[發明專利]一種基于Geant4的通用安檢機射線屏蔽設計方法

在審

• 申請號: 202011255165.5
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112434460A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 陳炎;田順吉;楊衛國
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明提供了一種基于Geant4的通用安檢機射線屏蔽設計方法，包括：在Geant4平臺下，創建安檢機射線屏蔽項目模塊，在該模塊下創建管理模塊、命令控制模塊等；創建管理模塊中指定的粒子束輸入模塊和命令執行模塊，粒子束輸入模塊用于定義粒子束的發射角度，命令執行模塊用于在理想吸收體表面建立網格以捕獲發射粒子的數量，在理想吸收體內部建立網格以收集發射粒子的能量沉積，執行輸出粒子數量和能量沉積文件中程序的命令；創建命令執行模塊中指定的粒子信息輸入模塊；管理模塊組織編譯生成屏蔽仿真可執行文件；運行屏蔽仿真可執行文件，獲得命令執行模塊要求的射線屏蔽結果；根據射線屏蔽結果，調整模擬安檢機射線系統中的參數，直至得到滿足要求的結果。

技術領域

本發明屬于射線屏蔽設計領域，特別涉及一種基于Geant4的通用安檢機射線屏蔽設計方法。

背景技術

目前，X射線安檢機以射線發射接收位置區分，包括射線底視角、側視角和頂視角基本三種類型，在三種類型中針對不同應用場景和需求包含多種通道的尺寸，不同發射位置、不同通道尺寸使得X光機與準直器距離，光機到探測器盒距離、內置準直器的屏蔽盒寬度各不相同。另外，行李物品安檢機和貨運安檢機的X光機發射的能量也不相同，比如，行李物品安檢機使用的X射線發射最高能量有100Kev，160Kev等，再比如，貨運安檢機使用的X射線發射最高能量有200Kev，320Kev等。不同的光機射線能量和不同的距離造成了射線的屏蔽差異。對于安檢機來說，射線的輻射屏蔽材料一般選用鉛板，在滿足國家標準劑量值的情況下，如果都用相同厚度的鉛板，必定造成材料的過度使用。安檢機結構相近，如果針對每個結構進行單一的射線屏蔽設計，必定造成設計成本的增加。

目前的射線屏蔽設計有數值計算法，軟件仿真法，數值計算法從吸收和散射兩個方面分別進行計算，以射線的發射軌跡，涉及的數值數量多，計算過程復雜。軟件仿真法有些是商業軟件需要專業的人員進行模擬計算，數值更精確，設計周期長，設計成本高。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種基于Geant4的通用安檢機射線屏蔽設計方法，在Geant4平臺中對現實中達到合格屏蔽條件的物理過程搭建物理過程平臺，抽象安檢機的射線發射物理過程，如射線經過準直器的物理過程抽象為射線發射源距離一定厚度準直器發射粒子，準直器兩側的屏蔽盒抽象為連續排列的厚度不均一的屏蔽體；射線作用于通道內散射體抽象為發射源離散射體一定距離，在垂直于發射方向并避讓發射口搭建兩塊屏蔽體；射線穿透探測器板后到達屏蔽盒蓋的屏蔽防護抽象為射線發射源距離一定厚度屏蔽體發射粒子。在屏蔽體后設置表面和內部帶網格的理想吸收體捕獲發生光電效應，康普頓效應后的粒子數量和能量沉積，首先建立若干劃分網格后捕獲粒子密度對比，以此結果作為目標運用于不同尺寸安檢機屏蔽的分界線的建立，接著對屏蔽分界線內屏蔽體尺寸、位置等進行調整，模擬仿真后在同等尺寸網格中對理想吸收體內能量沉積進行對比，如果同等尺寸網格中能量沉積數據接近，則該次屏蔽體尺寸、位置結果為最終設計。

本發明提供的技術方案如下：

基于Geant4的通用安檢機射線屏蔽設計方法，包括：

步驟1，搭建Geant4平臺；

步驟2，在Geant4平臺下，創建安檢機射線屏蔽項目模塊，在射線屏蔽項目模塊下創建以下模塊：

創建管理模塊，用于初始化探測結構類和物理過程類，載入粒子束輸入模塊，載入命令執行模塊并進行可視化管理；

創建初始化模塊，用于初始化發射粒子為gamma；

創建命令控制模塊，用于定義beamOn命令和mesh網格劃分信息過程；其中，beamOn命令定義了發射粒子事件過程；mesh網格劃分信息用以提取網格粒子發射事件信息；