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
Liquid Xenon Detectors for Positron Emission Tomography
PET是一种功能性成像技术，其基于在产生正电子的β衰变之后检测湮灭光子。在本文中，我们提出了一种新的PET系统的概念，临床前应用组成的一个环的12个时间投影室充满液体氙雪崩光电二极管。电离电荷和闪烁光的同时测量导致空间分辨率、图像质量和灵敏度的显著改善。模拟结果表明，该系统的能量分辨率小于10%（FWHM），灵敏度为15%。使用原型TPC的第一次测试表明位置分辨率<1 mm（FWHM）。
2011-04-07 physics.ins-det physics.med-ph
Prototype Cherenkov Detector Characterization for Muon Tomography Applications
本研究针对μ子成像中传统能量与粒子鉴别技术阻碍便携性的问题，表征了一款小型水切伦科夫探测器原型的性能，验证其可提供能量与PID信息、提升本底排除能力，且易集成到现有系统。
2024-01-30 hep-ex physics.ins-det
The Detector System Design for the Grating-based Phase Contrast Imaging CT Prototype
在硬X射线域中，通过软材料如组织的波的相移通常比吸收大三个数量级。因此，相敏X射线成像方法可以获得比传统的基于吸收的成像显著增加的对比度。提出了一种基于光栅相衬成像（GBPCI）方法的计算机断层成像（CT）样机的探测器系统设计。该系统由43个滨松硅光电二极管S12058（X）模块组成，包括16512个像素。每个模块可提供384（16*24）像素，最小像素尺寸为0.75mm*1mm。每个模块的前端读出电路（FEE）完成模数转换、数字处理和数据传输。来自43个探测器模块的所有数字化数据通过数据采集板传输到控制系统。测试结果表明，该探测器系统的有效分辨率可达14.6bit。对于所有像素，积分非线性不超过0.1%。
2018-06-10 physics.ins-det physics.med-ph
Proton Tracking Algorithm in a Pixel-Based Range Telescope for Proton Computed Tomography
质子计算机断层成像（CT）是一种原型成像模式，用于重建患者的相对阻止本领，以便更准确地计算质子治疗剂量计划中的剂量分布。重建质子CT图像所需的测量是：i）入射到成像对象上的每个初始质子矢量，ii）入射到探测器的正面上的每个质子矢量，以及iii）探测器中的每个质子的停止深度。在这项研究中，轨道重建算法是适应计划的基于像素的粒子跟踪质子CT距离望远镜，称为数字跟踪量热计（DTC）。该算法是基于跟踪方案，其中一个增长的轨道搜索更深的铺设激活像素，同时最小化累积的角度变化。该算法被施加到蒙特卡洛模拟输出的DTC，显示DTC是能够重建的轨道，并找到高达几百个同时质子轨道的深度。
2020-06-17 physics.ins-det physics.med-ph
Characterising encapsulated nuclear waste using cosmic-ray muon tomography
使用宇宙射线μ子的库仑散射的层析成像技术先前已被证明可以成功地识别和识别空气基质中的低Z和高Z材料，并使用原型反射纤维跟踪器系统。这些研究是一系列研究中的第一项，旨在评估该技术和图像重建技术在表征英国核工业遗留核废料容器的潜在高Z含量方面的可行性。目前的工作继续进行可行性研究，并提出了第一个图像重建的实验数据收集使用这个小规模的原型系统的低和高Z材料封装在一个混凝土填充的不锈钢容器。在厚钢套管、混凝土基质和所分析的样品材料之间观察到明显的区别。这些重建的对象，并详细讨论了未来的工业场景的影响。
2014-10-27 nucl-ex physics.ins-det
Performance Expectations for a Tomography System Using Cosmic Ray Muons and Micro Pattern Gas Detectors for the Detection of Nuclear Contraband
我们提出了一个详细的GEANT4模拟的建议μ子层析成像系统，采用紧凑的高空间分辨率的微模式气体探测器的结果。一个基本的点的最接近算法应用于重建μ子轨道形成三维断层图像的询问目标。不同的集成时间，讨论了由Z和歧视权力的技术实现简单的情况下的材料的判别标准。模拟结果表明，μ子层析成像可以清晰地区分高Z材料与低Z和中Z材料。我们已经研究了各种系统的影响，影响MT的性能和歧视的权力。模拟结果的原型MT站的计划发展的影响进行了讨论。
2008-12-04 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
Assessment of a high-resolution candidate detector for prostate time-of-flight positron emission tomography
