Speaker
志杭 姚
(中国科学技术大学)
Description
缪子成像技术作为一种利用宇宙射线缪子探测物体内部结构的无损检测手段，在火山监测、地质勘探、考古以及核安全等领域展现出巨大的应用潜力 。在实际部署前，模拟仿真往往是评估缪子成像系统可行性与优化探测器设计的关键步骤 。然而，在针对大尺度目标进行仿真模拟时，传统生成方法面临着严峻的效率瓶颈 。由于宇宙射线需要在非常宽广的区域内生成，而实际能穿透物体并击中尺寸相对较小的探测器的缪子比例极低，导致绝大多数传输计算变为无效运算，极大消耗了时间和计算资源 。为解决这一痛点，本研究提出了一种高效的探测器邻近采样与逆向映射（DAS-REM）方法 。该方法首先通过探测器邻近采样，在紧靠探测器的区域内生成符合预期真实通量分布、且极大概率能到达探测器的有效缪子 。随后，利用逆向映射机制，将这些缪子的初始位置沿着动量方向逆推投影至覆盖探测器和待测物体的大型生成面上 。该框架具有极强的通用性，可灵活应用于平面、半球形以及圆柱形等各类常见的缪子生成面几何形状 。为确保物理精确度，研究采用了均方误差（MSE）、结构相似性指数（SSIM）和Kullback-Leibler散度等多种量化评估指标，结果证明DAS-REM方法与传统直接生成法的缪子分布保持了极高的一致性 。在性能提升方面，当模拟尺度超过10米的大型目标时，该方法将计算效率显著提升了两个数量级以上 。本研究进一步将该方法应用于5米直径空心铁球的小尺度异常检测和数千米跨度真实山体的大尺度地质成像两个场景中 。结果充分表明，探测器邻近采样与逆向映射方法不仅大幅缩短了程序的模拟耗时，还有效保证了内部密度重建的准确性，能够完美胜任各种尺度的高效缪子成像模拟任务，为未来前沿实验的快速可行性验证与系统优化提供了坚实的仿真工具支撑 。
