基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制

针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光纤光锥投影的中子光斑进行曝光。通过SiPM提供的粗位置信息确定CMOS传感器的感兴趣区域,读出数据传输至上位机进行显示与分析。实验结果表明,该系统中最小像素单元尺寸为28μm×28μm的CMOS传感器能够对孔径为200μm的小孔进行成像,最大偏移为28μm,系统最高计数率为82 kHz,可实现高效率的中子探测。

中子照相技术应用于锆合金包壳氢含量分析的初步研究

燃料棒锆合金包壳机械性能受氢含量的影响较大,由于中子与氢反应截面相对于锆合金基底要大得多,因此中子照相技术在锆合金氢含量定量分析中具有潜在应用价值。为将中子照相技术应用于锆合金含氢量定量分析中,本研究通过气相渗氢工艺获得具有不同氢含量的低锡Zr-4合金,并利用中国先进研究堆中子成像测试平台对样品进行中子成像,经过数据处理,获得了低锡Zr-4合金氢含量-灰度的定量关系,为中子照相技术应用于燃料棒包壳氢含量分析奠定了基础。

中子照相技术及其发展和应用

中子照相技术是在20世纪60年代发展起来的一种重要的无损检测技术手段,中子无损检测是利用中子穿透过被测样品材料,并检测中子通过待测样品材料后在通量上损失从而实现无损情况下对样品材料内部情况的检测。与X射线无损检测技术相比中子照相技术具有穿透能力强,可分辨轻元素以及同位素等优势,是最重要的无损检测技术手段之一,市场应用潜力及其巨大。本文详细介绍了中子照相技术的基本情况,包括中子照相技术的基本原理、国内外发展情况、中子照相系统组成以及应用领域等。中子照相技术最大困难为中子照相谱仪的小型化和可以动化,可移动便携式中子照相谱仪研发以及相关数据库的建设是该领域发展重要方向。

基于改进Richardson-Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法研究

中子照相系统因其特定的成像结构,使得成像后的中子照相图像不可避免地存在几何不锐度。为提升中子照相图像的质量,本文提出一种基于改进Richardson-Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法,该方法首先根据几何不锐度的形成原理构建点扩散函数,然后通过拉普拉斯算子和中值滤波方法去除图像中的γ白斑噪声,最后采用Richardson-Lucy算法对图像进行复原。采用线对模板样品进行测试,并与4种现有的中子照相图像几何不锐度修正算法进行对比,验证了本文算法可将衡量中子照相图像几何不锐度修正效果的平均梯度、空间频率指标分别提升60.23%和29.90%,能够实现几何不锐度的修正,同时解决图像复原过程中γ白斑噪声的放大问题,为实现高分辨率的中子照相提供重要技术支撑。

基于中子照相的准直装置设计

阐述了中子照相的基本原理和装置构成,设计了相应的中子准直装置.通过改变准直器的厚度、准直孔的大小,测量准直孔和孔周围不同位置的中子分布.将实验得出的数据与理论值和模拟值相比较,从而确定该准直装置使用的可行性.

^9Be（d，n）加速器中子源中子照相的研究

加速器中子源比反应堆中子源更具灵活性,北京大学正在发展基于RFQ加速器的小型中子照相装置。为了更好地设计和优化此装置,实现高品质的中子照相,我们在北京大学4.5 MV静电加速器上建立了中子照相实验平台,包括科学级制冷、高灵敏度、低噪声的CCD数字成像系统,模拟基于厚铍靶9Be(d,n)反应RFQ中子源的条件,并利用此系统开展中子成像技术的研究。实验在像平面热中子注量率为5×103 cm-2·s-1或快中子注量率为3.7×104 cm-2·s-1的情况下获得了一定质量的热中子及快中子照片。当利用RFQ直线加速器强中子源时将可获得更高质量的图片,从而可以满足大多数的应用需要。

快中子照相的实验研究

快中子照相是一种优良的无损检测技术,它有着 X 射线、热中子照相等所不具有的独特优势。本文介绍了作者分别采用 Am-Be 同位素中子源和中子发生器进行的快中子照相研究,并利用自制的 Gd2O2S:Tb 快 241中子转换发光屏进行探测,成功实现照相。

中子照相技术在核燃料元件无损检测中的应用

本文介绍了中子照相作为一种无损检测技术在核燃料元件检测方面的优势,并对某些重要应用和取得的成果进行了介绍。中子照相可对未辐照的核燃料元件进行无损检测,如确定芯块235U富集度、检测燃料内可燃毒物、检测MOX型燃料内PuO2团簇;也可对辐照后具有放射性的燃料元件进行无损检测,如对压水堆、沸水堆、快堆等多种堆型乏燃料元件的内部缺陷进行检测,研究燃料元件包壳氢聚等。

数值模拟高能中子照相

模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。

核燃料元件模拟件的中子照相无损检测

中子照相可以对具有放射性的核燃料元件进行无损检测。本文采用核燃料元件模拟件在中国先进研究堆(CARR)中子束流水平孔道利用0.1mm厚的Dy中子转换屏配合工业X射线胶片获得成像,进行中子照相无损检测的模拟研究。利用检测成像发展了核燃料元件缺陷分析、包壳氢聚含量定量测量、芯块U-235富集度定量测量等成像分析方法,为真实核燃料元件的检测打下基础。