我们报告使用22 Na源上的MRI兼容的TOF-PET直肠内前列腺探头的探测器元件进行测量，与深度的相互作用的灵敏度。它由LYSO闪烁体晶体制成，用Lumirror包裹，通过硅光电倍增器在两端读出。通过对数据分析过程的详细描述，我们表明我们的结果指向400 ps的重合分辨时间，同时，相互作用深度分辨率为1 mm。这些吸引人的特征，以及微小的1.5 mm x 1.5 mm x 10 mm晶体尺寸，对于原型探针的实现来说非常有希望。
2012-09-11 physics.ins-det
Concept of a novel fast neutron imaging detector based on THGEM for fan-beam tomography applications
介绍了一种基于THGEM的新型高效快中子成像探测器的概念设计和工作原理，该探测器可用于未来的扇束透射层析成像。我们报告的可行性研究的基础上的理论建模和计算机模拟的一个可能的探测器配置原型。特别是，我们讨论的结果，关于探测器的几何形状的优化，估计其一般性能，和预期的成像质量：据估计，约5-8%的检测效率可以实现2.5 MeV的中子;空间分辨率约为1毫米，没有实质性的退化，由于散射效应。成像系统的预期应用是用于核能工业的非破坏性测试中的中子层析成像，包括检查乏核燃料束、检测爆炸物或药物以及调查热工水力现象（例如，两相流、传热、相变、冷却剂动力学和液态金属流）。
2012-03-01 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
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
Development of Multi-gap Resistive Plate Chamber (MRPC) for medical imaging
低成本和高分辨率的多间隙电阻板室（MRPC）为基于飞行时间（TOF）的正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，正电子发射断层成像）系统的灵敏度在很大程度上取决于探测器的时间分辨率，为寻找有效的替代探测器开辟了新的可能性。在分层结构中，可以使用合适的转换器来增加光子检测效率。本文讨论了四间隙流注式酚醛树脂基MRPC和六间隙雪崩式玻璃基MRPC的宇宙线实验结果。
2014-08-01 physics.ins-det physics.med-ph
Processing optimization with parallel computing for the J-PET tomography scanner
Jagiellonian-PET（J-PET）合作正在开发一种基于长聚合物反射器的TOF-PET探测器原型。这种新颖的方法利用了塑料恒温器出色的时间特性，可以进行非常精确的时间测量。非常快速的基于FPGA的前端电子设备和数据采集系统，以及低级和高级重建算法是专门开发的，用于J-PET扫描仪。TOF-PET数据处理和重建是时间和资源要求高的操作，特别是在大接收探测器的情况下，其工作在无干扰数据采集模式下。在这篇文章中，我们讨论了并行计算方法，适用于优化的数据处理的J-PET探测器。我们开始与并行计算的一般概念，然后我们讨论这些技术在J-PET数据处理的几个应用。
2015-08-11 physics.comp-ph physics.ins-det
Development and Commissioning of a Compact Cosmic Ray Muon Imaging Prototype
由于μ子断层成像技术对高Z材料的成像能力，在海关检查走私核材料方面有一些潜在的应用。本文介绍了一种小型宇宙线μ子成像原型系统--兰州大学μ子成像系统（LUMIS），包括结构设计、组装、数据采集与分析、探测器性能测试、材料成像调试等。LUMIS的实验结果表明，在40.5cm的分离距离下，单个探测器层的探测效率约为98%，对垂直入射μ子的位置分辨率为2.5mm，角分辨率为8.73mrad。此外，图像重建软件开发的最接近点（PoCA）的基础上检测铅砖作为我们的目标。重建图像表明，图像中铅砖的轮廓与目标高度一致。随后，LUMIS区分不同的材料，如铅，铜，铁，铝，以及研究的能力。给出并讨论了高Z材料快速报警的响应时间下限。LUMIS原型的成功开发和调试为开发可用于许多应用的紧凑型CRM成像系统提供了技术和工艺方面的新解决方案选择。
2022-03-11 physics.app-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
Design of a 3000-pixel transition-edge sensor x-ray spectrometer for microcircuit tomography
