Detection and Imaging of High-Z Materials with a Muon Tomography Station Using GEM Detectors
基于大气宇宙线μ子多次散射测量的μ子层析成像是一种很有前途的探测和成像技术，用于探测和成像高屏蔽的高Z核材料，如浓缩铀。这种技术可以补充目前在国际边界和港口部署的标准辐射探测门户，这些门户对高度屏蔽的核材料不太敏感。我们使用$2\times 2 \times 2 mm^3$体素在3D中对小目标进行成像，该体素具有最小μ子断层扫描站原型，该原型使用气体电子倍增器（GEM）探测器在2D中读取μ子，x-y微带间距为400微米。通过初步的电子设备，GEM探测器在两个维度上都实现了130微米的空间分辨率。在下一个基于GEM的原型站中，我们计划探测约27升的有效体积。我们目前的第一个结果读出所有1536微带的$30 \times 30 cm^2$ GEM探测器的下一个μ子断层扫描原型与最终的前端电子和DAQ系统。这构成了RD 51合作最近专门为微图案气体探测器开发的可扩展读出系统（SRS）的第一个全尺寸实现。设计的SRS和第一性能结果时读出GEM探测器。
2010-11-16 physics.ins-det
Principle Study of Image Reconstruction Algorithms in Muon Tomography
μ子层析成像是一种相对较新的射线照相方法，它利用来自宇宙射线的μ子及其多次库仑散射特性来区分材料。世界各地的研究人员一直在开发各种检测系统和图像重建算法，用于μ子断层扫描应用，如核反应堆监测和违禁品货物检查。本文研究了μ子层析成像的图像重建原理。一些流行的算法与我们的模拟数据集的实现和比较，以及未来的改进，以更好的图像质量和材料的歧视性能的一些想法。
2019-12-19 hep-ex physics.ins-det
Mountain muon tomography using a liquid scintillator detector
基于大气宇宙射线的μ子层析成像（MT）是一种很有前途的技术，适用于对山脉内部结构进行无损成像。该方法使用衰减后的测量通量分布，结合已知的μ子角和能量分布以及3D卫星图，对探测体积内的密度分布进行断层成像。μ子层析成像站（MTS）需要具有高分辨率的方向敏感探测器，以便对入射宇宙射线μ子进行最佳跟踪。球形液体闪烁体探测器由于其在整个$4π$立体角上的均匀探测效率以及其通过能量沉积的差异将μ子信号与放射性背景区分开的优异能力而成为该应用的最佳候选者之一。该探测器直径为1.3 m，已用于锦屏中微子实验。其角分辨率为4.9 °。继JNE已发表的基于该探测器的成像结果在锦屏山构造成像中的应用后，我们将其应用于地质找矿。对于海拔1~km以下的山体和参考岩石中密度为2.8~ ${\rm g}/{\rm cm}^3$的区域，这种探测器可以对密度为$\leq$ 2.1~ ${\rm g}/{\rm cm}^3$或$\geq$ 3.5~ ${\rm g}/{\rm cm}^3$的数百米的内部区域进行成像。
2022-11-08 physics.ins-det
A Volume Clearing Algorithm for Muon Tomography
主要目标是通过在决定在任何扫描点期间探测体积“V”内的区域或体素的属性方面提供独特的信息来增强μ子断层摄影图像重建能力：威胁类型、非威胁类型或不充分的数据。正在开发一种算法（MTclear），用于射线跟踪μ子轨道并计算有多少直线轨道穿过体素。如果体素“v”具有足够数量的直线轨迹（t），则“v”是非威胁型体素，除非“v”中存在足够数量的散射点（p），这将使其成为威胁型体素。该算法还跟踪没有足够信息的体素：其中p和v都低于其各自的阈值参数。我们目前的初步结果显示，该算法是如何工作的数据收集与μ子断层扫描站的基础上，由我们的小组操作的气体电子倍增器。MTclear算法在定性地确定来自探测体积的威胁可能性方面，向人类操作员或决策算法提供比由常规μ子断层摄影重建算法提供的信息更全面的信息。这是非常重要的，因为只有少量的宇宙射线源μ子通常可用于断层扫描，而快速确定威胁是必不可少的。
2014-12-19 physics.ins-det
Cosmic ray muon computed tomography of spent nuclear fuel in dry storage casks
利用宇宙射线μ子散射的射线照相术已被证明是通过重屏蔽对核材料进行成像的成功方法。特别令人感兴趣的是监测干储存桶，以防止乏反应堆燃料中所含钚的转移。使用μ子跟踪探测器，围绕一个圆柱形的木桶，宇宙射线μ子散射可以同时测量从所有的方位角，给出完整的层析覆盖的木桶内部。本文介绍了第一次应用过滤反投影算法，通常用于医学成像，宇宙射线μ子成像。通过GEANT4模拟研究了监测干贮存桶中乏核燃料的具体应用。在一个典型的乏燃料桶周围放置一个圆柱形μ介子跟踪探测器，可以在不到两天的暴露时间内以高置信度确认桶中的内容。通过移动较小的检测器以从多个角度观察桶，可以获得类似的结果。
2016-04-29 physics.ins-det
A Novel Readout Scheme for Muon Tomography Application in Material Identification
本文报道了一种基于电阻板室（RPC）的μ子散射层析成像系统的多参数读出和数据采集系统。使用与NINO ASIC耦合的低成本FPGA进行原型电阻板室的初始测试测量，用于事件选择和处理数据。NINO ASIC的时间过阈值（TOT）特性已被用于获得更好的位置信息并实现精确的跟踪能力。在我们的测试设置中，我们尝试使用单个RPC和铅块构建成像设置，这涵盖了RPC的某些领域。一个玻璃RPC的尺寸为30厘米× 30厘米，充满了95%的氟利昂和5%的异丁烷的气体混合物，配备了两个正交面板的读出带的宽度为3厘米和间距为3.2厘米，已经运行。
