本书系统性地阐述了X射线成像技术的完整知识体系，涵盖从基础理论（如X射线物理原理、光子与物质相互作用）、技术方法（辐射源设计、探测器类型、辐射输运模拟、成像系统配置与优化、数字射线照相（DR）、计算机断层扫描（CT））到实际应用（航空航天零部件检测、货物安检、汽车制造监测、武器弹药表征、特殊核材料探测、文物与艺术品成像）的全链条内容，同时强调辐射剂量与安全防护（如剂量单位、屏蔽设计、线性无阈值（LNT）模型），并明确区分了工业与医学X射线成像的核心差异（如剂量关注度、探测器设计、动态范围）。本书还详细介绍了X射线成像技术的发展历程，从早期的X射线发现到现代工业CT的广泛应用，展现了这一技术在工业检测领域的革命性进步。书中不仅回顾了X射线成像技术的历史，还探讨了未来的发展趋势，包括分布式X射线源、先进算法以及新型探测器技术等。

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1984.9-1988.7 广州中山大学数学系应用数学专业 理学学士 1993.9-1996.7 成都四川大学计算机科学系计算机应用专业 工学硕士 2003.9-2008.7 中国工程物理研究院研究生部光学专业 理学博士1988年7月至今 中国工程物理研究院流体物理研究所，其中1993年被聘为助理研究员、1998年被聘为高级工程师、2008年被聘为研究员。

目录
第1章 无损评价导论 1
1.1 NDE、NDT、NDC简史 2
1.2 NDE在寿命周期管理中的应用 7
1.3 X射线和γ射线成像 7
1.4 其他NDE方法（X射线和γ射线或高能粒子除外） 10
1.4.1 电磁辐射方法 10
1.4.1.1 可见光光子的光学检验 11
1.4.1.2 热成像或红外成像 13
1.4.1.3 GHz-THz（微波和毫米波） 15
1.4.2 利用声能的 NDE 方法 17
1.4.2.1 超声检测 17
1.4.2.2 声发射 19
1.4.3 使用示踪剂的 NDE 方法 19
1.4.3.1 着色渗透检测 19
1.4.3.2 磁粉检测 20
1.4.3.3 泄漏检测 21
1.4.4 其他NDE方法 22
1.4.4.1 涡流NDE 22
1.5 NDE的有效性与统计学特征 23
1.5.1 检测概率 23
1.5.2 阳性预测值与阴性预测值 24
1.5.3 受试者操作特征曲线 26
1.6 开展 NDE 的时机和频次 27
1.7 工业X射线成像与医用X射线成像的比较 27
第2章 X射线史 29
2.1 引言 29
2.2 奠定基础 29
2.3 X射线的发现 31
2.4 X射线发现后的反响 36
2.5 放射性的发现 39
2.6 放射治疗 40
2.7 柯立芝管 40
2.8 计算机断层扫描 41
2.9 工业CT 43
2.10 辐射事故 45
第3章 X射线和γ射线成像的应用价值 48
3.1 引言 48
3.2 X射线和γ射线成像的优势 48
3.3 X射线和γ射线成像的局限性 54
3.4 实际操作中的相关问题 58
3.5 小结 58
第4章 X射线源和γ射线源物理 60
4.1 引言 60
4.2 高能光子的类型：X射线、γ射线和湮灭辐射 62
4.2.1 电子与X射线辐射的产生 63
4.2.1.1 轫致辐射（电子受阻或减速） 68
4.2.1.2 特征X射线 70
4.2.1.3 加速的带电粒子 72
4.2.2 原子核与γ射线和X射线的产生 72
4.2.3 湮灭辐射的产生 76
4.2.4 用于表征和描述高能光子的单位 77
第5章 高能光子（X射线和γ射线）与物质的相互作用 80
5.1 引言 80
5.2 衰减和相位衬度 82
5.2.1 衰减：光电吸收、散射和对生成 85
5.2.1.1 吸收（光电吸收） 87
5.2.1.2 散射 88
5.2.1.3 对生成 92
5.2.1.4 光核反应 93
5.2.1.5 光致裂变 93
5.3 衰减度量单位 93
