一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，包括：在Geant4平台下，创建安检机射线屏蔽项目模块，在该模块下创建管理模块、命令控制模块等；创建管理模块中指定的粒子束输入模块和命令执行模块，粒子束输入模块用于定义粒子束的发射角度，命令执行模块用于在理想吸收体表面建立网格以捕获发射粒子的数量，在理想吸收体内部建立网格以收集发射粒子的能量沉积，执行输出粒子数量和能量沉积文件中程序的命令；创建命令执行模块中指定的粒子信息输入模块；管理模块组织编译生成屏蔽仿真可执行文件；运行屏蔽仿真可执行文件，获得命令执行模块要求的射线屏蔽结果；根据射线屏蔽结果，调整模拟安检机射线系统中的参数，直至得到满足要求的结果。直至得到满足要求的结果。直至得到满足要求的结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法


[0001]本专利技术属于射线屏蔽设计领域，特别涉及一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法。

技术介绍

[0002]目前，X射线安检机以射线发射接收位置区分，包括射线底视角、侧视角和顶视角基本三种类型，在三种类型中针对不同应用场景和需求包含多种通道的尺寸，不同发射位置、不同通道尺寸使得X光机与准直器距离，光机到探测器盒距离、内置准直器的屏蔽盒宽度各不相同。另外，行李物品安检机和货运安检机的X光机发射的能量也不相同，比如，行李物品安检机使用的X射线发射最高能量有100Kev，160Kev等，再比如，货运安检机使用的X射线发射最高能量有200Kev，320Kev等。不同的光机射线能量和不同的距离造成了射线的屏蔽差异。对于安检机来说，射线的辐射屏蔽材料一般选用铅板，在满足国家标准剂量值的情况下，如果都用相同厚度的铅板，必定造成材料的过度使用。安检机结构相近，如果针对每个结构进行单一的射线屏蔽设计，必定造成设计成本的增加。
[0003]目前的射线屏蔽设计有数值计算法，软件仿真法，数值计算法从吸收和散射两个方面分别进行计算，以射线的发射轨迹，涉及的数值数量多，计算过程复杂。软件仿真法有些是商业软件需要专业的人员进行模拟计算，数值更精确，设计周期长，设计成本高。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，在Geant4平台中对现实中达到合格屏蔽条件的物理过程搭建物理过程平台，抽象安检机的射线发射物理过程，如射线经过准直器的物理过程抽象为射线发射源距离一定厚度准直器发射粒子，准直器两侧的屏蔽盒抽象为连续排列的厚度不均一的屏蔽体；射线作用于通道内散射体抽象为发射源离散射体一定距离，在垂直于发射方向并避让发射口搭建两块屏蔽体；射线穿透探测器板后到达屏蔽盒盖的屏蔽防护抽象为射线发射源距离一定厚度屏蔽体发射粒子。在屏蔽体后设置表面和内部带网格的理想吸收体捕获发生光电效应，康普顿效应后的粒子数量和能量沉积，首先建立若干划分网格后捕获粒子密度对比，以此结果作为目标运用于不同尺寸安检机屏蔽的分界线的建立，接着对屏蔽分界线内屏蔽体尺寸、位置等进行调整，模拟仿真后在同等尺寸网格中对理想吸收体内能量沉积进行对比，如果同等尺寸网格中能量沉积数据接近，则该次屏蔽体尺寸、位置结果为最终设计。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，包括：
[0007]步骤1，搭建Geant4平台；
[0008]步骤2，在Geant4平台下，创建安检机射线屏蔽项目模块，在射线屏蔽项目模块下创建以下模块：
[0009]创建管理模块，用于初始化探测结构类和物理过程类，载入粒子束输入模块，载入命令执行模块并进行可视化管理；
[0010]创建初始化模块，用于初始化发射粒子为gamma；
[0011]创建命令控制模块，用于定义beamOn命令和mesh网格划分信息过程；其中，beamOn命令定义了发射粒子事件过程；mesh网格划分信息用以提取网格粒子发射事件信息；
[0012]创建探测结构模块，用于模拟安检机射线系统，包括：以材料铅Pb和铁Fe构成模拟安检机光路结构中的准直器，以材料铅Pb模拟准直器旁的屏蔽体和通道板，以材料水模拟散射体，创建安检机的X射线粒子发射过程中由靶点发射经过准直器到达探测器的物理位置，创建准直器旁屏蔽体的尺寸和位置信息，创建通道板的尺寸和位置信息，在屏蔽体和通道板后方建立不小于其尺寸的理想吸收体；其中，理想吸收体是指极小厚度即可吸收全部的粒子能量的物体；
[0013]创建粒子对象模块，用于定义发射粒子的属性信息；
[0014]创建物理过程模块，用于定义基于Geant4中的X射线发生撞击的物理过程；
[0015]创建物理过程截断模块，用于定义粒子的截断命令和粒子的截断方式；
[0016]创建粒子源信息接口模块，用于初始化出射粒子信息和接口；
[0017]创建粒子发射动作模块，用于定义输出模拟中每次发射的粒子能量信息；