2022-05-31 physics.ins-det
Automated object detection for muon tomography data analysis
针对海运集装箱安检问题，本文采用PoCA三维重建与最近邻滤波算法，在μ子层析成像数据中自动检测并精确定位隐藏的危险或违禁物品。
2023-12-17 physics.ins-det
Precision measurements of Linear Scattering Density using Muon Tomography
我们证明，μ子断层扫描可以用来精确地测量各种材料的性能。已被认为是已被提取的材料从实验高炉，包括碳（焦炭）和铁的氧化物，其中的线性散射密度相对于质量密度的测量已被执行的绝对精度为10%。我们报告所使用的程序，以获得这样的精度，并提出了讨论，以解决预期的性能的技术时，应用于较重的材料。我们得到的结果不依赖于所考虑的材料的具体类型，因此它们可以扩展到任何应用。
2016-07-22 physics.ins-det
Nuisance-Aware Muon Tomography
Peking University（北京大学）；Fudan University（复旦大学）
提出Raw-Hit Muon Tomography (RHMT)方法，直接基于探测器击中点构建测量域公式，通过RHMT-S和RHMT-E两种对比机制分别利用散射和能量损失信息，在Geant4基准测试中优于传统方法。
2026-07-10 physics.ins-det
Novel Muon Tomography Detector for the Pyramids
撞击地球表面的宇宙射线μ子可用于成像位于μ子探测器上方的地质和人造材料的密度。用于这些测量的探测器必须能够确定作为入射角的函数的μ子速率。这种能力的应用包括地质碳储存、天然气储存、提高石油采收率、压缩空气储存、石油和天然气生产、隧道探测以及金字塔等人造结构中隐藏房间的探测。对于这些应用，探测器必须体积小、坚固耐用，并具有使其能够在远程位置使用的操作特性，例如低功率要求。一种新的μ介子探测器设计正在建造中，用于对埃及的Kubarre金字塔进行测量，以寻找可能存在于该结构中的未知空隙。新的检测器设计使用具有波长漂移光纤读出的闪烁体单片来获取位置信息。这种设计将满足操作要求，同时还提供可以针对不同测量条件进行修改的几何形状。
2022-02-16 physics.ins-det
Rapid muon tomography for border security
本文研究利用蒙特卡洛模拟评估μ子断层成像在边境安全中的应用，提出通过实时分析μ子散射与吸收率在10-20秒内快速检测货物异常，无需等待三维图像重建，从而显著提升扫描效率。
2025-09-24 physics.app-ph physics.ins-det
FPGA-Based Data Acquisition System for Muon Scattering Tomography
Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Stony Brook University（石溪大学）
本文提出了一种多通道数据采集系统，用于μ子散射断层成像中的跟踪，具备直接采集LVDS信号、500MHz采样频率和可扩展性，通过RPC原型测试验证其在非破坏性评估中的有效性。
2026-04-16 hep-ex physics.ins-det
High Resolution Muon Computed Tomography at Neutrino Beam Facilities
X射线计算机断层成像（CT）在构造由轻材料制成的物体的3D图像中具有不可或缺的作用。然而，受吸收系数的限制，X射线无法深入穿透铜和铅等材料。在这里，我们通过模拟表明μ子束可以提供致密物体和致密物体内部结构的高分辨率断层图像。多重散射导致的分辨率展宽效应随着μ子动量的增加而减小。随着μ子动量的增加，图像的对比度下降，因此需要μ子光谱仪中更高的分辨率来解析图像。测量的μ子动量的方差达到最小值，然后随着μ子动量的增加而增加。方差增加的影响是需要更高的积分μ子通量来减少波动。高分辨率μ子计算机断层成像所需的通量要求和对比度水平与中微子束设施中的π介子衰变管中产生的μ子以及μ子谱仪中的动量分辨率所能达到的水平很好地匹配。这种成像系统可以应用于考古学、艺术史、工程、材料识别以及任何需要在由致密材料构成的可运输物体内部成像的时候。
2015-01-28 hep-ex physics.ins-det
Muon absorption tomography of a lead structure through the use of iterative algorithms
μ子射线照相技术是直线射线扫描成像方法的一部分，通常用于产生从探测器位置沿径向方向的积分密度的二维图像。然而，在文献中已经有一些例子，μ子断层摄影结合几个测量从不同的观察点。本文中提出的工作适合这条线的研究：通过μ子吸收射线照相测量进行了由排列在一个非平凡的几何形状的铅块组成的目标的断层扫描。为了解决反演问题，采用称为SART的迭代算法，获得比使用卡方最小化更好的结果。
2020-10-22 hep-ex physics.ins-det
Muon tomography of a reinforced concrete block -- first experimental proof of concept
