1 中国科学技术大学物理学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,强场激光物理国家重点实验室,中国科学院超强激光科学卓越中心,上海 201800
3 扬州大学物理科学与技术学院,江苏 扬州 225009
4 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 200031
逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源,具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出,应用前景十分广阔。首先,总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展,并分析了设计重点;最后,介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。
超快激光 激光等离子体电子加速 全光逆康普顿散射源 新型辐射源
1 上海师范大学物理系,上海 200234
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展,飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件,使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴,催生了大量新原理、新现象,推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理,该技术的加速梯度可达100 GV/m,相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上,可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束,极大地降低了加速器的成本,为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展,并对未来进行了展望。
激光光学 激光尾波场 电子加速 能量啁啾 betatron辐射 逆康普顿散射 自由电子激光
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
3 重庆工商职业学院电子信息工程学院,重庆 400032
X射线荧光CT(XFCT)是X射线CT与X射线荧光分析相结合的新型成像方式,可用于探测被修饰后的纳米金颗粒在肿瘤内部的分布及质量分数,在早期癌症诊疗方面具有较好的应用潜力。如何抑制XFCT成像的康普顿散射噪声是当前的热点问题。本文基于深度学习方法,通过卷积神经网络学习图像中的噪声分布规律,从而抑制噪声。基于此,提出了一种基于噪声水平估计和卷积神经网络的XFCT去噪网络(NeCNN)算法,该算法运用噪声估计子网络及去噪主网络进行去噪。估计子网络通过去噪卷积神经网络(DnCNN)估计噪声水平并初步降噪,随后将估计结果输入去噪主网络——全卷积神经网络(FCN)用于学习康普顿散射的分布规律,同时为兼顾局部与全局最优解采用均方误差(MSE)及结构相似度(SSIM)作为损失函数。数据集通过Geant4软件模拟扫描填充各种金属纳米颗粒(Au、Bi、Ru、Gd)的空气模体及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模体来获取,且设置不同入射X射线的强度,以此模拟不同噪声水平,增强模型泛化能力。实验结果表明,与三维块匹配滤波(BM3D)及DnCNN算法相比,NeCNN算法的去噪结果最优,其SSIM为0.95066,峰值信噪比(PSNR)为29.01558,图像质量提高最为显著。
X射线荧光CT 康普顿散射 噪声估计 NeCNN算法 光学学报
2023, 43(20): 2034001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Department of Physics, Shanghai Normal University, Shanghai, China
Laser-accelerated electrons are promising in producing gamma-photon beams of high peak flux for the study of nuclear photonics, obtaining copious positrons and exploring photon–photon interaction in vacuum. We report on the experimental generation of brilliant gamma-ray beams with not only high photon yield but also low divergence, based on picosecond laser-accelerated electrons. The 120 J 1 ps laser pulse drives self-modulated wakefield acceleration in a high-density gas jet and generates tens-of-MeV electrons with 26 nC and divergence as small as $1.51{}^{\circ}$ . These collimated electrons produce gamma-ray photons through bremsstrahlung radiation when transversing a high-Z solid target. We design a high-energy-resolution Compton-scattering spectrometer and find that a total photon number of $2.2\times {10}^9$ is captured within an acceptance angle of $1.1{}^{\circ}$ for photon energies up to $16\;\mathrm{MeV}$ . Comparison between the experimental results and Monte Carlo simulations illustrates that the photon beam inherits the small divergence from electrons, corresponding to a total photon number of $2.2\times {10}^{11}$ and a divergence of $7.73{}^{\circ}$ .
bremsstrahlung Compton scattering gamma-ray beam laser-electron acceleration spectrometer High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e26
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院, 核科学与技术系, 江苏 南京 211106
2 内蒙古自治区计量测试研究院, 内蒙古 呼和浩特 010030
3 北京师范大学核科学与技术学院, 射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
4 兰州大学核科学与技术学院, 甘肃 兰州 730000
了解尾矿浆中的重金属元素含量能为矿物浮选提供决策依据, 不仅可以提高矿物的利用率, 还可减少环境污染。 X射线荧光光谱法是一种常用的重金属元素分析技术, 对于地质类样品的分析, 康普顿散射内标法是一种常用的定量方法。 但对于薄层沉积样品, 其康普顿散射峰强度会受到支撑滤膜的散射影响。 由于样品紧密附着在支撑滤膜上, 难以直接获得来自样品本身的康普顿散射强度, 不利于直接应用康普顿散射峰强度进行定量分析。 以尾矿薄层样品为分析对象, 研究了不同聚丙烯滤膜厚度对康普顿散射峰强度的影响, 并对薄层样品的康普顿散射强度进行了校正。 实验结果表明, 在0.34~3.06 mm厚度范围内, 康普顿散射峰强度随聚丙烯滤膜厚度的增加线性增加, 通过建立探测器获得的总康普顿散射强度与滤膜厚度的线性关系, 计算出样品的净康普顿散射峰强度。 为验证该修正方法的可靠性, 利用蒙特卡洛方法模拟研究了无滤膜的尾矿样品和带有不同厚度滤膜的尾矿样品, 结果显示经滤膜厚度影响修正后的净康普顿散射峰强度与无滤膜样品康普顿散射峰强度基本一致, 相对偏差为0.41%。 同时通过实验和模拟计算了0.34 mm厚聚丙烯滤膜时修正后的净康普顿散射峰强度占总康普顿散射峰的比例, 分别为91.31%和89.91%, 二者基本一致。 最后, 利用了上述基于滤膜厚度康普顿散射影响的校正方法, 建立了基于康普顿散射内标法的定量校准曲线, 对两种尾矿浆中的Cu, Zn和Pb元素的定量分析结果显示, 未经滤膜厚度修正的康普顿内标校正相比校正前, 部分元素定量结果与ICP-OES结果相比, 其相对偏差反而增加3.18%~9.00%。 而经滤膜厚度修正的康普顿内标方法的定量结果与ICP-OES结果的相对误差在1.14%~11.15%之间, 相比于校正之前, 相对偏差减少了0.30%~8.97%。
偏振X射线荧光光谱分析 尾矿浆 康普顿散射 定量方法 Polarized X-ray fluorescence spectrometry Tailingslurry sample Compton scattering Quantitative method
强激光与粒子束
2023, 35(1): 012008
强激光与粒子束
2023, 35(1): 012007
强激光与粒子束
2022, 34(10): 104010
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210734