基于半经验法多球中子谱仪校准

基于半经验法扣除中子散射本底,提出了一种多球中子谱仪校准的新方法。首先用热中子参考辐射装置校准多球中子谱仪各中子球内He-3正比计数器的探测效率。用多球中子谱仪各中子球单独测量参考^(241)Am-Be中子源,结合半经验法扣除散射,给出了各中子球的注量响应。结合两者实验结果,获得^(241)Am-Be源能谱并给出谱仪注量响应。结果表明,校准的多球中子谱仪具备快中子区测量能力。

集成式多球中子谱仪球球干扰影响

模拟计算了集成式多球中子谱仪7路测量通道同时工作与每路测量通道独立测量时的能量响应函数。两种测量模式的能响比值结果显示,球球干扰的影响随着慢化球尺寸增大而减小;对小尺寸慢化球球球干扰随着中子能量增大而增大。

高功率激光装置中子飞行时间谱仪抗辐射本质安全设计

本文阐述了高功率激光装置上中子飞行时间谱仪的抗辐射本质安全设计。高功率激光装置实验测试中会产生强烈的电磁辐射,对各种测量仪器带来严重的干扰甚至损伤。本文针对高功率激光装置电磁辐射环境,对中子飞行时间谱仪进行了抗辐射本质安全设计,通过结构设计、空间排布以及屏蔽材料设计等方面的优化,增强了中子飞行时间谱仪的抗电磁辐射和电离辐射干扰的能力,提升了设备运行的稳定性与可靠性。

基于碳化硼慢化体和涂硼微结构中子探测器的通用中子能谱仪设计和解谱方法研究

本文提出了一种基于碳化硼慢化体和涂硼微结构中子探测器的通用中子能谱仪设计方法,获得了计算最优慢化体厚度和探测器响应函数的通用公式,并用蒙特卡罗方法进行了验证和修正,可实现对中子能谱仪的快速设计.该类能谱仪可实现各中子响应函数之间的解耦,使每个探测器对各个分立能量区间的中子最为敏感,具有较强适用性和灵活性.基于该方法,我们设计了一个用于硼中子俘获治疗(BNCT)超热中子能谱测量的能谱仪,通过Gravel算法实现了中子能谱解析,并提出了一种具有良好普适性的基于响应函数的预置谱设置方法.结果表明,该能谱仪对单能中子的峰位解析精度约为1%,对BNCT连续谱的解析均方差约为0.76%,具有较大技术优势和可行性.

中国先进研究堆中子织构谱仪二维位置灵敏探测器数据分析与处理方法

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针对中国先进研究堆中子织构谱仪升级后的实验测量数据,提出了从二维位置灵敏探测器获得的衍射中子计数到织构极图转换的数据处理与分析方法,并基于该方法使用Python语言开发了中子织构数据处理和分析软件系统,对实际测量数据的应用验证了该软件系统的可靠性。该系统实现了二维位置灵敏探测器数据到极图数据的转换和极图绘制,满足了中子织构谱仪升级后的功能需求。

中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪尖嘴型中子准直光阑的研制

中国散裂中子源(CSNS)工程材料中子衍射谱仪(EMD)的样品非常大,且形状各异,有些样品甚至是曲面的,中子准直光阑(狭缝)要靠近这些异形构件,需要设计成尖嘴型。狭缝的主要作用是给样品测试提供所需要的束流尺寸,并保证束流尺寸精度很高,束流没有太多杂散中子。工程材料中子衍射谱仪的尖嘴型狭缝为连续型,开口可以根据实验需求进行变化。狭缝采用双导轨结构,定位精度高,重复定位精度优于10μm,绝对定位精度优于30μm。狭缝刀片采用富集碳化硼,较大程度减小了刀片的厚度,可以有效降低狭缝悬臂结构的变形量,保证狭缝有足够长度的尖嘴,能够接近异形构件,特别能够深入到长管内部,提高了工程材料中子衍射谱仪的实验能力。狭缝采取双重安全设计:导轨互换系统和防撞结构,可以有效防止狭缝在使用过程中被大件样品撞坏。该狭缝已经应用到中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的实验测试,为残余应力测量做出了重要贡献,它的应用为国内外尖嘴型狭缝的设计提供了非常重要的参考。

基于DT中子源的模拟现场中子谱装置结构设计方法研究

中子剂量与能量关联性较大,针对校准场的能谱与现场工作场所的能谱不同导致校准设备的现场实用存在剂量测量值与实际值偏差较大的问题,采用模拟现场谱技术校准设备将使剂量测量更准确。结合压水堆及核燃料循环现场中子谱的特点,基于DT中子源研究压水堆场所模拟现场中子谱模块化构建方法和装置结构设计方法研究,通过分析T(d,n)4He反应能谱和角分布规律,采用平均能量14.1 MeV高斯分布各向同性发射的点源近似DT中子源;根据中子与物质相互作用截面,选择14种备选材料,分析相对中子注量比和平均中子能量,从中子倍增、能量衰减、能谱调节及实用性角度对构建模拟谱装置的材料进行了选型。选择压水堆主泵房间和反应堆厂房两个现场目标谱,设计主慢化组件、调节层和反射组件,构建了针对两目标谱的模拟现场谱及装置结构。结果表明,建立的模拟现场谱构建方法有效,模拟谱与归一化目标谱匹配良好,且采用模块化设计,可拓展性强,可以适应多种现场目标谱构建模拟谱。

