γ射线及其应用

γ（伽玛）射线的应用，是原子能和平利用的一个组成部分。1895年伦琴发现X射线，次年即发现X射线对微生物有杀灭作用，于是人们很快就利用射线来杀死食品中的病原微生物和昆虫，进行食品加工储藏的研究。γ射线和X射线本质上是空间运动着的光子，与光和电磁波完全一样，都是电磁辐射。从1943年美国麻省理工学院首先用射线对汉堡包辐照处理的研究开始，经过几十年的研究发展，在理论和实践上逐渐趋于成熟，形成了一门新兴产业——辐照加工业。它的应用已经渗透到国民经济和社会生活的各个领域， 特别是在工农业、医疗卫生和生物学方面取得了巨大的成果和效益。     

大功率辐照加速器X射线转换靶设计

为完成可用于木材辐照检疫的大功率辐照加速器项目,设计了其中的X射线转换靶.通过理论分析和Monte Carlo方法模拟计算了几种常用靶材(Au, W, Ta, Cu)的X射线光子剂量产额与靶厚的关系.在确定了各单质靶最佳靶厚的基础上,进行了多层复合转换靶的结构研究.在保证光子剂量产额较高的前提下,兼顾转换靶的冷却效果,选择设计了两种分别以Ta和W为主靶材料、不锈钢为基底的复合靶方案.不锈钢基底中间设置3条水道,在冷却的基础上可对产生的X射线能谱进行硬化.这两种复合靶的热分布计算及产生的X射线均匀性均可满足实际工程的需要.     

X射线质量厚度测量研究

拟合了能量在200 keV以下的中低能光子质量减弱系数的实验数据,发现基于光电效应,瑞利散射和康普顿散射的半经验公式能够精确地模拟光子质量减弱系数的实验数据.计算了X射线管发出的连续能谱X射线经过吸收片过滤后的能谱分布,发现能谱呈峰形.将它用作物质的透射模拟实验,发现在一定厚度范围内,它与某单能光子的强度减弱规律相同而等效.利用拟合求得的减弱系数半经验公式,求出并讨论了这一等效能量的数值和规律.讨论了X射线束的光电流和光子计数两种探测方式,计算发现经过低能过滤后的X射线,两者都能够反映强度减弱规律.进行了吸收实验,证明低能过滤X射线束的能量探测的确可以用来进行物质的质量厚度测量.     

HBL天体中X射线和γ射线辐射研究

利用幂律函数关系F_(γ-ray)∝F_(X-ray)~(c/s)研究了HBL天体Mrk 421的X射线和γ射线辐射流量间的相关系数.研究结果表明:(1)对HBL天体而言,X射线和γ射线的辐射机制可以用均匀自康普顿(SSC)模型来解释,即X射线源于同步辐射,同步辐射过程中产生的软光子和高能电子之间发生逆康普顿散射,产生了γ射线;(2)X射线能段范围会影响到幂律关系式中指数c/s的大小.     

中子元素分析中干扰γ射线屏蔽研究

用中子发生器做中子源进行元素分析时,在辐照所测元素的同时,中子发生器组成材料、中子防护材料及探测γ射线装置都产生相应的γ射线,这些γ射线会对实际测量元素产生干扰.通过在中子发生器和探测器之间加铅可以屏蔽来自中子发生器一侧的γ射线.实验表明:当铅层厚度为80 mm时屏蔽效果最佳;用中子进行含C,H和O等元素的分析时,加铅层提高了测量精度.     

宇宙γ射线爆的恒星“耀斑”模型

对宇宙γ射线爆提出了如下的模型:宇宙γ射线爆发类似于太阳耀斑过程,但猛烈程度大得多;爆发时贮存在“耀斑”内的磁能转化为电子的动能;大量的高能电子在一个很短的时间内从“耀斑”飞出;这些高能电子在通过恒星周围的光子气体时,与光子气体相互碰撞,产生逆康普顿光子,形成γ射线爆。根据这一模型推导了γ射线爆的时间轮廓、能谱等的表达式,并对1972年4月27日事件作了应用。计算结果表明:在磁白矮星和O、B型热星上都可能出现γ射线爆。     