由于基础设施的老化和交通需求的增加，混凝土结构的质量保证和状态评估是世界范围内的一个重要课题。常见问题包括但不限于钢筋或钢筋束管道的局部化、几何不规则性、裂缝、空隙、蜂窝或其他缺陷。诸如超声波或雷达的非破坏性技术已经发现了常规的、成功的实际应用，但是有时受到有限的分辨率和准确度、成像伪影或在检测某些特征方面的限制。直到20世纪80年代，X射线透射才被用于特殊要求的情况下，并显示出比其他NDT技术高得多的分辨率。然而，由于安全问题和成本问题，这种方法几乎不再使用。μ子断层成像技术近年来备受关注。新型宇宙μ子探测器和断层成像算法开辟了新的应用领域，如调查货运集装箱的违禁品或评估放射性废物集装箱的内容。但是μ子成像也有可能填补目前混凝土无损检测中存在的一些空白。作为走向实际应用的第一步和概念验证，我们使用现有的系统对参考钢筋600公斤混凝土块的内部进行成像。即使对于这种调查尚未优化设置，μ子成像结果与超声和雷达成像相比显示出更高的分辨率和更小的失真。数据采集需要更多的时间，信号包含更多的噪声，但图像允许检测相同的重要特征，在传统的高能X射线断层扫描中可见。在我们的实验中，我们已经展示了μ子成像在混凝土检测中的巨大潜力。接下来的步骤包括开发移动探测器和优化采集和成像参数。
2020-08-17 physics.ins-det
Muon Tomography of Ice-filled Cleft Systems in Steep Bedrock Permafrost: A Proposal
在这篇文章中，我们提出了一个新的应用地球粒子物理学，即使用μ子断层扫描仪研究冰填充裂缝系统在陡峭的基岩永久冻土。这项研究可以显着提高我们的认识，高山冻土一般和气候冻土引起的落石特别是。
2010-08-06 physics.acc-ph physics.geo-ph physics.ins-det
Muon tomography imaging algorithms for nuclear threat detection inside large volume containers with the Muon Portal detector
μ子断层成像可视化技术试图重建尽可能接近被探测物体的真实位置的3D图像。在这里讨论的统计算法测试重建的μ子断层图像的μ子门户项目。自相关分析和聚类算法已被采用的上下文中的方法的基础上的最接近点（POCA）重建工具。还实现了基于对数似然法的迭代方法。所有这些方法的相对优点进行了讨论，参考完整的Geant4模拟不同的情况下，将中等和高Z对象内的容器。
2013-07-02 physics.data-an physics.ins-det
Design and Construction of a First Prototype Muon Tomography System with GEM Detectors for the Detection of Nuclear Contraband
目前在海港和国际边界采用标准辐射探测技术的辐射门户监测器对核违禁品不是很敏感，因为这些违禁品受到很好的屏蔽，可以吸收放射出的辐射。μ子层析成像（MT）是一种基于测量大气宇宙线μ子穿过含有高Z物质的货物或车辆的多次散射的被动探测技术。我们报告的小型原型MT站的小型微型气体探测器的设计和建设。该站将采用10个跟踪站，这些跟踪站采用30厘米x30厘米的低质量三重GEM探测器，具有二维读数。由于GEM的出色空间分辨率，在跟踪站之间仅使用几厘米的间隙就足够了。加上GEM探测器的紧凑尺寸，这使得GEM MT台站比使用传统漂移管的MT台站紧凑一个数量级。我们目前的生产和组装的GEM为基础的跟踪站与欧洲核子研究中心和RD51合作，以及初始前端电子和读出系统的设计的细节。
2009-11-17 physics.ins-det
Detection of Missing Assemblies and Estimation of the Scattering Densities in a VSC-24 Dry Storage Cask with Cosmic-Ray-Muon-Based Computed Tomography
高能的宇宙射线μ子可以很容易地穿透干燥的存储桶，并利用多次库仑散射的物理原理产生关于其中材料的信息。其他人的工作表明，在知识连续性丧失后，该信息可用于验证干燥储存桶内容物。在我们的建模和模拟方法中，我们使用理想的平面辐射探测器来记录入射和退出宇宙射线μ子的轨迹和动量;这种选择使我们能够证明特定测量和重建方法的技术的基本限制。在一种类似于计算机断层成像的方法中，用散射密度代替衰减系数，我们应用滤波反投影算法，以重建混凝土壁桶VSC-24的建模场景中的几何和材料信息。如果中间四个乏核燃料组件中有一个丢失，则采用简单的基于PoCA的方法无法检测到，预计采用基于CT的方法可以很容易地检测到。此外，一个棘手的情况下，一个或多个组件被替换为虚拟装配提出。在这种情况下，根据我们的模拟和重建结果，我们预计应发现该干燥储存桶不符合声明。此外，我们表明，材料成分可以估计，如果个别μ子的动量可以精确测量。
2017-08-03 physics.ins-det
A High Spatial Resolution Muon Tomography Prototype System based on Micromegas Detector
宇宙线μ介子穿透力强，无电离辐射危害，是探测特殊核材料的理想探针。本文提出了一种基于Micromegas探测器的高空间分辨率μ子层析成像系统，以优化成像时间和质量。该系统包括八个Micromegas探测器的热结合技术和一个可扩展的读出系统的基础上。此外，基于位置编码的多路复用方法的发展，以减少数量级的电子通道。该系统的空间分辨率可达数百微米。最后，进行了层析成像测试，测试结果表明，该系统可以成像2厘米的物体和区分不同的材料。
2021-12-30 hep-ex physics.ins-det
A compact, high resolution tracker for cosmic ray muon scattering tomography using semiconductor sensors