随着时间的推移，集成电路中的特征尺寸已经大大减小，并且在制造之后对这些复杂电路进行三维成像变得越来越困难。这对于工艺开发、缺陷分析和检测外部来源芯片中的意外结构以及其他应用都很重要。在这里，我们报告一个非破坏性的，桌面上的方法，解决这个成像问题，通过X射线断层扫描，我们唯一实现的仪器，结合了扫描电子显微镜（SEM）与过渡边缘传感器（TES）X射线光谱仪。我们的方法使用高度聚焦的SEM电子束在放置在被测试样品上的精心设计的靶层中产生小的X射线产生区域。利用TES光谱仪的高收集效率和分辨能力，我们可以将目标中产生的X射线与背景分离，并通过样品层中的感兴趣区域追踪它们的路径，通过它们的衰减函数提供关于沿着X射线路径的各种材料的信息。我们最近已经证明了我们的方法，使用240 Mo/Cu双层TES原型仪器上的简化的测试样品包含的功能与$\sim$ 1 $μ$ m的大小。目前，我们正在设计和建造一个3000 Mo/Au双层TES光谱仪升级，预计通过增加探测器数量和探测器速度的组合，将成像速度提高60倍。
2022-12-14 physics.ins-det
Effect of passive metallic layers on muon energy estimation by means of deflection angle for muon scattering tomography: A comparative study based on GEANT4 simulations
在基于μ子散射的层析成像配置中，相对于动能的角度变化间接地带来了通过使用归因于检测器层的偏转角来粗略地预测动能的能力。尽管如此，由于探测器组件的角度偏差预计是微不足道的，除了相对较高的不确定性，在塑料的情况下。在本研究中，我们对比了我们目前的层析成像原型，它包括由聚乙烯基甲苯制造的探测器层，除了1毫拉德的探测器精度，与替代hodoscope计划包含不锈钢层，旨在调查的三组能量结构。首先，我们确定的平均偏转角连同相应的标准偏差，我们目前的设置以及替代方案的GEANT4模拟的装置。在第二位，我们表达了一个括号的误分类概率的标准偏差，其中第一个程序假设一个线性有限近似，而后者的方法依赖于一个积极定义的修改后的高斯分布。根据我们的模拟结果，我们证明了在建议的hodoscope设置中引入的不锈钢层不仅可以增加平均偏转角，而且还可以减少误分类概率，从而降低分类不确定性，提高检测性能。
2021-12-03 physics.comp-ph physics.data-an physics.ins-det
A tabletop x-ray tomography instrument for nanometer-scale imaging: demonstration of the 1,000-element transition-edge sensor subarray
本研究为提升纳米级IC三维成像速度，构建了采用微波SQUID多路复用读出的1000单元TES X射线谱仪子阵列，实现818个器件同时读出，在8.0 keV Cu Kα线处能量分辨率达14 eV。
2022-12-22 physics.ins-det
Fieldable Muon Momentum Measurement using Coupled Pressurized Gaseous Cherenkov Detectors
宇宙射线μ子呈现辐射背景的大部分，并且根据感兴趣的应用，μ子可以被视为背景噪声，例如，辐射测绘、辐射防护、剂量测定，或者作为有用的询问探针，例如宇宙射线μ子断层摄影术。值得注意的是最近的发展μ子散射层析成像已成为一个前瞻性的非侵入性监测方法的许多应用，包括乏核燃料桶监测和地质层析成像。然而，在现场测量μ子动量仍然非常具有挑战性，尽管有明显的好处，而不诉诸大型和昂贵的量热计，环形成像仪或飞行时间探测器。CNL和INFN最近的努力已经开发出基于多重库仑散射的大型原型，再加上μ子动量重建算法。虽然这些努力显示出希望，但没有便携式探测器可以在现场测量μ子动量。在这项工作中，我们提出了一个新的概念，测量μ介子动量使用耦合加压气体切伦科夫辐射。通过仔细选择每个辐射器处的气体压力，我们可以优化μ子动量阈值，从而检测到μ子信号。这样，通过辐射体的μ介子将只触发那些动量阈值小于实际μ介子动量的辐射体。通过测量每个辐射体中切伦科夫信号的存在，我们的系统可以估计μ子动量。这种概念的主要好处是它可以足够紧凑和便携，使得它可以单独地或与现有的断层摄影系统组合地部署在现场。
2022-01-04 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
Projection-shifted particle-flow imaging with cosmic-ray muons
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院核物理与技术国家重点实验室）；Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；National Key Laboratory of Plasma Physics, Laser Fusion Research Center (LFRC), China Academy of Engineering Physics (CAEP)（中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室）
本文提出了一种混合框架P$μ$MA，通过整合传输和散射信息，实现毫米级宇宙射线成像，显著提高分辨率并降低成本。
2026-08-04 hep-ex physics.ins-det