γ射线辐照降解壳聚糖的研究

采用γ射线辐照分子量为４５０ｋｄ天然壳聚糖溶液,分析了辐照强度及辐照时间与降解产物粘均分子量,还原糖分子及分子量均一性之间的关系,并通过分级得到了若干平均分子量的低聚壳聚糖,结果表明,降解产物粘均分子量及还原糖分子量随着辐照强度及辐照时间的增加而减小,并且降解产物分子量的均一程度随着辐照剂量的提高而提高。     

X射线连续谱的量子解释

以量子理论为基础,从金属的能带结构和高能电子对原子内层轨道电子的相互作用出发,阐述了X射线连续谱的产生机理及X射线的量子极限条件,使X射线的特征谱和连续谱的产生机理有了一个统一的解释.     

X射线吸收剂量的蒙特卡洛计算

采用蒙特卡洛程序MCNP计算了介质水对于不同能量X射线的能量吸收系数,并给出了相应的光子通量-剂量转换因子,可用于辐照事例中对于薄膜剂量片测试结果的模拟计算,从而实现对实际照射环境的蒙特卡洛模型优化,以获得照射对象较为准确的吸收剂量计算结果.     

γ-射线辐照法处理剩余活性污泥的试验研究

采用γ-射线辐照法对城市剩余活性污泥进行处理,探讨了γ-射线辐照对污泥理化性质的影响.试验结果表明,在吸收剂量为0~15 k Gy范围内,污泥的p H和ORP没有显著变化,不会对污泥后续处理处置带来不利影响.污泥碱度有所提高,沉降—浓缩性和离心脱水性得到明显改善,TS、VS、TSS和VSS均有所下降,表明γ-射线可以破解污泥细胞组分,有利于污泥减量.     

Gamma射线天文学及寻找来自脉冲星和其它活动星系核的Gamma射线短期暴发及稳定发射的最新结果

近期来，我们利用羊八井空气簇射阵列探测了来自几个脉冲星和15个活动星系核（AGNS）的10Tev能量的γ－射线短期暴发和稳定发射，对于每一个探测源，从其流强的上限到连续流强，其署信度水平达到95％，说明实验数据及其分析数据的方法均是可靠的。实验得到了非常重要的物理结果，并与周期卫星ComptonGRO的结果进行了比较。这些重要的结果不仅对γ－射线天文学本身的发展起到了重要的作用，并且还将提供坚际背景光子场的强度等宇宙学所关心的基本概念。     

TeV耀变体的高能伽玛射线辐射研究

基于双幂率电子谱,考虑了源内极端相对论性电子的逆康普顿散射过程和源外极端相对论性质子与背景光子相互作用(pγ相互作用)对高能伽玛射线辐射能谱的贡献。结合Fermi-LAT最新的观测结果,假定一个合理的电子谱和质子谱,将模型应用于TeV耀变体PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱。研究结果表明,上述过程能产生PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱,且pγ相互作用产生的次级辐射对高能伽玛射线能谱有明显的贡献。     

地质环境中放射性锆英石的结构演变及抗γ射线辐照能力

为研究放射性核素固化介质备选矿物锆英石随地质年代演变的结构变化及抗γ射线辐照能力,以内蒙古白音宝力道花岗斑岩产出的锆英石(439.8±4.3 Ma)为研究对象,利用60Co源γ射线辐照装置对其进行γ射线辐照,借助多功能显微镜、阴极发光、背散射电子、电子探针、粉末X射线衍射、激光拉曼光谱和红外光谱等表征手段对γ射线辐照前后样品的物相、结构和微观形貌进行观察与分析,并对样品产出的地质背景和化学成分进行了研究。结果表明:内蒙古白音宝力道花岗斑岩所产出的锆英石系岩浆成因,经约4.4亿年的地质演变后,对UO2和ThO2的包容量仍为0.5798%,晶胞参数较标准样品发生了10-3nm量级的微小变化。样品经576 kGy的γ射线辐照后晶胞参数较辐照前发生了10-4nm量级的微小变化。说明锆英石在包容一定量U和Th的情况下具有较好的抗γ射线辐照能力,结构稳定。     