介绍了一种用于μ子散射层析成像的半导体跟踪器。该跟踪器包含硅带传感器与$80\,μ$ m间距，精密机械和集成冷却。传感器的电子读数由可扩展的、廉价的、灵活的、基于FPGA的系统执行，该系统被证明可以实现$30\,$ kHz的事件率。跟踪器的性能进行了比较与Geant4仿真。在$4\,$ GeV平均宇宙线μ子能量下，证明了与$1.5\,$ mrad兼容的散射角分辨率。使用角度统计重建算法获得塑料、铁和铅样品的图像。图像显示了低和高原子序数材料之间的良好对比。
2018-10-29 hep-ex physics.ins-det
Muons tomography applied to geosciences and volcanology
大型地质目标内部成像是地球科学中的一个重要问题，具有多种应用。已经存在不同的方法（例如，重力测量、电层析成像），其提供对广泛范围的信息的访问，但是具有确定的限制或缺点（例如，逆问题的固有模糊性、传感器在大距离上的耗时部署）。在这里，我们提出了一种替代和补充层析成像方法的基础上测量的宇宙介子通量衰减通过地质结构。我们详细介绍了这种μ子断层扫描的基础知识，特别强调了光敏探测器。
2012-01-31 hep-ex physics.geo-ph physics.ins-det
Noise reduction in muon tomography for detecting high density objects
基于宇宙射线μ子的多次库仑散射的μ子层析成像技术已被提出作为检测封闭体积内高密度物体存在的工具。在本文中，提出了一种新的和创新的方法来处理密度波动（噪声）的重建图像，这种技术的一个众所周知的问题。我们的方法的有效性进行评估，使用实验数据与μ子断层扫描原型位于Legnaro国家实验室（LNL）的国家原子核研究所（INFN）。本文报道的结果表明，通过适当的图像滤波和μ子动量分类，μ子层析成像技术可以在短时间内检测高密度材料，如铅，尽管周围有光或中等密度的材料。与文献中发表的算法的比较。
2013-12-09 physics.comp-ph physics.data-an physics.ins-det
The Study of Cosmic Ray Tomography Using Multiple Scattering of Muons for Imaging of High-Z Materials
μ子层析成像是一种很有前途的高Z（原子序数）材料探测系统，可用于保障国家安全。利用GEANT 4程序模拟了铝、铁、铅和铀等材料的水平、对角和垂直3种空间位置。利用MATLAB软件，分别采用了两种统计算法-最接近点法（PoCA）和极大似然散射-期望最大化迭代算法（MLS-EM）对检测到的目标进行图像重建。采用受试者工作特征曲线（ROC）和局部化ROC曲线（LROC）两种分析方法对重建图像的质量进行评价。重建结果表明，与PoCA算法相比，MLS-EM算法在边缘保持和噪声抑制方面都能获得更好的图像质量。通过对ROC曲线的分析，表明MLS-EM算法能够高效地识别和排除高Z目标的存在和位置，并且在EM算法不同的情况下具有更大的灵活性。同时对MLS-EM迭代算法进行了改进，采用并行执行的方式，提高了重建速度。
2016-08-03 physics.ins-det
Study of density independent scattering angle and energy loss for low- to high-Z material using Muon Tomography
宇宙射线μ子在穿过物质时会经历多重库仑散射（MCS）。材料中μ子散射角的分析为我们提供了一个研究材料特性及其内部三维结构的机会，因为散射角取决于原子序数，材料的密度，以及在给定能量下介质的厚度。我们使用GEANT4工具包来研究散射角，并利用这些信息来识别材料。我们分析了密度依赖的$\&$密度无关的散射角，并观察到不同的周期在周期表中的各种模式。
2023-02-01 hep-ex physics.ins-det
One-sided muon tomography - A portable method for imaging critical infrastructure with a single muon detector
由宇宙射线粒子簇射产生的高能μ子已被证明具有理想的特性，可用于对大型结构的内部进行成像。本文探讨了使用单个便携式μ介子探测器结合核医学中使用的图像重建方法来重建关键基础设施内部的3D图像的可能性，例如加拿大核实验室Chalk River站点的零能氘（ZED-2）研究反应堆。ZED-2反应堆堆芯和μ子探测器的安排，在GEANT 4和蒙特卡罗测量产生的μ子吞吐量和角分布在几个角度的旋转反应堆周围产生。统计分析，然后进行这些测量的基础上明确定义的通量和角分布的μ子预计在地球表面附近。这种分析的结果示出，以产生重建的图像的核燃料的空间分布内的多个燃料配置的核心。这种单侧层析成像概念可能用于检查大型关键设施的内部结构，例如福岛第一核电站，那里的安全壳基础设施的完整性和反应堆燃料的位置都是未知的。
2016-05-05 hep-ex physics.ins-det
Performance evaluation of compact plastic scintillating fiber modules for muon tomography applications
Shandong University（山东大学）；Shandong Institute of Advanced Technology（山东高等技术研究院）
本文评估了四种紧凑型塑料闪烁纤维模块的性能，采用硅光电倍增阵列实现高检测效率和空间分辨率，适用于μ子成像应用。
2025-12-01 hep-ex physics.ins-det
