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多重库仑散射对小尺度物体缪子透射成像精度的影响

Influence of multiple Coulomb scattering on accuracy of muon transmission imaging of small-scale matter

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缪子透射成像方法是一种基于宇宙线缪子穿过目标物体前后的通量变化,进而获得其内部密度结构的无损探测成像方法.缪子透射成像方法假设缪子在低原子序数物质中沿直线运动,但实际上多重库仑散射作用会使缪子路径一定程度上偏离直线,有可能对成像精度造成影响.为此,本文使用Geant4软件包开展了缪子透射成像蒙特卡罗模拟,针对数米尺度多种密度结构的模型,定量分析了打开和关闭多重库仑散射物理过程时对成像精度的影响.结果表明:对于数米尺度标准岩石物质,缪子透射成像方法能够很好地恢复内部密度异常几何特征;但多重库仑散射作用对目标物体内部区域近垂向缪子通量造成的偏差可达5％,而在目标物体边界区域的偏差可达13％.因此,需要宇宙线缪子透射成像中考虑多重库仑散射作用的影响,以获得数米尺度目标物体更准确的绝对密度值成像结果.

张建鸣、李志伟、刘芳、李景太、冒鑫、程雅苹、庞捷、冯鑫茁、倪四道、欧阳晓平、韩然

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华北电力大学核科学与工程学院, 北京 102206

北京卫星环境工程研究所, 可靠性与环境工程重点实验室, 北京 100094

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 大地测量与地球动力学国家重点实验室, 武汉 430077

西北核技术研究所, 西安 710024

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多重库仑散射 宇宙线缪子 密度结构 成像精度 透射成像

国家自然科学基金国家自然科学基金

4217407641974064

2023

10.7498/aps.72.20221792

物理学报
中国物理学会，中国科学院物理研究所

物理学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.038
ISSN：1000-3290
年,卷(期)：2023.72(2)
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