مدلسازی دستگاه تصویربرداری پس پراکنشی ایکس با استفاده از کد MCNPX

نوع مقاله : مقاله کامپیوتر

نویسندگان

1 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

2 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی3486-11365 ، تهران‌- ایران

3 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

پرتوهای ایکس کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های پزشکی، صنعت، تحقیقات علمی، مسائل امنیتی و ... دارند. استفاده از پرتوهای ایکس و گاما به منظور بازرسی محموله‏های گمرکی، خودروها و همچنین اشخاص قدمتی حدوداً 50 ساله دارد و امروزه بطور چشمگیری در سراسر دنیا به منظور جلوگیری از حمل سلاح و مواد مخدر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بطور کلی، تا به امروز سیستم‏های تصویربرداری عبوری در مقایسه با تصویربرداری پس‏پراکندگی بیشتر توسعه یافته‌اند. این در حالیست که سیستم‏های تصویربرداری پس‏پراکندگی به دلیل مزایای ذاتی خود دارای کاربردهای خاص و منحصر به فردی می‏باشند. همچنین به دلیل اینکه کل سیستم تصویربرداری در یک سوی جسم قرار دارد، امکان تصویربرداری سیار برای این نوع مدالیته امکانپذیرتر است. در این تحقیق، با بهره گیری از روش مونت کارلو با کد MCNPX یک دستگاه تصویربرداری پس پراکنشی ایکس مدلسازی شد. در ابتدا یک لامپ مولد ایکس با ولتاژ 160 کیلوولت مدلسازی و در ادامه خروجی لامپ با خروجی لامپهای تجاری موجود مورد بررسی قرار گرفت. در گام بعدی هندسه دستگاه ،سیستم آشکارسازی و جسم تحت اسکن طراحی و مدل شد. نتایج نشان داد امکان تشخیص حبابهایی با قطر 5، 10 و 20 میلیمتر برای یک جسم در فاصله 5 سانتیمتری میسر است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modeling of x-ray backscatter imaging system using MCNPX code

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Askari 1
  • AmirMohammad Beigzadeh 2
  • Ali Taheri 3
1 Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
2 Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-3486, Tehran - Iran
3 Radiation Application Research School-, Nuclear Science and Technology Research Institute-Tehran-Iran
چکیده [English]

X-rays have wide applications in medicine, industry, scientific research, security issues, etc. The use of X and gamma rays to inspect cargo, cars, as well as persons has about 50 years old and today they are widely used around the world to prevent the carrying of weapons and drugs. In general, nowadays transmission systems have been more developed than back-scattering imaging. On the other hand, x-ray backscatter imaging system have special and unique applications due to their inherent advantages. Also, because the entire imaging system is on one side of the object, mobile imaging is more possible for this type of modality. In this research, an x-ray backscatter imaging system was modeled using the Monte Carlo method by means of MCNPX code. First, a 160 kV X-ray tube was modeled then the tube output was examined with the spectrum of the commercial tube. In the next step, the geometry of the device, the detection system and the scanned object were designed and modeled. The results showed that it is possible to detect bubbles with a diameter of 5, 10 and 20 mm for an object at a distance of 5 cm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • x-ray backscatter imaging system
  • MCNPX code
  • industrial imaging
  • Non-destructive testing