Muon tomography applied to active volcanoes
μ子层析成像是一种利用物质对宇宙μ子的差分吸收的通用成像方法。在μ子通量中测量的对比度反映了物质密度对比度，就像在常规医学成像中一样。火山学目前的应用程序可能引起的目标本身的功能：有限的访问危险区，不可能使用的标准钻孔信息，恶劣的环境条件等的Diaphane项目是该领域最大的和领先的合作之一，本文总结了最近收集的结果在小安的列斯群岛，特别强调在瓜德罗普岛的苏弗里耶尔。
2015-10-18 hep-ex physics.geo-ph physics.ins-det
Transfer learning empowers material Z classification with muon tomography
本研究首次将迁移学习引入μ子层析成像领域，提出两种轻量级神经网络模型，利用裸露材料数据预测包覆材料Z类，解决传统方法依赖先验知识、数据有限的问题，精度提升显著，凸显其应用潜力。
2025-04-01 hep-ex physics.ins-det
Improving Muon Scattering Tomography Performance With A Muon Momentum Measurement Scheme
针对缪子散射层析成像（MST）中动量测量困难导致重建质量受限的问题，提出将动量纳入MST的算法及确定Cherenkov探测器阈值的“等百分比方案”，证明仅需2-4层探测器即可显著提升短时MST图像质量。
2025-09-16 hep-ex physics.ins-det
The application of muon tomography to the imaging of railway tunnels
宇宙射线μ子射线照相术利用高穿透力的宇宙射线μ子来成像感兴趣的对象的密度分布。在这里，我们报告的第一次试验，使用便携式现场部署的宇宙射线跟踪系统，以图像的整个覆盖层的英国铁路隧道与短时间扫描（c。30分钟）。一个未知的覆盖层空洞被发现，并在试验后得到铁路当局的确认。这些实验证明了隐藏的施工竖井的识别具有高水平的统计显著性，作为数据内的密度异常。
2019-06-13 physics.geo-ph physics.ins-det
The Design and Performance of a Scintillating-Fibre Tracker for the Cosmic-ray Muon Tomography of Legacy Nuclear Waste Containers
利用宇宙射线μ子的库仑散射的层析成像技术越来越多地被用于屏蔽容器的非破坏性分析，应用范围很广。一个这样的应用是存储在工业容器内的遗留核废料的表征。在这项工作中详细介绍了原型μ子断层扫描系统的设计，组装和性能。该μ子跟踪器包括四个检测模块，每个模块包含圣戈班BCF-10 2 mm间距塑料增强纤维的正交层。每个模块的两个打击纤维的识别允许传入和库仑散射μ子轨迹的重建。这些允许通过散射位置和幅度的重建来确定相对于散射材料的原子序数Z的容器内容物。在每个检测层上，光纤发出的光由单个Hamamatsu H8500 MAPMT检测，其中两个光纤通过专用配对方案耦合到每个像素，以确保识别被撞击的光纤。PMT信号被读出到QDC。详细介绍了探测器系统的设计和组装，并与施工后收集的数据进行了性能研究。这些结果表明，在延长的收集期内具有高稳定性，每层的检测效率在80%的范围内。毫米级的微小偏差已在软件中识别和纠正。使用基于极大似然期望最大化算法的软件获得了从材料的测试配置重建的第一图像。结果突出了由检测器系统提供的高空间分辨率。还观察到低、中和高Z材料之间的明确区分。
2013-10-07 physics.ins-det
Monitoring Spent Nuclear Fuel in a Dry Cask Using Momentum Integrated Muon Scattering Tomography
核材料问责制和不扩散是美国推进核能的关键任务之一。监测乏核燃料对于继续可靠地管理SNF储存至关重要。宇宙线μ子由于其高穿透性和高能量而被认为是一种很有前途的监测SNF的放射学工具。宇宙射线μ子更合适，并已被用于成像大而密集的物体。尽管它们在各种应用中具有潜力，但宇宙线μ子的广泛应用受到海平面天然低强度的限制。为了在工程应用中有效地利用宇宙射线μ子，必须测量轨迹和动量。虽然各种研究表明，μ子应用中测量动量有很大的潜力，但在现场测量μ子散射角和动量仍然很困难。为了填补这一关键空白，μ介子谱仪使用多层加压气体切伦科夫辐射器的建议。然而，现有的μ介子层析成像算法是假设单能μ介子散射而开发的，并且没有针对测量的多能动量谱进行优化。在这项工作中，我们开发和评估动量集成μ子散射层析成像算法。我们评估算法的能力，以确定一个失踪的燃料组件从SNF干桶。我们的研究结果表明，使用MMST的图像分辨率显着提高测量μ子动量时，它可以减少监测时间的一个因素，10倍相比，传统的μ子成像技术，在系统地找到一个失踪的FA。
2022-12-06 nucl-ex physics.ins-det
Towards a muon scattering tomography system for both low-Z and high-Z materials
本文提出在传统MST系统中加入切伦科夫探测器测量低能μ子动量，并结合动量相关径迹与图像重建，显著提升低Z材料区分能力，实现全能量范围内低Z与高Z材料的同时探测。
2023-07-31 hep-ex physics.ins-det
A Generalized Muon Trajectory Estimation Algorithm with Energy Loss for Application to Muon Tomography