5.3.1 线衰减系数μ 93
5.3.2 质量衰减系数μm 96
5.3.3 原子衰减系数μa 96
5.3.4 摩尔衰减系数μM 97
5.3.5 各种衰减系数之间的关系 97
5.3.6 混合法则 98
5.3.7 总衰减/X射线和γ射线衰减现象 99
5.4 反射 104
5.5 X射线相位效应 106
5.5.1 折射 108
5.5.1.1 斯涅耳定律 109
5.5.1.2 X射线的全外反射 110
5.5.2 衍射 111
5.5.3 X射线相衬照相 114
第6章 辐射输运模拟 120
6.1 引言 120
6.2 为什么要模拟射线照相 120
6.3 常见输运模拟的辐射类型 121
6.4 模拟方法 121
6.4.1 离散坐标方法 122
6.4.2 射线追踪方法 122
6.4.2.1 XRSIM—X射线模拟 124
6.4.2.2 射线照相模拟代码 HADES 126
6.4.2.3 射线追踪小结 127
6.4.3 蒙特卡罗方法 128
6.4.3.1 MCNP代码（LANL） 130
6.4.3.2 TART、COG、Peregrine和MERCURY（LLNL） 131
6.5 光子输运模拟举例 131
6.5.1 MCNP在铅和混凝土反照率分析中的应用 132
6.5.2 MCNP在9MV直线加速器准直器设计中的应用 134
6.5.3 平板光电二极管阵列探测器内散射模糊的MCNP分析 135
6.5.4 HADES质子射线照相模拟用于流体动力学研究 138
6.5.5 COG模拟在货物检查中的应用 139
第7章 辐射剂量、安全和屏蔽 141
7.1 引言 141
7.2 辐射照射量、吸收剂量、剂量当量和有效剂量的度量 142
7.2.1 辐射照射量 142
7.2.2 吸收剂量 143
7.2.3 传能线密度和辐射加权因子 143
7.2.4 剂量当量 144
7.2.5 有效人体当量剂量 144
7.3 人体的辐射效应 145
xiiX射线成像 基础、工业技术与应用
7.3.1 线性无阈值（LNT）模型 147
7.3.2 低有效人体当量剂量对人体的风险 147
7.4 用于监测辐射照射量和吸收剂量的辐射测量 148
7.4.1 盖革-米勒计数器 148
7.4.2 电离室辐射计 151
7.4.3 个人剂量计 152
7.5 人体吸收剂量的来源 153
7.5.1 天然本底辐射 154
7.5.1.1 氡 154
7.5.1.2 陆地X射线和γ射线辐射 155
7.5.1.3 食品和饮料中的放射性同位素 155
7.5.1.4 宇宙辐射 156
7.5.2 人造辐射吸收剂量 156
7.5.2.1 职业剂量限制 157
7.5.2.2 营销辐射剂量 157
7.5.2.3 采矿遗留问题 158
7.6 辐射防护基础 158
7.6.1 内照射剂量 159
7.6.2 外照射剂量 160
7.6.3 屏蔽 161
7.6.3.1 半值层和十分之一值层厚度 163
第8章 辐射源 165
8.1 引言 165
8.2 理想辐射源 166
8.3 光源属性：亮度、辉度、辐照度、光子通量密度、光子能谱、光源尺寸 168
8.4 电力驱动的X射线源 169
8.4.1 X射线管 169
8.4.1.1 X射线管的常用设计要素和子系统 169
8.4.1.2 X射线管配置和类管源 179
8.4.2 基于电子加速器的X射线源 183
8.4.2.1 静电发生器 184
8.4.2.2 同步辐射X射线源 185
8.4.2.3 电子感应加速器 185
8.4.2.4 直线加速器 186
8.4.3 脉冲X射线源 187
8.4.3.1 脉冲X射线管 188
8.4.3.2 作为脉冲源的加速器 188
8.4.3.3 等离子体X射线源 188
8.4.4 激光驱动X射线源 189
8.4.4.1 KαX射线源189
8.4.4.2 自由电子激光X射线源 189
