利用缪子散射层析定量评估高 Z 与中 Z 材料的成像

缪子散射层析（MST）已被证明是一种对高屏蔽物体进行非侵入式成像的强大技术。我们在此展示 MST 技术应用于研究两类核废料包，即一个小钢桶和一个大型核废料罐，即 CASTOR V/52。我们开发了一种使用对比度噪声比（CNR）的定量方法，以评估 MST 探测器系统在不同屏蔽类型的核废料包内区分高 Z、中 Z 和低 Z 材料方面的性能。本研究表明，我们的 MST 探测器系统能够在六小时的缪子照射时间内，以 3.1±0.2 的 CNR 值，区分嵌入小钢桶内混凝土基体中的（10×10×10 cm³）铀立方体与背景信号区域。在对高屏蔽罐的研究中，罐内内容的重建图像表明，我们的系统能够在 30 天缪子照射后以 5.0±0.3 的 CNR 值检测不规则篮筐，例如空篮筐。这些研究使用蒙特卡洛模拟完成，该模拟针对布里斯托大学建造的基于阻性板室（RPCs）的缪子层析系统性能进行调谐，其报道的位置分辨率为 350 微米。在此我们也报道了性能对位置分辨率的依赖关系。我们认为，使用分别具有 700 微米和 4 mm 位置分辨率的 RPC 和漂移室（DC）探测器组合，能够在数小时缪子照射时间内生成良好屏蔽材料的层析图像。在这些位置分辨率下，我们的系统需要六小时缪子照射时间，以 2.4±0.25 的 CNR 值生成由混凝土基体屏蔽的边长 10 cm 铀立方体的高质量图像。