【摘要】：針對經(jīng)典μ子成像方法用于特殊對象結(jié)構(gòu)探測的技術(shù)難點(diǎn),提出了一種通過直接比較對象發(fā)生結(jié)構(gòu)變化前后μ子散射特征的差異來進(jìn)行形變類型和尺度判定的新思路,稱為正向參比法。相比于經(jīng)典的逆向反演法,該方法在原理上對于初始結(jié)構(gòu)已知的特殊核對象的結(jié)構(gòu)變化探測更有優(yōu)勢。從初步模擬結(jié)果來看,在合理的天然μ子通量下,該方法可實(shí)現(xiàn)鈾板內(nèi)亞毫米尺度水平狹縫的存在及其尺度的準(zhǔn)確判定。
【圖文】：

狳昂蠖蘊(yùn)烊揮鈧嬪湎搟套擁納⑸涮卣?變化來識別目標(biāo)對象所發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化類型以及評估該特定結(jié)構(gòu)變化的尺度的新方法。由于該方法不涉及逆向的圖像反演（重建）過程，，而是采用了與預(yù)先建立的參比數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對的方法。并且，由于該方法規(guī)避了繁瑣且易被干擾的圖像重建過程，與目標(biāo)對象的初始結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度無關(guān)，因而對于重核材料對象結(jié)構(gòu)變化診斷相關(guān)領(lǐng)域而言，其適用性要比傳統(tǒng)成像反演方法更為廣泛。1方法原理為了解決傳統(tǒng)的μ子散射成像反演法用于特殊目標(biāo)對象結(jié)構(gòu)差異診斷上的難題，我們嘗試了一種新的方法，如圖1所示。其基本思想是：首先，建立目標(biāo)對象標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論模型(P1)，然后充分考慮目標(biāo)對象所有可能發(fā)生的一系列結(jié)構(gòu)變化（包括形變類型、尺度、位置等多個(gè)參量），建立一組或多組與之分別對應(yīng)的微擾模型(P2)。在這一步驟中，微擾模型體系必須具有很好的完備性。其次，通過蒙特卡羅模擬獲得上述各個(gè)微擾模型對應(yīng)的μ子散射特征量(P3)，然后將這些散射特征量與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化形成一一對應(yīng)的映射關(guān)系，從而組成一套完備的參比數(shù)據(jù)庫待用(P4)。P1P4這幾個(gè)步驟（圖1中虛線框內(nèi)）構(gòu)成了該方法的先決條件。而在日常應(yīng)用（步驟13）中，對于實(shí)際待測目標(biāo)對象，采用μ子成像平臺實(shí)驗(yàn)測量方法獲得其μ子散射特征量，然后將該散射特征與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，尋找出相似度最高的條目，即可在給定的顯著性水平α下，判定待測目標(biāo)對象發(fā)生了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化。由于該方法摒棄了較為繁瑣、易引入誤差的圖像反演過程，試圖通過直接比較兩種狀態(tài)下的目標(biāo)對象對μ子的散射特征的差異來獲取目標(biāo)對象的結(jié)構(gòu)變化信息，因而僅涉及正向的散射測量過程，故稱之為“正向參比法”。圖1正向參比法的實(shí)現(xiàn)及其所涉及的關(guān)鍵技術(shù)Fig.1Im

肖灑等：基于天然μ子散射特征評估鈾板內(nèi)水平狹縫寬度的方法050202-3圖2鈾板狹縫模型Fig.2SchematicillustrationofUslabswithaseriesofslitwidths.2.1.2μ子散射的蒙特卡羅模擬為了獲得足夠多的μ子散射徑跡，我們編制了一套基于GEANT4的μ子成像系統(tǒng)來模擬μ子在目標(biāo)對象中的多重庫侖散射(MultipleCoulombScattering,MCS)行為。天然宇宙射線μ子源項(xiàng)采用CRY軟件包[4]來生成。模擬計(jì)算中考慮了μ子與材料的庫侖散射、電離以及軔致輻射等主要物理作用。2.1.3數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建根據(jù)Moliere經(jīng)驗(yàn)公式，μ子散射極角概率分布函數(shù)f(θ)對不同目標(biāo)對象具有較好的特異性，故本文選取f(θ)作為μ子散射特征量。然而，由于天然μ子能譜范圍極廣、入射方向各異，f(θ)往往難以采用精確的解析函數(shù)進(jìn)行描述。并且由于μ子與物質(zhì)多重庫侖散射的隨機(jī)性，即使對于同一目標(biāo)，兩次實(shí)驗(yàn)得到的散射角分布也可能存在差異�？紤]這兩方面的因素，實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)行同一條件下的多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)來構(gòu)建總體f(θ)的多個(gè)獨(dú)立樣本。2.2目標(biāo)對象結(jié)構(gòu)變化的判定——基于假設(shè)檢驗(yàn)的二元分類器根據(jù)上述分析，利用正向參比法評估目標(biāo)物體結(jié)構(gòu)變化的核心問題可歸結(jié)為待測目標(biāo)對象μ子散射特征量與預(yù)建數(shù)據(jù)庫中μ子散射特征量之間的比對問題�？紤]到實(shí)際采用的是多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得的多個(gè)相互獨(dú)立的散射角分布樣本，因此問題的實(shí)質(zhì)是：在總體分布形式f(Θ)未知的條件下，檢驗(yàn)兩個(gè)獨(dú)立樣本是否取自同一總體的非參數(shù)檢驗(yàn)問題。這里采用比較累積頻數(shù)分布函數(shù)的Kolmogorov-Smirnov(KS)檢驗(yàn)方法[5]，其具體過程如下：令Θ為單個(gè)μ子的散射角度量：Θ=(Δθx)2+(Δθy)2(1)式中：Δθx、Δθy分別為XZ和YZ平面上的累積偏轉(zhuǎn)角。假定?


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