8.4.4.3 汤姆孙/逆康普顿散射X射线源 190
8.5 放射性同位素X射线源和γ射线源 193
第9章 辐射探测器 198
9.1 引言 198
9.2 理想探测器 198
9.3 统计学基本考量 199
9.4 探测原理 202
9.5 探测器类型 202
9.5.1 脉冲探测、能量鉴别或积分探测 203
9.5.2 点、线或面探测 203
9.6 探测器技术 205
9.6.1 底片 205
9.6.2 计算机射线照相技术 206
9.6.3 闪烁体 206
9.6.3.1 透明晶体、玻璃或陶瓷闪烁体 207
9.6.3.2 颗粒复合闪烁体 210
9.6.3.3 结构化闪烁体 210
9.6.4 基于CCD的闪烁体面探测器 212
9.6.5 基于CMOS的闪烁体面探测器 214
9.6.6 直接探测平板 214
9.6.7 间接探测平板 215
第10章 成像系统组件 217
10.1 引言 217
10.2 X射线成像中探测的信号源 219
10.2.1 PΦ的性质 226
10.2.2 本底或系统散射Sbk Φ的性质 227
10.2.3 物体散射Sobj Φ的性质 229
10.2.4X射线散射校正和射线成像细节 229
10.3 屏蔽与准直 233
10.3.1 准直器 235
10.4 防散射网栅 239
10.5 限制性小孔 242
10.6 物体定位与控制平台 244
10.7 DR/CT采集、处理、控制和显示 247
10.7.1 数据集有多大？ 249
10.7.2 屏幕上有价值的CT互动工具 249
10.7.3 用于CT数据采集的计算机 250
10.7.4 DR/CT处理对计算机的要求 251
10.7.5 CT重建计算机 252
10.7.6 显示CT数据 253
第11章 成像系统配置 256
11.1 引言 256
11.2 一维X射线测量系统 257
11.3 射线照相系统 261
11.3.1 使用线阵探测器的射线照相 261
11.3.2 使用面阵探测器的射线照相 266
11.4 三维CT 269
11.4.1 CT扫描与一维测量系统 271
11.4.2 CT扫描与线阵探测器 274
11.4.3 CT扫描与面阵探测器 278
11.5 小结 281
第12章 数字射线照相 283
12.1 引言 283
12.2 数字射线照相探测器的物理结构 284
12.2.1 单探测器系统 284
12.2.2 线阵探测器系统 286
12.2.3 面阵探测器系统 288
12.3 图像校准的作用和Φ0测量的重要性 290
12.4 DR/CT中Φ0图像的获取及使用 294
12.5 数字射线图像的数据处理选项 295
12.6 数字射线图像中的伪影 296
12.7 体模/测试物体和图像质量指示器（IQI） 300
12.8 数据分析和解释 304
第13章 计算机断层扫描 311
13.1 引言 311
13.2 CT图像重建的基本理论 312
13.3 CT数据采集与处理 316
13.4 CT数据处理及Φ0的重要性 321
13.5 CT重建算法 324
13.5.1 感兴趣区域与CT视场扩展技术 328
13.6 正弦图 329
13.7 CT重建数据中的伪影 331
13.7.1 中心伪影 335
13.7.2 环状伪影 336
13.7.3 坏像素伪影 337
13.7.4 角度定位伪影 339
13.7.5 X射线照相放大伪影 342
13.7.6 中线偏移伪影 344
13.7.7 垂直中心不正确的锥形束伪影 345
13.7.8 锥形束缺失数据伪影 347
13.7.9 束硬化伪影 348
13.7.10 高纵横比或高衰减物体的散射伪影 350
13.8 用于系统评估的测试体模和测试物体 352
13.9 数据分析与解释 353
第14章 图像质量 357
14.1 引言 357
14.1.1 图像对比度的成分 360
14.1.2 空间分辨率的成分 364
