【摘要】：中子成像技術(shù)是現(xiàn)有的重要無損檢測技術(shù)之一,已經(jīng)在航空航天技術(shù)、核工業(yè)、軍事、考古、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與X射線成像技術(shù)和γ射線成像技術(shù)相比,中子成像技術(shù)有其獨有的特點和優(yōu)勢,因此成為其重要補充技術(shù)。但是中子成像技術(shù)發(fā)展時間較短,在很多方面都有待進一步研究和發(fā)展。在中子成像裝置中,中子準(zhǔn)直器的好壞對成像的分辨率、曝光時間有很大的影響,因此中子準(zhǔn)直系統(tǒng)的研究與發(fā)展是中子成像技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。本文使用MCNP程序?qū)χ凶訙?zhǔn)直系統(tǒng)進行研究和設(shè)計,根據(jù)目前常見的準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)的不足之處,提出準(zhǔn)直器的改進結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)下對中子慢化和準(zhǔn)直、雜散中子和散射中子的降低、熱中子傳輸過程的保護、中子γ比的提高進行研究和設(shè)計,完成準(zhǔn)直器各部分材料和結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化選擇和設(shè)計。在模擬研究的過程中,以反應(yīng)堆作為中子源,源的能量分布采用熱中子麥克斯韋裂變譜,針對反應(yīng)堆發(fā)射的中子,對準(zhǔn)直系統(tǒng)的中子慢化體、中子屏蔽體、孔道襯里、孔道填充氣體、γ射線屏蔽體進行模擬設(shè)計。模擬研究中,通過對比不同材料、結(jié)構(gòu)尺寸,依次完成準(zhǔn)直系統(tǒng)的研究和模擬設(shè)計,通過對比視場范圍內(nèi)的中子平均通量、熱中子比例、中子γ比和視場范圍內(nèi)外的中子平均通量差,最終確定準(zhǔn)直系統(tǒng)的設(shè)計方案。最終確定準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計方案以14cm的水為中子慢化劑,準(zhǔn)直器入口直徑2cm,全長70cm,準(zhǔn)直比為35,視場直徑12cm。準(zhǔn)直器壁體由聚乙烯、碳化硼、鉛三層組成,準(zhǔn)直孔道由截錐、大半徑圓柱體、小半徑圓柱體三部分構(gòu)成,大小圓柱體的半徑差在孔道后端形成屏蔽結(jié)構(gòu),該屏蔽結(jié)構(gòu)厚35cm,其中聚乙烯24cm,碳化硼厚11cm�？椎纼�(nèi)壁涂飾硼砂襯里,孔道內(nèi)填充氦氣。該準(zhǔn)直系統(tǒng)在視場范圍內(nèi)可獲得的最大中子注量率達到2.6cm-2·s-1,其中熱中子占74.94%,視場范圍外中子注量率比視場范圍內(nèi)低2個數(shù)量級,中子γ比達到2.18×1012cm-2·Sv-1,以上參數(shù)均可以滿足中子成像技術(shù)的要求。
【圖文】：

國工程物理研究院在 300#反應(yīng)堆上率先建立了國內(nèi)首套在線數(shù)字中子照相裝置，并于014 年建成了國內(nèi)首套中子層析成像實驗平臺[10-13]。1.2 中子成像技術(shù)的特點與 X 射線成像相比，中子輻射成像的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾點：中子輻射照相的適用范圍涵蓋從低原子序數(shù)材料到高原子序數(shù)材料，而 X 射線照相只適用于高原子序數(shù)材料的成像。圖 1.1 顯示了熱中子質(zhì)量衰減系數(shù)和 X 射線質(zhì)量衰系數(shù)與原子序數(shù)的對比[14]。對于 X 射線，電磁相互作用取決于目標(biāo)材料中存在的電數(shù)，其質(zhì)量衰減系數(shù)在原子序數(shù)的大部分區(qū)域上是相對平滑的曲線。由于中子沒有電并且不受軌道電子的影響，所以對于中子沒有這種相關(guān)性[15]。可以觀察到，與 X 射相比，熱中子可以被諸如氫、鋰、硼和氮的輕核子高度衰減，還可以穿透重核，例如和钚，所以中子可以更深地穿透大多數(shù)材料。這個特征使得中子能夠檢測 X 射線不能易地檢測的元素或同位素。

中子的數(shù)目大于相互作用之前存在的數(shù)目，并且該數(shù)目被稱為倍增。最后，可能發(fā)生裂變事件，產(chǎn)生兩個或更多個裂變碎片和更多的中子。每個相互作用以一定概率發(fā)生，用于反應(yīng)截面描述該概率。彈性截面通常是核的物理截面積。該區(qū)域?qū)τ谥睾说牡湫椭导s為 2×10-24cm2，使用不同的單位面積以避免使用這樣小的數(shù)目的不便。由符號 b 表示的 barn（靶）被定義為 10-24cm2。熱中子相互作用截面通常在 0.001 和 1000b 之間，它們也是中子能量的函數(shù)。每個相互作用事件的概率彼此獨立，因此總截面是所有相互作用事件的概率的總和。中子成像基本原理如圖 2.2 所示[24]。
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL816.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 唐彬;霍合勇;劉斌;吳洋;;熱中子層析照相的仿真技術(shù)探索研究[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);2009年01期

2 唐彬;張松寶;霍合勇;吳洋;劉斌;;SPRR-300熱中子層析照相初步實驗研究[J];CT理論與應(yīng)用研究;2007年03期

3 裴宇陽;中子照相技術(shù)及其應(yīng)用[J];現(xiàn)代儀器;2004年05期

4 貊大衛(wèi)，劉以思，蔡慶勝，陳伯顯，劉克斌，舒君;中子照相檢驗航天導(dǎo)爆索的研究[J];核電子學(xué)與探測技術(shù);1995年02期

5 徐洪杰，朱德彰，盛康龍，，張桂林;核分析技術(shù)與材料科學(xué)[J];核物理動態(tài);1994年04期

相關(guān)會議論文 前2條

1 吳洋;;中子層析和相襯成像技術(shù)研究進展[A];中國工程物理研究院科技年報：2013年版[C];2013年

2 朱佩平;袁清習(xí);王[鐫

本文編號：2673370