本文提出了一种广义μ子轨迹估计（GMTE）算法来估计μ子在均匀或非均匀介质中的运动轨迹。最近，由于检查的非侵入性和被动性、穿透能力以及在探测器方面的最新进展，在核不扩散和保障监督核查应用中使用宇宙射线μ子的问题得到了关注，这些探测器可以测量单个μ子在穿过成像物体之前和之后的位置和方向。然而，μ子图像重建技术的分辨率有限，由于低μ子通量和多次库仑散射（MCS）的影响。目前的重建算法依赖于过于简单的假设，通过成像对象的μ子路径估计。对于鲁棒的μ子断层扫描，需要高效且灵活的基于物理的算法来对MCS过程进行建模，并在μ子穿过对象时准确地估计μ子的最可能轨迹。在目前的工作中，使用贝叶斯框架和高斯近似的MCS探索宇宙射线μ子穿越均匀或非均匀介质和经历MCS的最有可能的路径估计。该算法的精度相比，蒙特卡罗模拟μ子轨迹。结果发现，该算法预计能够预测μ子轨道小于1.5 mm RMS为0.5 GeV μ子和0.25 mm RMS为3 GeV μ子，与SLP相比提高了50%，与PoCA相比提高了15%。此外，相对于PoCA，观察到有用的μ子通量增加了30%。μ子轨道预测提高了较高的μ子能量或较小的穿透深度，能量损失是不显着的。研究了电离能量损失的影响，提出了一种易于使用的线性能量损失关系。
2018-01-23 physics.comp-ph physics.ins-det
Material Identification in Nuclear Waste Drums using Muon Scattering Tomography and Multivariate Analysis
利用μ子散射断层成像技术对核废料进行非侵入性表征是一种行之有效的方法。我们在这里报告的应用程序相结合的功能鉴别器和多变量分析技术，以定位和识别核废料桶中的材料。在成功训练和优化算法后，它们将在一系列材料配置上进行测试，以评估系统的性能和局限性。该系统能够在几个\text{cm}尺度上正确识别铀、铁和铅物体。该系统对小型铀物体的灵敏度也被确定为$0.90^{+0.07}_{-0.12}$，假阳性率为$0.12^{+0.12}_{-0.07}$。
2021-02-24 hep-ex physics.ins-det
The cosmic ray muon tomography facility based on large scale MRPC detector
宇宙线μ子层析成像是一种探测高Z物质的新技术。本文介绍了一个装有73.6cm × 73.6cm大尺寸位置灵敏MRPC探测器的TUMUTY样机。三个测试套件已被测试和图像重建使用MAP算法。重建结果表明，该样机工作良好，可以对结构复杂、尺寸较小（20 mm）的物体进行成像，且高Z和低Z物质的成像清晰可辨。该原型为我们进一步研究宇宙线μ子层析成像的物理特性和性能提供了一个很好的平台。
2015-04-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Numerical Evaluation of a muon tomography system for imaging defects in concrete structures
在μ子层析成像的众多应用中，最近在民用结构中的部署引起了许多人的注意。在这项工作中，μ子散射层析成像检测混凝土结构中的缺陷的适当性进行了数值研究。以土木工程中常用的几种基本混凝土结构为例进行了试验研究。在Geant 4平台上进行了模拟，其中建立了具有用于跟踪μ子的特定空间分辨率的多个气体电离探测器的成像装置。有缺陷和没有缺陷的测试用例的图像已经模拟了一个月的宇宙μ子曝光的基础上，他们从复合混凝土结构的散射。使用t检验对图像进行比较，以评价成像设置在识别缺陷方面的性能。进一步处理的图像已经完成了模式识别方法，提出了在我们早期的工作，以提高缺陷识别。所述方法的功效已经在这项工作中设计的PRM分数方面进行了评估。讨论了目前μ子散射层析成像技术在混凝土结构无损检测中应用的局限性和优势。
2021-03-22 eess.IV hep-ex physics.ins-det
Methodologies for imaging a used nuclear fuel dry storage cask with cosmic ray muon computed tomography
μ子与物质的相互作用主要有两种机制：电离和放射性过程，以及多次库仑散射导致的能量损失和轨道偏转。对于穿过物体的单能μ子束，散射角遵循高斯分布，具有零均值和取决于其穿过的物质物体的原子序数的方差。因此，所测量的散射角可以用于重建干燥储存桶内的内容物的几何和材料信息。在传统的X射线计算机断层成像中，用于重建成像对象的衰减图的投影信息是X射线透射率的负自然对数，其等于沿入射路径的X射线衰减系数的线性和。类似地，μ子散射角的方差也是μ子穿过的物体的散射密度的线性积分。因此，可以通过使散射密度与衰减系数相等来建立μ子CT图像。然而，μ子CT面临着一些独特的挑战，包括：1）由于宇宙μ子通量低，测量时间长，2）μ子路径模型不够准确，3）无法精确测量μ子动量。在这项工作中，三种不同的μ子路径模型，两种不同的投影方法，和两种不同的重建方法进行了研究，用于μ子CT的干存储桶。调查是在经过验证的Geant 4工作空间中进行的，无论是在理想情况下，还是考虑到相关的工程限制。本文报告了这些调查的结果和燃料桶监测的预期效益。
2018-08-20 hep-ex physics.ins-det
A New Momentum-Integrated Muon Tomography Imaging Algorithm
针对海平面μ子通量低限制μ子散射层析成像（MST）应用的问题，提出一种将μ子散射角与动量整合为单个M值的新型MST成像算法，经GEANT4模拟验证，可定位乏核燃料容器中缺失的燃料组件。
2023-04-27 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
