X 射线康普顿散射成像实验装置研发

王 新，徐 捷，穆宝忠

（同济大学 物理科学与工程学院，上海 200092）

物质能够对入射的X 射线产生散射效应，主要包括相干散射和非相干散射。当入射光子与原子内层的束缚电子发生弹性碰撞时，散射光的波长与入射光相同，该过程称为相干散射[1]。当入射光子与原子核外自由电子发生非弹性碰撞时，光子的一部分能量转移给自由电子，散射光的波长会大于入射光的波长，该过程称为非相干散射，即康普顿散射[2]。由于不同物质具有不同的康普顿散射截面，且康普顿散射主要发生在散射角度大于90°的方向，因此，通过探测背向散射光子可以实现对物质的X 射线成像，获得物质的形貌、对比度差异等信息，在无损检测、安全检测、材料科学等领域具有重要的应用[3-8]。

目前，传统的X 射线康普顿散射成像技术主要为扫描式，利用高速旋转的斩波机构和大面积探测器实现了高分辨率、高灵敏度背散射成像，已在安检和无损检测等领域获得了应用[9-10]。但是，该技术需要借助复杂的机械扫描机构和大面积的X 射线探测器，整体结构庞大，并且造价昂贵，很难普及应用，更无法用于实验教学。近些年来，发展起一种基于Schmidt结构的新型X 射线成像系统，该类成像系统可以直接实现对物体的二维成像，无须扫描，结构简单且价格相对低廉，不但可以用于安检领域对违禁品的探测，而且可以发展为实验教学设备，进行康普顿成像的演示实验教学[11-12]。现有的Schmidt 物镜包括子午镜组和弧矢镜组，两者沿光轴方向依次排布，探测的视场角可达几十度。……