مراجع

[1] J. Moore, "Environmental chemistry". Elsevier, 2012.
[2] A. Assmus, "Early history of X rays." Beam Line, 1995.
[3] A.K. Singh, "Advanced x-ray techniques in research and industry", IOS press, 2005.
[4] N. Jaccard, T.W. Rogers, E.J. Morton, L. D. Griffin. "Detection of concealed cars in complex cargo X-ray imagery using deep learning. ", Journal of X-ray Science and Technology, Vol. 25, NO. 3, June 2017, pp. 323 – 339
[5] G. Zentai, "X-ray imaging for homeland security." International Journal of Signal and Imaging Systems Engineering, Vol. 3, NO. 1, 2010, pp. 13 – 20.
[6] B.C. Towe, M.J. Alan, "X-ray backscatter imaging." IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 9, 1981, pp. 646-654.
[7] M. Krumrey, L. Cibik, P. Müller, M. Bavdaz, E. Wille, M. Ackermann, M. J. Collon. "X-ray pencil beam facility for optics characterization. ", Space Telescopes and Instrumentation 2010: Ultraviolet to Gamma Ray,Vol. 7732, 2010
[8] E.Mainegra‐Hing, I. Kawrakow, "Efficient x‐ray tube simulations", Medical physics, Vol. 33, NO. 8, 2006, pp. 2683-2690.
[9] A. McPherson, J. Wang, P. L. Lee, D. M. Mills. "A new high-speed beam chopper for time-resolved X-ray studies. ", Journal of synchrotron radiation, Vol. 7, NO. 1, 2000, pp. 1 – 4.
[10] G.F. Knoll, Radiation detection and measurement. John Wiley & Sons, 2010.
[11] میرمحمد اتفاق و دانیال بهکام کیا، " شبیه سازی و بررسی آماری پاسخ دینامیکی پل بر اثر عبور خودرو با خصوصیات و کلاس‌بندی اتفاقی در شرایط مختلف سطح جاده"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 14، شماره 47، زمستان 1395، صفحه 77- 93.
[12] حمید فلقی، مریم رمضانی و محمودرضا حقی فام، " تحلیل تأثیر نیروگاه‌های بادی بر قابلیت تبادل شبکه‌های انتقال در سیستم قدرت"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 10، شماره 30، پاییز 1391، صفحه 61- 75.
[13] حسین شریف زاده، نیما امجدی و میلاد غلامی فرد، " ارزیابی امنیت استاتیک سیستم قدرت در حضور عدم قطعیت با استفاده از روش تخمین نقطه‌ای"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 15، شماره 51، زمستان 1396، صفحه 359- 370.
[14] L.S. Waters, "MCNPX user’s manual.", Los Alamos National Laboratory, 2002
[15] S.J. Wilderman, S.M. Hames, M.J. Flynn, W.R. Martin, 1994. "Monte Carlo calculation of x-ray spectra emitted by various anode materials at low voltages. ", Proceedings of 1994 IEEE Nuclear Science Symposium-NSS'94, Vol. 4, 1994, pp. 1537 – 1541.
[16] S. Kim, H. Song, B. Movsas, I. J. Chetty., "Characteristics of x‐ray beams in two commercial multidetector computed tomography simulators: Monte Carlo simulations." Medical physics, Vol. 39, NO. 1, 2012, pp. 320 – 329.
[17] A. Arectout, , I. Zidouh, , Y. Sadeq , M.Azougagh, ,  B. Maroufi, E. Chakir, H.Boukhal,. "Calculation of X-ray spectra characteristics and kerma to personal dose equivalent Hp (10) conversion coefficients: Experimental approach and Monte Carlo modeling." Nuclear Engineering and Technology, Vol. 54, NO. 1, 2022, pp.301-309.
[18]  M. Arslan, T. Yadigaroglu, M. Muhsuroglu, I. Kacar, "Design and production of a fixed anode x-ray tube." International Advanced Researches and Engineering Journal. , Vol. 2, NO. 2, August 2018, pp. 153 – 158.
[19] J. Tu,., P.C. Brennan, , S. Lewis, S.Tavakoli Taba, " A bibliometric and social network analysis perspective of X‐ray phase‐contrast imaging in medical imaging." Journal of medical radiation sciences, NO. 1, 2022, pp. 37-46.
[20]  Carpentieri, C., C. Schwarz, J. Ludwig, A. Ashfaq, and M. Fiederle. "Absolute dose calibration of an X-ray system and dead time investigations of photon-counting techniques." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 187, NO. 1, 2002, pp. 71 – 77.
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 20، شماره 71
دی 1401
صفحه 77-86

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 20 بهمن 1400
  • تاریخ بازنگری: 08 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 29 مرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار