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Statistical algorithms are presented for modeling the interaction processes between electrons and matter. A software
implementation has been developed for hybrid supercomputers making use of NVIDIA© CUDA©
technology. Standard Monte Carlo schemes are modified for effectively exploiting the parallel computing capabilities
of graphical processors. The model of individual collisions (MIC) is used to describe the interaction of
electrons with atoms. This model does not include the approximations assumed in multiple collision theory or
the continuous slow down approach with the Landau theory for energy-loss fluctuations. The distributions of
electron characteristics are obtained from tabulated electron cross section data. The examples discussed in this
paper demonstrate the applicability of the algorithms to investigating the interaction of electrons with X-ray tube
targets producing Bremsstrahlung. The proposed technique can be used for mathematical modeling in radiography.
An approach is presented to construct operators for transforming the characteristics of incident radiation to transmitted radiation, as well as operators for transforming the transmitted radiation to measured values. Simu-lating the radiation transport is based on Monte Carlo modeling of the interaction of X-ray photons and electrons with matter. The proposed method permits to construct, for instance, the operator connecting the initial radiation spectrum with the absorbed photon energy penetrating a given object. The elaborated approach provides the possibility of effective mathematical modeling of radiation techniques such as radiography, treating complex multi-component objects. Moreover, the method can be used to construct the operator equation for solving in-verse problems, e.g. the reconstruction of the initial radiation spectrum using simple experimental measure-ments. Comparison with some experimental measurements is presented.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiographie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Gegensatz zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexizitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.
In this contribution, we present a dual high-energy X-ray imaging technique for cargo container inspection using the 'spectral high-energy X-ray attenuation method'. This method is based on attenuation of continuous highenergy spectra. The developed experimental technique consists of a betatron as high-energy (up to 7.5 MeV) X-ray source and a matrix detector with high spatial resolution (400 ìm) for digital X-ray imaging. In order to evaluate the material discrimination capability using dual high-energy X-ray imaging, a test specimen is proposed, comprising step wedges of different low and high atomic number (Z) materials. The selected X-ray spectra for the dual-energy experiments correspond to 3 MV and 7.5 MV acceleration potential of the betatron. We evaluated the ratio between low- and high-energy X-ray attenuation coefficients quantitatively based on simulated poly-energetic high-energy X-ray source spectra and the detector sensitivity using the 'analytical Radiographic Testing inspection simulation tool' (aRTist) developed at BAM. The simulated effective attenuation coefficients are compared with corresponding experimental results in order to establish a method for identification of low- and high-Z materials in the container. Finally, important applications of the proposed technique in the context of aviation security are discussed.
In this contribution, we discuss the influence of scattered radiation on materials’ effective attenuation coefficients at higher X-ray energies. The selected X-ray spectra for the dual-energy experiments correspond to 3 MV and 7.5 MV acceleration potential of the used betatron. Experiments were performed on a test phantom containing step wedges of different low- and high-Z materials. We evaluated the ratio between low- and high-energy X-ray attenuation coefficients quantitatively based on simulated poly-energetic high-energy X-ray source spectra and the detector sensitivity using the “analytical Radiographic Testing inspection simulation tool” (aRTist) developed at BAM. Furthermore, the influence of scattered radiation is evaluated using an efficient Monte-Carlo simulation. The simulation results are compared quantitatively with experimental investigations. Finally, important applications of the proposed technique in the context of aviation security are discussed.
Radiography benchmark 2014
(2015)
The purpose of the 2014 WFNDEC RT benchmark study was to compare predictions of various models of radiographic techniques, in particular those that predict the contribution of scattered radiation. All calculations were carried out for homogenous materials and a mono-energetic X-ray point source in the energy range between 100 keV and 10 MeV. The calculations were to include the best physics approach available considering electron binding effects. Secondary effects like X-ray fluorescence and bremsstrahlung production were to be taken into account if possible. The problem to be considered had two parts. Part I examined the spectrum and the spatial distribution of radiation behind a single iron plate. Part II considered two equally sized plates, made of iron and aluminum respectively, only evaluating the spatial distribution. Here we present the results of above benchmark study, comparing them to MCNP as the assumed reference model. The possible origins of the observed deviations are discussed.