圖1.中子射線成像的典型實驗裝置，改編自Nanda et al.，物理化學雜志C，2012.

用于無損檢測的新型(3D)中子成像技術可用于大面積，強化CCD相機系統。“來自普林斯頓儀器公司的新型PI-MAX4：2048f允許工程師和科學家通過在高靈敏度，精密門控ICCD攝像機中提供比較大的成像區域，更有效地，更經濟地利用動態中子射線照相。

介紹

每個工程師和科學家夢想能夠從內部調查物體，而不會破壞它們，以便研究裂縫，隱藏的缺陷或結構材料的變化。多年來，通過持續開發利用不同輻射模式的獨特特征的新技術，已經利用了各種技術來幫助實現這一夢想。不幸的是，最常見的模式，可見光不能用于實現從內部調查對象的這一愿景。可見光僅提供物體外表面的不透明視圖，因為它被大多數材料的表面反射或吸收(除了一些顯著的例外，如水和玻璃)。

部分或全部物體的透明度可以通過其他方式實現，包括x射線，超聲波，微波和紅外輻射。在所有這些模式中，x射線可能是最知名的，因為它們在許多醫療，工業和科學應用中的使用。根據樣品組成和調查目標選擇使用的x射線的具體特征(即，波長/能量，強度/通量)。

在本應用筆記中，我們將討論另一種輻射方式，即中子。自由中子僅由核反應產生。除了用于核反應堆的能源生產外，中子是原子和分子長度尺度材料研究的重要探針。他們證明對于越來越多的非破壞性調查非常有用，為工程師和科學家提供了強大的x射線補充。穿透厚壁樣品的中子實際上與x射線相似，但與物質的作用與X射線不同。

基本中子射線照相

由于它們與物質的相互作用，中子像x射線一樣提供了透射輻射的圖像(即中子射線照片)。然而，與x射線相互作用高度依賴于物質的原子序數的X射線相互作用不同，中子相互作用不依賴于原子序數。例如，雖然鉛有效地屏蔽了X射線，但它對中子幾乎是透明的。由于x射線和中子與物質的作用不同，這兩種輻射方式突出了物體內部結構的互補性質。對于中子射線照相，中子主要使用提供具有高靈敏度和高空間分辨率的數字圖像的特殊區域檢測器。參見圖1。

中子射線照相術用于廣泛的科學和工業應用中的非破壞性研究/測試。 圖2顯示了鎖的中子射線照相。 材料組成和厚度產生不同的圖像對比度，照亮鎖的各個部件以及檢測任何部件缺陷或可能的組裝錯誤。

圖2鋼鎖的中子攝影圖像，顯示各種金屬部件

使用普林斯頓儀器PI-MAX：1300 ICCD攝像機獲取的圖像由瑞士保羅·謝勒研究所提供。

動態中子射線照相術(dNR)

動態中子射線照相術用于時間依賴的非破壞性研究。 這種方法使得工程師和科學家能夠獲取實時數據并觀察其組件通常使用其他輻射方式(如x射線)無法看到的系統的內部工作。 這種調查的典型設置類似于圖1所示的設置，盡管ICCD照相機增強器的門控必須與正在研究的系統(例如，正在運行的發動機)的周期性同步。

跑步發動機是這種調查的一個典型例子。 它們的快速周期性過程可以通過精確觸發的短時間曝光的時間序列來觀察。 例如，圖3示出了由電動機驅動的運行的摩托車發動機的三個動態中子射線照相圖像。

圖3以1200rpm運行的摩托車發動機的動態中子射線照相圖像，其曝光時間為0.1毫秒。

使用普林斯頓儀器PI-MAX：1300 ICCD相機獲取的圖像由瑞士保羅·謝勒研究所提供。

動態中子射線照相還被用于觀察潤滑油在功能摩托車離合器內的實時分散。 研究人員解釋說，雖然x射線被金屬強烈吸收，潤滑劑幾乎看不到，但與中子完全相反：金屬是透明的，油吸收中子1。

圖4顯示以8000rpm運行的二沖程鏈鋸發動機的動態中子射線照相測量。 這些框架顯示完全記錄的旋轉的不同的曲軸位置。 單張原始圖像的曝光時間為50微秒。

圖4動態中子射線照相圖像顯示以8000轉/分鐘運行的鏈鋸的72個不同曲軸位置中的6個，曝光時間為50微秒。

使用普林斯頓儀器PI-MAX：1300 ICCD相機獲取的圖像由瑞士保羅·謝勒研究所提供。

新技術

普林斯頓儀器公司最近推出了PI-MAX?4系列科學ICCD相機的新成員PI-MAX4：2048f(參見圖5)，這是動態中子射線照相術的理想選擇。 PI-MAX4：2048f提供了任何其他市售的強化CCD相機的四倍的成像面積。考慮到操作中子源的成本，這個更大的成像區域可以收集更多的圖像數據。

圖5新普林斯頓儀器公司的PI-MAX4：2048f攝像機系統為工程師和科學家提供了高效。

精確的時序控制以及更高效地進行動態中子射線成像所需的大型成像區域。

高靈敏度的PI-MAX4：2048f具有光纖耦合到幾代Gen II或Gen III無薄膜增強器之一的2k x 2k CCD，是目前市場上唯一提供6 MHz / 16-bit高幀頻的ICCD相機，位數字化，以及1 MHz持續門控重復率。內置于新相機中的集成可編程定時發生器SuperSynchro使其成為動態中子射線照相的理想選擇。

此外，最新的普林斯頓儀器LightField?數據采集軟件可作為選件提供，可通過非常直觀的用戶界面完全控制所有PI-MAX4硬件功能。 LightField提供自動缺陷校正，精確曝光控制和大量創新功能，便于捕獲和輸出中子成像數據。

概要

中子射線照相術為X射線成像提供了非常好的補充，用于各種非破壞性研究，包括材料研究，核技術，古生物學，考古學和水文地質學。同樣地，動態中子射線照相補充時間依賴的非破壞性研究中的x射線模態，例如與內燃機，燃料電池和兩相流系統有關的研究。

普林斯頓儀器公司的新型PI-MAX4：2048f允許工程師和科學家通過在高靈敏度，精密門控ICCD攝像機中提供比較大的成像區域，更有效地利用動態中子射線照相術，并且更具成本效益。對于科學和工業應用，中子成像的好處將繼續增長，因為需要“看過去”的金屬成分，并觀察少量的有機材料不斷增加。

審核編輯 黃宇