只能一定程度地降低散射，散射依然起着主要影响作用。一种能使散射大幅度降低的器件是 MeV 级网栅［11］。人们对多孔网栅的研究表明，它能使散射的影响达到近似忽略的程度［12］。由于直穿光线具有很好的方向性———聚焦于光源点，而散射光的飞行方向在较大的立体角内近似各向同性，如果在一块较厚的高密度材料( 例如钨) 上设计一系列聚焦于光源的孔隙，那么孔隙范围内的直穿光线可以顺利通过，而绝大多数的散射将被高密度材料阻挡，这就是多孔网栅的基本原理。美国设计出了这样的多孔网栅［13 －15］，并将它应用到高能闪光照相中，起到了很好的降散射效果。但是，多孔网栅的加工工艺难度非常高，美国已用于闪光照相的多孔网栅从设计到加工，经历了近 10 年的研制时间，造价非常昂贵。本文中，作者提出一种新的网栅设计，称为板阵栅，它的加工工艺复杂度将大大低于多孔网栅，并且具有与多孔网栅相当的降散射效果。

    第 1 节中，提出了板阵栅的设计概念，用MC 模拟了它的降散射效果; 第 2 节中，针对板阵栅( 多孔网栅) 降散射后剩余的少量散射，提出了一种扣除方法，并演示了这种方法的扣除效果; 最后是总结。

    1 板阵栅的设计及其降散射效果

    图 1( a) 给出了传统的多孔网栅的示意图，图 1( b) 则是板阵栅的示意图。多孔网栅的加工比较复杂，人们很难直接在一块 10 cm 厚度级的钨材料上钻出聚焦于光源点的微小孔径阵列，人们采用的一般方法是将多孔网栅沿厚度方向( z 方向) 分解为一系列约 6 mm 厚度的薄片［12］，分别在每个薄片加工出孔径阵列，然后把这些薄片按次序叠放在一起。不同薄片上的孔径阵列的排布是不一样的，并且还要互相关联。板阵栅的加工则可以简单很多，板阵栅可以直接沿 y 方向将许多楔形钨片以一定距离排列在一起构成。

    板阵栅相比多孔网栅，用缝隙代替了孔隙，在降散射原理上没有任何变化。当然，缝隙相对于孔隙来说多拉伸了一个维度，所以板阵栅透过的散射要比相同缝宽的多孔网栅高一些，但它依然能阻挡绝大部分散射。图 2 中给出了板阵栅的降散射 MC 模拟结果，作为对比也同时给出了多孔网栅的降散射 MC 模拟结果( 本文所有计算中，都采用 FTO 客体，计算结果归一到单个入射光子，照射量单位取为伦琴) 。板阵栅的两组结果中，horizontal 表示沿着缝的方向，vertical 表示垂直缝方向( 下同) 。MC 模拟中，板阵栅的参数取为: 网栅厚度8cm、缝宽0． 05 cm、缝间距 0． 5 cm; 多孔网栅的参数取为: 网栅厚度 8 cm、孔半径 0． 025 cm、孔间距0． 5 cm。从图 2 中可以看到，板阵栅与多孔网栅具有同一级水平的降散射效果，都能使芯部的散射降低数十倍。图 3( a) 中还给出了网栅对直穿照射量的影响，可以看到，板阵栅和多孔网栅的缝或孔中的直穿几乎不受影响。为了对直穿和散射的相对大小有一个直观印象，在图3( b) ( c) 中还同时给出了直穿和散射。