輻射成像

輻射成像技術最早起源於1895年倫琴發現X光。目前，基於各種放射性同位素衰變產生的γ光以及人類發明的X光機產生的X光的成像技術越來越深入到人類社會的方方面面，無論是醫院的X光片、醫學CT、大型工業CT、機場車站安檢設備、海關集裝箱檢測等，都是基於這種技術。

中子成像具有和X/γ光成像不同的特點。X/γ光對輕元素不敏感，其反應截面隨着物體的原子序數增加近似成線性規律變化。而中子則對輕元素相當敏感，其反應截面與原子序數的變化無明確的規律。這使得中子成為一種材料分辨能力強的成像手段。例如，目前中子是爆炸物品檢測的一種很有前途的手段。

X/γ光和中子都是不帶電荷的輻射。從20世紀70年代開始，利用質子、電子、重離子、μ介子等帶電粒子成像的技術也得到了蓬勃的發展。

帶電粒子成像在某些場合中的應用比不帶電粒子成像具有極其明顯的優勢。例如在核武器研究的閃光照相技術中，高能質子照相的空間分辨率和密度分辨率相比X光成像可以有量級的提高，且能實現X光難以實現的多視角多時刻照相。

在另一些場合，帶電粒子成像的指標並不比不帶電粒子成像有明顯的優勢，但其使用可以大幅簡化系統。例如質子/重離子是當前癌症治療極有前途的方法，在實施治療之前，需要用CT技術精確定位腫瘤。目前X光CT技術已經可以做到mm量級的定位，完全滿足治療需求，但X光CT機和質子/重離子治療機是兩套系統，從腫瘤檢測到腫瘤治療具有一定的時間間隔和空間距離，這可能會影響到治療效果，尤其是某些位置不完全固定的腫瘤。如果採用質子/重離子成像來定位腫瘤，就可以在同一套系統中完成定位和治療，克服上述問題。因此這些技術獲得了快速的發展。

輻射成像可以分為直接成像和磁透鏡成像兩大類。

直接成像是電磁輻射穿過被照樣品後，在探測器上形成圖像。

對於帶電粒子成像，由於帶電粒子會受到樣品中原子核的庫倫散射作用而發生方向偏轉，直接成像獲得的圖像可能有較大模糊。

磁透鏡的功能類似光學透鏡，可以把受到庫倫散射作用的粒子重新匯聚起來，減小模糊，獲得清晰的圖像。

對於直接成像成像，成像裝置主要是輻射源和探測器。

對於磁透鏡成像，除了輻射源和探測器外，還需要磁透鏡。

輻射源是產生電磁輻射的裝置。

不同的輻射有不同的產生方法。

X/γ光的產生方法有放射性同位素、X光管、高能電子加速器。

中子的產生方法有放射性同位素、反應堆、加速器、中子管。

質子、電子、重離子的主要產生方法是高能加速器。

μ介子的主要產生方法是宇宙射線與地球大氣上層區域碰撞。

探測器主要有感光片、閃爍體、半導體二極管陣列等。

磁透鏡的功能類似光學透鏡，但其偏轉的是帶電粒子，而不是可見光。

一般採用四極磁鐵等傳輸元件形成磁透鏡。圖中為最常用的磁透鏡，由四塊四極磁鐵組成。