γ射线对Ge-As-Se硫系玻璃的辐照效应

对Ge-As-Se玻璃系统,进行了高能γ射线辐照试验。结果表明:辐照使样品的密度(ρ),热膨胀系数(α)和光学带隙(Eopt)等参数产生了变化,并与组成有关。样品的组成为化学计量比时,其辐照灵敏度与As2Se3含量具有线性规律,而非化学计量比组成的样品无明显规律性关系。这是γ射线引起玻璃化学键和结构变化而产生的效应。硒化物硫系玻璃在作为剂量计材料应用方面具有良好的前景。     

小射野条件下高能和低能X射线在非均匀介质中的剂量特性的比较研究

利用蒙特卡罗方法模拟计算了临床上常用的高能(15 MV)和低能(6 MV)点源光子束在有限宽非均匀模体中的沉积能量,研究了不同射野条件下中心轴上的剂量分布,并用剂量扰动因子(DPF)定量分析了剂量增强或减弱效应的强度.模拟结果表明在小射野情况下,异质组织界面处出现了较大的剂量跃变,剂量扰动效应的强弱程度取决于射线的能量、射野的大小和模体介质的不同等多种因素,高能X射线条件下的剂量扰动效应大于低能X射线条件下的剂量扰动;在入射X射线能量相同的条件下,剂量扰动效应随射野尺寸的减小而增强,并呈现一种非线性关系.     

反常X射线脉冲星可能的高能辐射

 利用新的外间隙模型研究了反常X射线脉冲星可能的高能辐射.在该模型中,考虑了磁场几何效应对高能辐射的影响,同时利用平均半径〈r〉处的外间隙大小表示外间隙的特征大小,〈r〉是磁倾角α的函数.这样外间隙大小可以表示为f(P,B,〈r〉(α)),它是周期P,磁场B和平均距离〈r〉的函数.利用该模型计算了反常X射线脉冲星的γ射线的光度和流量,并与以前的计算结果进行比较,分析了考虑磁场几何效应所产生的结果.最后利用该模型计算了几颗典型反常X射线脉冲星(如:4U 0142+615(AXP 0142+615),1E 1841-045,PSR J1809-1943)可能的高能辐射.     

中成药中短小芽孢杆菌对γ射线敏感性研究

通过对3种剂型中成药中短小芽孢杆菌的存活数与辐照剂量关系的研究,建立了3种剂型中成药中短小芽孢杆菌的存活数与辐照剂量的数学模型,确定了3种剂型中成药中短小芽孢杆菌的D10值,并对影响辐照灭菌剂量的因素进行了讨论.结果表明:3种剂型中成药中短小芽孢杆菌对γ射线敏感性不同,小活络丸中短小芽孢杆菌对γ射线敏感性较高,鼻炎片中短小芽孢杆菌对γ射线敏感性次之,松刚益肝丹中短小芽孢杆菌对γ射线敏感性较低.     

X射线安全检查技术

近年来,受航空安全等需要的驱使,X射线安全检查技术迅速发展,已成为国际上广泛采用的安全检查技术。目前,常用的有X射线透射法、双能X射线检测法、X射线散射法及X射线CT等技术。双能X射线＋背散射检查设备可提供更丰富的被检物信息,尤其对浅表层的有机物检查灵敏度很高,适合在高安全等级的环境使用或应用在多级检查中。     

一种新型X射线安检图像增强算法

针对X射线安检图像噪声大、对比度低和边缘不清晰等特点,提出一种基于对比度受限自适应直方图均衡化(CLAHE)变换和图像灰度最大值融合的双重能量X射线图像增强算法。首先,应用CLAHE变换分别对高能和低能X射线图像分别进行处理得到初步增强结果;然后采用空域灰度值最大融合算法融合经过CLAHE变换后的高能和低能X射线图像从而得到最终增强X射线图像。实验结果表明该算法能更有效地提高双重能量X射线图像的对比度,显著改善图像质量。     

X射线连续谱的量子解释

以量子理论为基础，从金属的能带结构和高能电子对原子内层轨道电子的相互作用出发，阐述了X射线连续谱的产生机理及X射线的量子极限条件，使X射线的特征谱和连续谱的产生机理有了一个统一的解释。