10 Lp/mm空间分辨率高能工业CT

【作者】 刘清华； 李敬； 单李军； 肖德鑫； 潘清； 刘宇； 王汉斌； 张鹏； 李寿涛； 王建新； 张德敏； 闫陇刚； 胡栋材； 张成鑫； 甘孔银； 周征； 李晓辉； 王帅华； 余勇； 陈镐； 王远； 杨兴繁； 吴岱； 黎明； 陈门雪； 胡进光； 赵剑衡；

【机构】 中国工程物理研究院应用电子学研究所； 中国科学院高能物理研究所； 中国科学院福建物质结构研究所； 中国工程物理研究院总体工程研究所； 中国工程物理研究院材料研究所；

【摘要】 高能CT作为最有效的无损检测手段之一,在国防军工、航空航天等行业的大型构件和装备精密检测方面具备重要应用价值。常规高能CT普遍采用工业加速器产生的毫米级电子束打靶产生焦斑尺寸约2mm的韧致辐射X射线源,空间分辨率限制在3.5Lp/mm以下,阻碍了其在高精度检测上的进一步应用。高能CT空间分辨率的提升亟需更先进的电子源,即一定流强下更低发射度、更低能散的高亮度电子束;辅以强聚焦透镜电子光学系统,产生高能、微焦点电子束团,进而打靶产生高能、微焦点X射线束。基于光阴极直线加速器技术路线^[1-2],中物院应用电子学研究所建造了一台高能微焦点CT系统。采用半导体光阴极、S波段加速器实现能量9 MeV、均方根能散度优于0.3%、发射度～2 mm·mrad的高品质电子束,平均电流1～120μA可调,剂量率约为1500 rad/（min·m）,并可工作在3000 rad/（min·m）。电子束通过磁透镜聚焦至横向尺寸小于100μm,轰击高速旋转钨靶转化为微焦点X射线,探测器采用自研闪烁体荧光屏和CCD光学探测器^[3-4]。使用双丝像质计开展DR成像测试（放大比～1.9）,可清晰分辨13号丝（丝直径50μm）。采用自研分辨率测试卡开展CT成像测试（放大比～1.9）,可清晰分辨10 Lp/mm （50μm）。由于闪烁体探测效率与CCD读取时间限制,CT成像时间～7 h,经过控制系统与阴极优化,系统长时剂量稳定性由4.3%提升至1.6%（标准差/平均值）,测试前后焦斑尺寸未见显著改。采用国产平板探测器时,可将扫描时间缩短至30～60 min,相比于世界最高空间分辨率的CoLoSSIS系统,该系统将9 MeV高能CT空间分辨率提高了2～3倍,扫描时间缩短了～5倍。直线加速器可通过调节微波功率调节电子束能量,因此系统可实现能量6～18 MeV快速调节切换。由于能量越高时电子束的几何发射度越低,预计更高能量下焦斑将更小,下一步,将开展系统优化实现15 Lp/mm以上的超高分辨率,并进一步开展系统小型化工作。更多还原