快中子能谱在线测量的反冲质子望远镜响应模拟研究

快中子能谱是基于散裂中子源开展大气中子单粒子效应研究的关键输入参数,在线测量宽能区快中子能谱在近散裂靶位置面临飞行时间法不确定度大、中子通量高、本底干扰强等问题。设计了反冲质子望远镜(RPT)系统,利用Geant4模拟了20~200 MeV中子轰击不同厚度聚乙烯转换靶产生的反冲质子产额、角分布以及能谱,为优化探测系统设计提供了指导依据。通过模拟硅探测器与新型快响应CLLB闪烁体组成的二重符合RPT系统对入射中子的响应,分析了影响探测系统探测效率和能量分辨率的因素,确定了聚乙烯转换靶厚度为1 mm、符合质子探测器摆放角度为26.6°和探测器尺寸等重要参数,得到了RPT系统的中子响应函数矩阵,并计算了其探测效率达10-5,对高中子通量和复杂本底干扰环境下的快中子能谱在线测量具有指导意义和参考价值。

基于静态随机存取存储器单粒子效应的中子能谱测量方法

通过对静态随机存取存储器(static random-access memory,SRAM)单粒子翻转截面的研究,提出了一种更有效、成本更低、可测量一到几十兆电子伏能量范围内中子能谱的新方法。利用已发表单粒子翻转截面信息的SRAM,采用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法进行解谱,可测试低能中子源的中子能谱。在进一步的研究中,利用信息熵理论研究了SRAM的数量与能谱测试准确性的关系。研究结果表明,解谱结果的精度在很大程度上取决于SRAM翻转截面的敏感区宽度和参与解谱的不同SRAM的数量。

基于FPGA和ARM的中子能谱测量系统设计

针对多球中子谱仪不便于携带、测量时间长、操作过程复杂等问题,设计了基于FPGA和ARM的单球中子谱仪。将6Li玻璃闪烁体和硅光电倍增管(SiPM)耦合制成热中子探测器,采用互阻放大电路对信号进行转换,经过放大、整形、采集和处理,得到各探测器计数值,用于计算中子能谱。实验结果表明:探测单元设计合理,能够有效实现中子信号向电压信号的转换,输出信号脉冲幅度为-2.80 V,脉冲宽度为325 ns;电子学系统软硬件稳定可靠,采集计数的漏计数率低于1%。

同位素中子源参考辐射能谱测量及模拟中子谱分析

不同成分中子参考辐射场是对中子防护材料性能测试的基本条件。为获得较理想的测试中子防护材料的中子参考辐射场,构建基于3He正比计数管的多球中子能谱测量系统,对基于^(241)Am-Be和^(252)Cf中子源的中子辐射场慢化情况进行MCNP模拟和能谱实验测量。为准确判断实验室校准参考位置的中子散射情况,基于多球中子能谱测量系统,开展了中子散射成分测量。采用ICRP推荐的注量-剂量转换系数对能谱进行了剂量率转化,与使用长计数器的测量结果进行比较,发现在校准参考位置的剂量率相对偏差≤20%。开展了聚乙烯慢化同位素中子源获得特定能谱的实验研究,进行了慢化谱的模拟计算和实验测量,两者结果符合较好。该工作为后续的中子计量测试和中子防护材料测试提供了可用的中子参考辐射场。

多箔活化法测量BNCT中子束能谱模拟研究

硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy,BNCT)利用发生在肿瘤细胞内的10 B(n,α)7Li反应产生的次级粒子在细胞尺度杀死肿瘤细胞,是一种非常有前途的肿瘤靶向精准放射治疗技术。由于中子的物理特性和生物学效应随着中子能量的变化而发生显著变化,因此BNCT中子束能谱测量至关重要,关乎治疗的安全性和有效性。本文开展了利用多箔活化法测量BNCT中子束能谱研究,选取活化箔并制作了相关活化反应的群截面,确定了活化箔的优化排列组合方式,建立了解谱方法;基于建立的解谱方法,分别对基于加速器和反应堆的BNCT中子束能谱进行解谱研究。结果表明,解谱结果与BNCT中子束初始谱符合良好,平均相对偏差不超过7%,满足实际应用需求。本文建立的中子能谱测量方法有效性和实用性强,普适性好,为将来BNCT中子束能谱测量提供了一种可行方案。