3D cosmic-ray muon tomography using portable muography detector
三维（3D）μ子断层扫描的可行性论证进行了基础设施等效的目标，使用拟议的便携式muography探测器。对于目标，我们使用了两组放置在不同高度的铅块。该探测器由两个μ子位置敏感探测器组成，探测器由塑料偏振光纤（PSF）和多像素光子计数器（MPPC）组成，角分辨率为8 msr。采用极大似然-期望最大化（ML-EM）方法进行三维成像重建。对于仿真和实验，块的重构位置产生与块的布置的先验知识一致的结果。该结果表明，通过使用便携式muography检测器的11个检测位置对基础设施规模目标进行成像，基础设施的3D断层成像的潜力。
2021-07-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Experimental Demonstration of Soft-Tissue Muon Scattering Tomography
CERN, European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究中心）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Física Corpuscular (CSIC/Universitat de València)（粒子物理研究所（西班牙科学理事会/瓦伦西亚大学））
该研究首次实验验证缪子散射层析成像可应用于生物软组织，利用CERN质子同步加速器的2 GeV/c缪子束对拟人化胸部体模成像，重建的散射密度与模拟结果偏差达百分位水平，为医学成像提供了新的互补探针。
2026-10-14 hep-ex physics.ins-det physics.med-ph
Full Characterization of a Mock Nuclear Waste Barrel with Muon Tomography using Micromegas Detectors
CEA/Irfu, Université Paris-Saclay（法国原子能委员会/核研究与物理技术研究所，巴黎萨克雷大学）；Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA), Universidad de Zaragoza（高能天体粒子中心，萨拉戈萨大学）
基于多重库仑散射的缪子层析成像，结合Micromegas探测器，实现了对205升模拟核废料桶内部结构的高精度三维成像和材料鉴别。
2026-10-16 hep-ex physics.ins-det
From Simulation to Real Scans: Anomaly Detection in Maritime Cargo with Muon Scattering Tomography
German Aerospace Center（德国航空航天中心）；GScan OÜ（GScan有限责任公司）
本文提出首个海运缪子散射断层成像端到端异常检测框架，通过注意力U-Net和均匀性指数算法，在模拟数据上训练后可弥合模拟到真实的差距，在真实海运货物扫描中实现异常检测。
2026-08-13 physics.ins-det
Optimization of a cosmic muon tomography scanner for cargo border control inspection
Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Universal Scientific Education and Research Network（通用科学研究与教育网络）；University of Tartu（塔尔图大学）
本研究通过优化探测器设计和模拟方法，提升宇宙μ子断层扫描仪在货物边境检查中的应用效果。
2026-01-16 hep-ex physics.ins-det
A Cosmic Muon Tomography System with Machine Learning based Momentum Measurement for Multi-Object Reconstruction and Material Characterization
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Mohali（印度科学教育研究学院摩哈利分校）；Kashi Naresh University（迦尸纳瑞什大学）
本研究开发了一套结合GEANT4框架、HDBSCAN算法及散射密度参数的宇宙缪子断层扫描系统，可实现多物体的检测、定位与材料鉴别，适用于安全筛查等领域。
2026-08-25 hep-ex physics.ins-det
Muon Tracing and Image Reconstruction Algorithms for Cosmic Ray Muon Computed Tomography
宇宙射线μ子计算机断层成像（μCT）是一种新的成像模式，具有独特的特点，在核不扩散、乏燃料监测、货物扫描和火山成像等领域具有重要的应用价值。μ子对原子序数Z的强散射依赖性结合高穿透范围可以在必须对密集屏蔽容器成像时提供优于现有技术的显著优势。然而，使用传统的滤波反投影的μCT重建是有限的，由于过于简单的假设，不考虑多个库仑散射的影响，促使需要开发更复杂的方法。在本文中，我们认为，使用改进的μ子跟踪和散射角投影算法，以及使用代数重建技术应产生μ子断层图像的质量提高或需要更少的μ子，以产生相同的图像质量相比，使用传统的方法的情况下。我们报告了三种新的μ子追踪方法和两种新的散射角投影方法的发展和评估。以单个和部分缺失燃料组件的模拟干贮存桶为例，对所提出的方法进行了评估和比较。与更传统的技术相比，即使没有μ子动量信息，模拟图像也显示出图像质量的预期改善，这应该会导致改进的检测能力，即使是部分缺陷。