[0018]步骤3，创建管理模块中指定的粒子束输入模块和命令执行模块，其中，粒子束输入模块用于定义粒子束的发射角度，命令执行模块用于执行发射给定数量的X射线粒子并在理想吸收体表面建立网格以捕获X射线粒子的数量，在理想吸收体内部建立网格以收集X射线粒子的能量沉积，执行输出粒子数量和能量沉积文件中程序的命令；
[0019]步骤4，创建命令执行模块中指定的粒子信息输入模块，用于定义靶点发射的X射线粒子的性质及出射截面尺寸；
[0020]步骤5，通过管理模块组织编译生成屏蔽仿真可执行文件；
[0021]步骤6，运行屏蔽仿真可执行文件，获得命令执行模块要求的射线屏蔽结果；
[0022]步骤7，根据射线屏蔽结果，调整模拟安检机射线系统中的参数，直至得到满足要求的最终结果。
[0023]根据本专利技术提供的一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，具有以下有益效果：
[0024]本专利技术提供的基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，实现方法相对简单，过程清晰，模拟参数易于调整，调整探测结构模块(如XrayDetectorConstruction.cc文件中程序)中的位置数值，铅板厚度数值，命令执行模块(如Macro.Mac文件中程序)中的网格尺寸和位置数值，粒子信息输入模块(如GPS.in文件中程序)中的靶点信息数值即可快速切换场景获得最快的屏蔽结果。
附图说明
[0025]图1示出Geant4平台中各模块连接示意图；
[0026]图2示出散点图形式可视化结果。
具体实施方式
[0027]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0028]本专利技术的原理是通过搭建抽象的安检机过程物理平台，简化安检机的发射源(靶点)的连续光谱为单一光谱，选取X射线最大能量作为单一光谱的能量，利用不同位置放置的铅板和钢板组合模拟安检机的屏蔽结构。在上述基础上，通过Geant4模拟发射粒子撞击准直器或水散射体发生了光电效应，康普顿效应等，在屏蔽体和通道板后方搭建理想吸收体，并在理想吸收体表面和内部划分网格，提取表面网格中捕获的粒子的数量，截取若干区域粒子分布密度进行对比。在粒子分布密度高的区域对屏蔽体或通道板的厚度、外形和位置进行调整后，再次仿真提取屏蔽体和通道板后吸收体内部网格中的能量沉积，在若干网格中能量沉积值接近的情况下即判定符合初始屏蔽设计要求。其中，合适结果的粒子密度标定由对现实中达到合格屏蔽条件的物理过程模拟得出。
[0029]基于此原理，本专利技术提供了一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，包括如下步骤：
[0030]步骤1，搭建Geant4平台；
[0031]步骤2，在Geant4平台下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Geant4的通用安检机射线屏蔽设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，搭建Geant4平台；步骤2，在Geant4平台下，创建安检机射线屏蔽项目模块，在射线屏蔽项目模块下创建以下模块：创建管理模块，用于初始化探测结构类和物理过程类，载入粒子束输入模块，载入命令执行模块并进行可视化管理；创建初始化模块，用于初始化发射粒子为gamma；创建命令控制模块，用于定义beamOn命令和mesh网格划分信息过程；其中，beamOn命令定义了发射粒子事件过程；mesh网格划分信息用以提取网格粒子发射事件信息；创建探测结构模块，用于模拟安检机射线系统，包括：以材料铅和铁构成模拟安检机光路结构中的准直器，以材料铅模拟准直器旁的屏蔽体和通道板，以材料水模拟散射体，创建安检机的X射线粒子发射过程中由靶点发射经过准直器到达探测器的物理位置，创建准直器旁屏蔽体的尺寸和位置信息，创建通道板的尺寸和位置信息，在屏蔽体和通道板后方建立不小于其尺寸的理想吸收体；其中，理想吸收体是指小厚度即可吸收全部的粒子能量的物体；创建粒子对象模块，用于定义发射粒子的属性信息；创建物理过程模块，用于定义基于Geant4中的X射线发生撞击的物理过程；创建物理过程截断模块，用于定义粒子的截断命令和粒子的截断方式；创建粒子源信息接口模块，用于初始化出射粒子信息和接口；创建粒子发射动作模块，用于定义输出模拟中每次发射的粒子能量信息；步骤3，创建管理模块中指定的粒子束输入模块和命令执行模块，其中，粒子束输入模块用于定义粒子束的发射角度，命令执行模块用于执行发射给定数量的X射线粒子并在理想吸收体表面建立网格以捕获X射线粒子的数量，在理想吸收体内部建立网格以收集X射线粒子的能量沉积，执行输出粒子数量和能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炎，田顺吉，杨卫国，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：