基于多球中子谱仪的解谱算法研究现状

基于有限的探测器响应计数求解中子能谱是一个典型的非适定问题,高效准确求解能谱具有较大困难。针对该问题,广泛调研了基于多球中子谱仪求解中子能谱的原理与数学模型,指出中子解谱面临的最大困难在于先验信息的缺失;从利用先验信息的角度讨论了目前常见中子解谱算法的原理与特点;在如何利用先验信息的统一框架下,分析了最小二乘法、奇异值截断法、正则化方法、智能算法和压缩感知算法在中子解谱中的应用,指出不同解谱算法的本质区别在于利用先验信息种类和形式的不同。为准确求解能谱,须在解谱算法中合理地增加关于能谱的先验信息,在信号处理领域出现的新理论与新方法可被借鉴用于中子解谱问题,通过进一步挖掘利用先验信息来改善求解能谱的结果。

抽注水多层同心球中子谱仪手机控制APP设计

针对本课题组自主研制的抽注水多层同心球中子谱仪缺乏手机端控制软件的问题,基于Android Studio 4.2平台设计开发了抽注水多层同心球中子谱仪控制助手APP。该APP通过WiFi通信实现与下位机之间的数据传输,采用多线程技术实现了用户管理、水层管理、设备监控、系统设置、数据管理等功能,可自由实现控制一个或多个水层组合状态。经测试,所设计的APP运行流畅、界面简洁、人机交互友好,提升了操作的便捷性,具有较好的实用性,能够满足手机控制抽注水多层同心球中子谱仪中球层抽水和注水的控制需求,进一步完善了抽注水多层同心球中子谱仪系统。

蒙特卡罗方法在中子能谱研究中的应用

针对快中子能谱实验测量数据的修正 ,开发了FAMS MC蒙特卡罗计算程序 ,对 5 9、6 4和1 4 1MeV中子在Be核上产生的次级中子双微分截面的实验结果进行了修正计算 ,并与用MCNP蒙特卡罗程序修正的结果进行了比较。用FAMS MC程序进行中子能谱实验测量数据修正得到满意结果。

中国散裂中子源高能非弹谱仪成功出束

据中科院高能物理研究所东莞研究部介绍,2023年1月12日上午,中国散裂中子源(CSNS)高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪(高能非弹谱仪)成功出束,开始带束调试,初步获得了与设计相符的中子能谱及单色化的入射中子,标志着谱仪设备研制与安装的成功。据悉,高能非弹谱仪是国内首台中高能非弹性中子散射谱仪,填补了我国百meV以上中高能非弹性中子散射的空白,也是CSNS首台非弹性散射类型谱仪和第六台成功出束的合作谱仪,由散裂中子源科学中心与中山大学共同建设。

散裂中子源靶站和中子散射谱仪的概念设计

本文介绍了可应用于多学科应用的散裂中子源(CSNS)靶站和中子散射谱仪概念设计的进展。CSNS靶站将由重水冷却多片钨靶,铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成。采用三个WING型慢化器:水(室温),液体甲烷(100K)和液体氢(20K),设有18个水平中子孔道。MonteCarlo模拟显示优化的靶截面高宽比为1:2.5左右。额定的100kW核功率的质子束轰击后,慢化器处钨靶溢出的脉冲中子通量约为2.4×1016cm?2·s?1。有限元方法计算表明,钨靶体内的总发热量是47kJ/s。即使使用截面较小的钨靶,在通常的水冷速率下,靶体温度也仅略高于90°C。靶体的热应力形变最大不超过0.2mm。根据经济实用原则选择建造粉末衍射仪、小角散射仪、反射仪及直接几何非弹性散射仪等四类有代表性的中子散射谱仪,就能覆盖>80%的中子散射研究领域。

多箔活化法测量铀氢锆脉冲堆辐照腔中子注量谱

用多箔活化法测定铀氢锆脉冲堆辐照腔脉冲工况下的中子注量 ,选用了 2 1种非裂变箔。其中 5种是热区的 ,5种是中能区的 ,1 1种是快区的 ,给出了箔的特性参数。通过测定各箔的活化率 ,运用迭代法中的直接偏差最小法和应用较广的SAND Ⅱ ,求解了辐照腔待测点全能区 (1 0 -4 eV～ 1 8MeV)微分和积分中子注量谱。用求解的微分中子注量计算了 0 5MeV和 1MeV以上的阈探测器的平均截面 。

活化法测量CFBR-II堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-II堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-II解谱程序。对实验结果的分析表明,活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的,辐照样品对中子能谱有一定的软化。

用遗传算法求解中子能谱

由多球中子谱仪的响应矩阵和测量结果得到中子能谱属于少道解谱问题,存在多种可能解,因此,解谱过程是在解空间中寻找问题的最优解。遗传算法作为优化算法的一种,在求解这类问题上具有很大优势,通过基因操作,遗传算法可获得问题的全局最优解。本文根据中子能谱求解问题的特点,提出了一种新的适应度函数,它由1个距离项和1个惩罚项组成,距离项用于保证计算结果能够再现测量结果,惩罚项用于保证解的连续性,避免求解结果数据的剧烈变化。选择了5种具有代表性的能谱作为真实能谱,并将其与响应函数相乘后的结果作为模拟测量结果,用遗传算法求解的结果与真值符合较好,且能很好地再现模拟测量结果,表明了采用这种适应度函数的遗传算法在求解中子能谱中的可行性。