14.1.3 透射图像噪声的成分 369
14.1.4X射线透射成像伪影 371
14.2 光子统计 372
14.3 测量图像对比度的成分 376
14.4 调制传递函数 380
14.5 信噪比与探测量子效率 393
14.6 探测概率与 ROC 曲线 398
第15章 特殊技术 403
15.1 引言 403
15.2 造影剂 404
15.3 用于有效原子序数测量的双能技术 404
15.3.1 多能应用的物理基础 404
15.3.1.1 低能双能技术 406
15.3.1.2 高能双能技术 410
15.3.1.3 双能测量小结 413
15.4 主动和被动（发射）CT 413
15.5 断层合成—无需CT的深度信息 418
15.6 缺陷自动识别 421
15.7X射线前向散射和背向散射 423
15.8X射线衍射形貌术 429
15.9X射线显微镜及光学元件 430
15.9.1 针孔显微镜 432
15.9.2 反射光学显微镜 436
15.9.2.1 柯克帕特里克-贝兹反射光学显微镜 438
15.9.2.2 沃尔特物镜反射光学显微镜 440
15.9.3 折射透镜显微镜 445
15.9.4 衍射光学显微镜 448
第16章 高能光子技术的典型应用 453
16.1 引言 453
16.2 一维应用 454
16.3 二维应用 456
16.3.1 40mm榴弹的X射线数字射线照相 456
16.3.2 自动变速器 457
16.3.3 双 MeV射线照相在高Z材料鉴别中的应用 459
16.3.4 氘-氚固体层单壳聚变靶的相衬照相 463
16.4 三维应用 465
16.4.1 LoTRT靶 465
16.4.2 接合检查 467
16.4.2.1 金属焊接件 467
16.4.2.2 星尘再入舱胶黏剂 468
16.4.3 航空安全：皮托管的 DR 和 CT 469
16.4.4 LX-17高能炸药的表征 471
16.4.5 汽车行业中的应用 474
16.4.5.1 金属铸件 475
16.4.5.2 挡风玻璃雨刮电机 478
16.4.5.3 行星齿轮传动组件 479
16.4.5.4 燃油泵 480
16.4.6 涡轮分子真空泵 480
16.4.7 NASA的太空硬件设备 481
16.4.7.1 NASA开发的先进烧蚀材料 481
16.4.7.2 NASA火箭助推器喷管 484
16.4.7.3 NASA备用燃料电池泵的故障诊断 484
16.4.8 探索MeV成像的极限—9MV和15MV直线加速器 486
16.4.9 DS激光ICF靶 489
16.4.10 DoD弹药的CT检测和断层合成 491
16.4.10.1 WDU-17/B型常规弹头的CT 492
16.4.10.2 多功能引信的CT和层析合成 495
16.4.11 始祖鸟化石的断层合成 496
16.4.12 具有文化意义的艺术品和文物的DR和CT 500
16.4.12.1 关于米开朗琪罗博那罗蒂《大卫》雕像的若干担忧 501
16.4.13 增材制造结构的CT 504
16.5 X射线成像技术在保卫美国本土安全中的应用 507
16.5.1 DR和X射线背散射技术用于随身行李的安全检查 510
16.5.2 托运行李的X射线CT检查 512
16.5.3 托运行李的X射线DR和衍射检查 517
16.5.4 非旋转机架式安检CT系统 519
16.5.4.1 SureScan非旋转式机架CT系统 519
16.5.4.2 Rapiscan非旋转式机架CT系统 520
16.5.4.3 XinRay实验室原型非旋转式机架CT系统 521
16.5.5 乘客X射线背散射成像 523
16.5.6 X射线照相和背散射技术在货物非侵入式检查中的应用 526
第17章 中子和质子成像 533
17.1 热中子成像 533
17.2 MeV中子成像 542
17.3 MeV质子成像 543
术语 545
参考文献 561