中子照相∑定量测量方法

本文描述了一种利用中子照相进行定量分析的方法,介绍了该方法的基本原理,并应用粒子输运程序MCNP模拟分析样品内部散射中子随样品与探测器之间距离变化对中子成像的影响。为削弱散射中子对中子透射成像图像信息的影响,对穿透样品的厚度进行了定量分析。

用4.5 MV静电加速器开展快中子照相的研究

用国产原材料研制了一种适用于快中子照相的关键部件———快中子转换屏。利用9Be(d,n)反应在北京大学4.5 MV静电加速器上产生低于7 MeV能区的快中子,采用胶片成像法进行了快中子照相的初步实验。借助带不同孔径的Fe等不同材料制作的不同厚度的试验样品,对快中子胶片成像法的基本性能进行了初步测试和研究。实验结果表明,研制的快中子转换屏能够满足快中子照相的需要。

快中子照相中的点扩展函数计算

快中子照相中,基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板,计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数,对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明,在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时,点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时,计算还表明在一定的分辨率范围内,由于荧光收集效率的限制,闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。

中子照相图像分辨率计算方法

中子照相技术属无损检测技术中的一种,通过中子透射成像获取物体内部的结构、缺陷等信息,已广泛应用于基础研究和工业应用。中子照相图像的分辨率是评价中子照相设备性能好坏最重要的参数之一。描述和计算分辨率的方法主要有点分布函数、线分布函数、刀口分布函数以及调制解调函数等。本文从基本原理出发,详细说明了各函数的物理概念和数学推导,并对各计算方法的优缺点进行了分析比较。

热中子照相装置屏蔽的蒙特卡罗模拟

中子照相装置的屏蔽对降低反应堆大厅本底及提高中子照相质量具有重要意义。使用蒙特卡罗模拟方法,对热中子照相装置各组成部分的屏蔽进行模拟计算。结果表明:在照相装置的准直器部分使用厚130cm、密度4.6t/m3的重混凝土,飞行管部分使用厚75cm、密度3.6t/m3的重混凝土可保证屏蔽外的辐射当量剂量达到反应堆大厅的监督区要求。

D-T快中子照相准直屏蔽体设计及中子束特性的模拟研究

设计一个用于氘氚(D-T)快中子照相的准直屏蔽体系统,对D-T中子发生器快中子在准直屏蔽体材料中输运的MCNP模拟研究,给出准直中子束的中子能谱、注量率及均匀性、γ射线能谱和γ射线注量率等重要参数。模拟结果显示,用D-T中子发生器中子源和合理的准直屏蔽体系统可得到快中子照相所需的准直快中子束。

14 MeV快中子照相准直屏蔽系统的设计与优化

基于强流氘氚中子源科学装置HINEG设计了一套快中子照相准直屏蔽系统。采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和ENDF/B-Ⅶ.0数据库计算了准直中子束的中子能谱及注量率、γ射线能谱及注量率、直射中子注量率与γ射线注量率比值(φd/φγ)、直射与散射中子注量率比值(φd/φs)、准直束中子注量率的不均匀度等特性参数,并采用MCNP5程序进行了对比验证。研究了准直屏蔽系统的内衬材料、尺寸等对特性参数的影响规律,并通过优化获取了最优设计方案。计算结果显示,在同等计算条件下,SuperMC计算结果与MCNP计算结果相对偏差小于1%,准直屏蔽系统的φd/φγ为50.1,φd/φs为5.7,在Ф30cm视野范围内的中子注量率为4.80×10^7cm^-2·s^-1,其中直射中子注量率为4.09×10^7cm^-2·s^-1,中子注量率不均匀度为5.8%,满足快中子照相对准直束特性参数的要求。

束流参数对热中子照相质量影响的模拟分析

中子束的准直比、镉比、散射中子及注量率空间分布等是影响中子射线照相性能的主要因素,本文通过蒙特卡罗模拟仿真计算来分析各因素对中子照相图像质量的影响,并提出相应的应对措施。

中国先进研究堆间接中子照相方法的初步研究

中国先进研究堆(CARR)的建成为我国间接中子照相技术的发展及应用提供了重要的实验平台。本文基于CARR开展了间接中子照相方法的初步研究。首先利用蒙特卡罗方法计算分析了基于CARR开展间接中子照相测量的条件;然后根据这些条件,通过解析计算确定了间接成像两次曝光过程的实验参数;最后利用CARR的热中子孔道,以核燃料元件模拟件为样品进行了间接中子照相实验,并研究了间接中子照相成像数据的处理及分析方法。

SPRR-300反应堆中子照相装置准直系统的研制

准直器是中子照相装置的关键组件之一,利用石墨为慢化剂,铋为γ过滤器。采用光阑直径、准直器长度、石墨塞长度可调以实现准直比和镉比的大幅度调节,钢结构水箱快门完成了SPRR-300准直系统设计。实验结果显示设计是合理的,成像质量达ASTM-86达二级以上,能满足不同成像技术和不同样品的中子照相需求。