發(fā)布時間：2020-07-16 21:12

【摘要】：隨著核技術在國民經(jīng)濟以及國家安全中的作用日益重要,防止核擴散面臨著逐漸嚴峻的形式。有效的核查作為保障相關方履行義務的手段其重要作用不言而喻。其中對相關方核材料特別是核武器的核查是維持均勢、保障世界和平的必要手段。核查時本底環(huán)境復雜,同時考慮到政治因素,實際允許使用的核查技術是受限的,必須考慮敏感信息與探測精度的平衡�？灯疹D相機由于其信噪比高以及僅對7放射源輪廓成像的性質在其中具有廣闊的應用前景。本論文研究工作的主要目的是通過深入了解康普頓相機的成像機理,系統(tǒng)分析影響其成像精度的因素,研究其成像性能與規(guī)律,針對復雜場景探測研究康普頓相機對寬范圍、多能放射源探測的性質,并簡單評估其在屏蔽材料對稱屬性方面的探測性能,為國防科技特別是軍控核查提供技術儲備。首先介紹康普頓相機的物理原理以及主流成像算法,結合康普頓相機成像精度評價指標,采用理論計算分析與蒙卡模擬結合的方式系統(tǒng)地研究了探測器能量分辨率、探測器位置分辨率、康普頓散射時多普勒展寬效應對成像精度的影響,首次系統(tǒng)分析了γ射線相干散射對其成像精度的影響。結合這些研究成果初步整理出不同應用場景下康普頓相機的選型與布局設計準則,為后續(xù)研究奠定了理論基礎。其次,使用蒙卡方法系統(tǒng)研究了康普頓相機中的固有規(guī)律。根據(jù)γ射線單探測器作用規(guī)律提出探測器材料選型與厚度優(yōu)化的準則;從康普頓散射比例最高以及多普勒效應最小方面考慮,選定Si作為第一探測器材料;結合相鄰作用間距分布以及逃逸事件比例確定1-5mm厚度的Si適宜用于系統(tǒng)搭建。使用模擬數(shù)據(jù)重點研究了理想事件中逃逸事件比例以及全沉積事件中理想事件的比例,分析了全沉積中各類事件比例規(guī)律及其對成像性能的影響。然后結合探測器真實位置分辨與能量分辨特征,確立了能量閾、位置閾篩選準則,系統(tǒng)分析了不同卡閾對效率的影響程度。針對傳統(tǒng)中心位置深度方法在大尺寸探測器時成像異�，F(xiàn)象,我們結合γ射線在探測器中的作用深度分布,提出了平均作用深度以及隨機作用深度兩種算法,結果表明與傳統(tǒng)中心位置法相比,這兩種算法在散射光子平均作用深度小于探測器中心深度時對成像性能的改善是明顯的,且在高能情況下隨機作用深度算法效果略好于平均作用深度算法。最后針對核材料探測場景,我們以Steve Fetter核彈頭模型為代表,首先研究了出射γ譜不同特征射線出射來源,之后根據(jù)出射能譜定義了等效點源模型EPM,應用此模型研究了康普頓相機對屏蔽的多能放射源成像時高能射線對低能射線的影響,明確了此類分析的方法與步驟,結果表明受影響程度與特征射線能量高低、強度等有關。最后通過分步模擬對球形、半球形Steve Fetter核彈頭模型進行了成像探測,結果表明康普頓相機在不泄露內部敏感信息的情況下可以獲得明顯對稱與非對稱放射性材料的對稱性。綜上所述,本文系統(tǒng)地研究康普頓相機成像機理與成像算法,結合模擬詳細分析了影響其效率與精度的各種因素,詳盡分析了康普頓相機中7射線輸運規(guī)律,提出了平均作用深度以及隨機作用深度兩種算法改善了成像精度,研究了屏蔽的多能放射源康普頓成像時評估高能對低能成像影響程度,評估了康普頓相機在屏蔽核材料探測特別是材料對稱屬性探測方面的性能,為核材料探測特別是軍控核查提供技術儲備。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL81
【圖文】：

圖１．２：幾種散射吸收式康普頓相機系統(tǒng)照片逡逑

圖１．３：邋Ａｐｒｉｌｅ液氙探測器照片及其工程圖逡逑

圖１．４：多重康普頓相機的兩種形式，（ａ）為在散射與吸收之間增加一次散射作用，（ｂ＞直接使用前三次逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 丁長驥;毛本將;袁永剛;姜志剛;楊朝文;;康普頓相機的GEANT4模擬與反投影圖像重建[J];核技術;2015年11期

本文編號：2758509