2018-05-25 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Applying triangular correlation of angular deviation in muon scattering tomography for multi-block materials via GEANT4 simulations
由于目标体积的散射角可以在基于μ子散射的层析成像设置中被分成两个内角，并且我们将此属性称为三角相关性，其中这两个内角的和等于散射角。在这项研究中，我们应用这种三角形的相关性，由混凝土，不锈钢和铀的多块材料配置。通过改变该材料集的顺序，我们采用GEANT4模拟，我们表明三角相关性在多块材料设置中是有效的，从而为这种配置中材料顺序的粗略预测提供支持信息的可能性。
2022-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nuclear Waste Imaging and Spent Fuel Verification by Muon Tomography
本文探讨了使用宇宙射线μ子对屏蔽容器的内容物进行成像，并探测其中的高Z特殊核材料。宇宙射线μ子是一种自然存在的辐射形式，具有高度穿透性，并且在高Z材料上表现出大的散射角。具体而言，我们研究了射线照相和断层摄影技术如何能够有效地进行非侵入性核废物表征和干贮存容器内乏燃料的核材料核算。我们表明，个别μ子的跟踪，因为他们进入和退出的结构，可以潜在地提高数据的准确性和可用性的核废料和内容的干存储容器（DSC）用于乏燃料存储在CANDU工厂。这可以接近实时地实现，具有无人值守和远程监控操作的潜力。我们表明，DSC的预期灵敏度超过了原子能机构核材料衡算的检测目标。
2012-10-05 physics.ins-det physics.soc-ph
$μ$-Net: ConvNext-Based U-Nets for Cosmic Muon Tomography
NUS High School of Mathematics and Science（新加坡国立大学附属数理中学）
本文提出$\mu$-Net，一种结合MLP轨迹预测与ConvNeXt-U-Net体素重建的两阶段深度学习算法，在宇宙缪子层析成像中达到17.14 PSNR，优于传统方法，并发布首个大规模数据集。
2023-12-25 cs.CV eess.IV physics.ins-det
Cherenkov detector with wavelength-shifting fiber readout for muon tomography applications
本研究开发了一种带波长移位光纤读出的切伦科夫探测器用于缪子断层成像，通过GEANT4建模实现了1.8 mm的位置分辨率，其方向敏感性有效防止图像模糊，适用于无损考古和地球物理成像。
2025-06-27 hep-ex physics.ins-det
Development of muon scattering tomography for a detection of reinforcement in concrete
对老化的钢筋混凝土结构进行检测是一项全球性的挑战。现有的非破坏性评估技术在土木和结构工程中具有有限的穿透深度，并且不允许精确地确定大型混凝土对象内的钢筋的配置。关键基础设施（桥梁、水坝、干船坞、核生物防护罩等）面临的巨大挑战是了解混凝土和钢筋的内部情况，而不仅仅是钢筋的位置。在大多数新建筑中，位置应该是已知的，并记录在竣工图中，由于旧结构的记录不好，这些可能不存在。μ子散射层析成像技术是一种无损、非侵入性的技术，在高深度三维混凝土成像方面显示出巨大的应用前景。以前，我们已经证明，个别酒吧的直径为33.7 +- 7.3毫米，在50厘米的深度可以使用μ子散射断层扫描定位。在这里，我们提出了一种改进的方法，利用杆结构的周期性。通过这种新方法，可以检测和成像厚度低至6 mm的钢筋。
2021-03-25 eess.IV physics.app-ph physics.ins-det
TomOpt: Differential optimisation for task- and constraint-aware design of particle detectors in the context of muon tomography
本文介绍TomOpt，一个利用可微分编程优化μ子断层扫描探测器几何布局与规格的软件包，首次实现端到端可微分且推理感知的优化，并在基准场景中验证其性能。
2024-11-08 hep-ex physics.ins-det stat.ML
Muon Tomography imaging improvement using optimized scattering tracks data based on Maximum Likelihood Method
基于μ子射线成像的形式化原理，以多次库仑散射（MCS）为信息源，提出了一种基于库仑点近似算法（PoCA）的高Z材料重建图像的方法。PoCA算法中自然μ子的通量和单次散射假设是导致重建图像精度不高的两个因素。本文根据MCS方法得到的μ子径迹的类高斯分布特性，采用极大似然方法预测μ子的最佳出射径迹。采用受试者工作特征（ROC）和局部化ROC（LROC）两种分析方法评价重建图像的质量。从仿真结果来看，极大似然算法可以很好地实现纵向材料的区分，极大似然算法预测的区分率比PoCA算法预测的区分率高15%左右。实验结果表明，极大似然法可以大大提高重建图像的精度。
2018-06-04 hep-ex physics.ins-det