Investigation of Thick-GEM detectors fabricated in India for muography application
Saha Institute of Nuclear Physics, A CI of Homi Bhabha National Institute（萨哈核物理研究所，霍米·巴巴国立学院成员机构）；Centre for Neutrino Physics, Virginia Polytechnic Institute and State University（中微子物理中心，弗吉尼亚理工学院暨州立大学）；Research Wing, Naihati Prolife（奈哈提普罗利夫研究部）
研究印度制造的厚GEM探测器在缪子成像中的应用，通过优化电压配置和测量效率与空间分辨率，验证了其作为缪子跟踪探测器的可行性。
2026-06-07 hep-ex physics.ins-det
Proton radiographs using position-sensitive silicon detectors and high-resolution scintillators
质子治疗是目前在全球范围内发展的癌症治疗技术。相对于传统的X射线和$γ$射线放射治疗，它提供了优势，特别是更好地控制剂量沉积，从而允许在治疗中达到更高的一致性。因此，它对周围健康组织造成的损害较小，次要影响也较小。然而，为了充分利用其潜力，需要改进治疗计划和剂量验证。提出了一种新的质子计算机断层成像扫描仪样机，为质子治疗设计更准确、精确的治疗计划。在这里，使用100 MeV的质子束在建设银行在克拉科夫（波兰）的设施进行的实验获得的结果。质子射线照片的PMMA样品的50毫米厚的空间图案在铝。研究了它们的特性，包括尺寸的再现、空间分辨率和对不同材料的灵敏度。他们展示了该系统产生质子图像的能力。高达2 mm的结构被很好地解析，并且系统的灵敏度足以区分10 mm厚度的铝或PMMA。这是在将来作为质子CT扫描仪进行测试之前确认该器械作为质子X射线摄影扫描仪的第一步。
2021-11-16 physics.app-ph physics.ins-det physics.med-ph
Real-Time Discrete SPAD Array Readout Architecture for Time of Flight PET
单光子雪崩二极管（SPAD）阵列已被证明是飞行时间正电子发射断层成像（PET）的重要候选者。离散读出方案减轻了模拟方案的低噪声要求，并提供对阈值电平和时序拾取策略的非常精细的控制。高的光学填充因子对于这样的检测器中的定时性能是至关重要的，并且因此对于紧密集成的电子器件来说空间是有限的。尽管如此，生产、日常使用的PET扫描仪必须最小化带宽使用、数据量、数据分析时间和功耗，因此需要尽可能靠近检测器的实时读出和数据处理架构。我们提出了一个全数字化，嵌入式实时读出架构的SPAD为基础的探测器。读出电路直接位于SPAD阵列下方，而不是位于其内部或旁边，以消除填充因子与电路能力的折衷。整个实时引擎在标准操作模式下将传输的数据减少了8倍。与小型本地内存缓冲区相结合，这显著减少了整体采集死区时间。制造了具有6个闪烁体通道的单独读出的原型装置。定时读出由第一个光子计数器和31 ps时间到数字计数器提供，而能量读取和事件封装使用标准逻辑实时完成。专用串行输出线在波形模式下支持170k计数每秒（CPS）的持续速率，而标准操作模式支持2.2 MCPS。
2014-06-15 physics.ins-det
A Neutron Microscope Using a Nested Wolter-I Condenser and a Bank of Diffractive-Refractive Achromatic Objectives
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；CHEXS ApS（CHEXS有限公司）；PSI Center for Photon Science, Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所光子科学中心）；European Spallation Source ERIC - DMSC（欧洲散裂源研究基础设施公司-丹麦管理服务中心）；Department of Space, Technical University of Denmark（丹麦技术大学空间系）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences, Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所中子与μ子科学中心）；Department of Energy Conversion and Storage, Technical University of Denmark（丹麦技术大学能量转换与存储系）
本研究提出了一种基于嵌套Wolter-I聚光器和衍射-折射消色差物镜的中子显微镜，旨在提升中子束的时空分辨率和断层扫描效率。
2026-01-19 physics.acc-ph physics.ins-det
