無論在地球稠密大氣層之外的空間區(qū)域,還是在地表各類中子輻射場,要獲得中子劑量,必須先得到中子能譜,作為中子能譜測量儀器之一的多球中子譜儀因其操作簡單、各向同性等特點受到廣泛應(yīng)用,傳統(tǒng)的多球中子能譜測量儀其測量范圍一般只能達到20 MeV左右,且探測球的個數(shù)多,整體儀器異常笨重,存在“球球干擾”、“一致性差”等問題,所以本文旨在研究一種操作簡單,可測較寬、較高能量范圍以及便攜的中子能譜測量裝置及其解譜方法。本文在國家自然基金面上項目“抽注水多層同心球?qū)捔砍绦滦椭凶幽茏V探測器研究”(No.41774120)、國防工業(yè)科技局技術(shù)基礎(chǔ)研究項目“空間輻射中子測量和劑量校準(zhǔn)技術(shù)”子題“空間輻射中子能譜分析技術(shù)研究”(No.JSJL2014404B001)、四川省重點研發(fā)項目“抽注水多球中子能譜測量系統(tǒng)研究”(No.2019YFG0430)等項目資助下,開展了抽注水多層同心球中子能譜探測器的設(shè)計及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解譜工作,獲得主要成果如下:(Ⅰ)首先研究探測器內(nèi)外空氣、改變慢化材料、不同探測器結(jié)構(gòu)和不同輔助金屬材料對響應(yīng)函數(shù)的影響(特別是定量研究了不同探測器結(jié)構(gòu)和不同輔助金屬材料對高能部分響應(yīng)函數(shù)的影響);其次采用非均勻梯度慢化結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計思路,設(shè)計了一套采用水作為主要中子慢化材料,鉛作為輔助材料,通過不同層的同心球殼內(nèi)抽水或者注水來改變慢化厚度,采用非均勻的水層組合構(gòu)成不同的探測球陣列的抽注水多球中子能譜探測器,該探測器解決了“球球干擾”、“一致性差”等問題;最后采用FLUKA蒙特卡羅模擬程序研究了抽注水多球中子能譜探測器32種注水情況的能量注量響應(yīng)函數(shù)。(Ⅱ)通過對抽注水多層同心球中子能譜探測器讀數(shù)矩陣降維方法的研究,建立了抽注水多層同心球中子能譜探測器的響應(yīng)函數(shù)優(yōu)化t-SNE模型。采用IAEA 403號報告的數(shù)據(jù)(包括反應(yīng)堆、加速器、宇宙射線等251種中子能譜)通過t-SNE方法將讀數(shù)矩陣從32×251壓縮到32×2,即從251維數(shù)據(jù)降維到2維,實現(xiàn)了可視化判斷“探測球”相似性,從而進行分類、篩選。同時將t-SNE方法所得結(jié)果與PCA方法和SVD方法所得結(jié)果對比,驗證了t-SNE方法對抽注水多層同心球中子能譜探測器的讀數(shù)矩陣降維效果更佳。(Ⅲ)建立了抽注水多層同心球中子能譜探測器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解譜方法,實現(xiàn)了對抽注水多層同心球中子能譜探測器探測的計數(shù)值進行解析,確定了在抽注水多層同心球中子能譜探測器解譜應(yīng)用中最佳隱層節(jié)點數(shù)和最佳訓(xùn)練函數(shù)算法;為解決在實際的抽注水多層同心球中子能譜探測器計數(shù)測量中儀器電子學(xué)等部分存在的電流噪聲、高斯噪聲等問題,對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解譜方法進行了降噪處理,降噪處理結(jié)果顯示降噪訓(xùn)練產(chǎn)生的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解譜性能穩(wěn)定,說明降噪訓(xùn)練可在一定程度上抵御計數(shù)中由于電子學(xué)或其他因素產(chǎn)生的噪聲,其對抽注水多層同心球中子能譜探測器的計數(shù)值進行解析具有一定的實用性。本文的主要創(chuàng)新點:(Ⅰ)設(shè)計了一種新型的抽注水多層同心球中子能譜探測器,并采用FLUKA模擬研究了它的32種注水情況的響應(yīng)函數(shù)矩陣。(Ⅱ)建立了基于t-SNE算法的多球中子譜儀分類方法,針對抽注水多層同心球中子能譜探測器對32種注水情況(探測球)進行了分類,分類結(jié)果顯示,t-SNE對抽注水多層同心球中子能譜探測器響應(yīng)函數(shù)矩陣優(yōu)化效果良好,對比PCA、SVD分類方法,能夠清晰顯示探測球差異。(Ⅲ)建立了抽注水多層同心球中子能譜探測器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解譜方法,可實現(xiàn)對抽注水多層同心球中子能譜探測器所測得的能譜進行重建。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL816.3
【部分圖文】：

-1 標(biāo)準(zhǔn)多球中子譜儀的測量裝置（Atanackovic et al., 2內(nèi)的探測器讀數(shù) Mi可表達為一個 Fredholm 積分：i i j j jjM R(E ) (E )dE 中，Ri(E)表示第 i 個球在不同能量下的中子注量響應(yīng)事實上，探測器讀數(shù) Mi，中子注量響應(yīng) Ri(E)以及中更多的情況下，它們被表達為一個 j 元一次方程組，i i j jjM R(E ) (E )2111 12 1j 1221 22 2jii1 i2 ij jMR R RMR R RMR R R

圖 1-2 ENDF 核數(shù)據(jù)庫中幾種核素截面對比改善多球中子譜儀結(jié)構(gòu)的方向之一是使多球中子譜儀盡可能的測量更能量，德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt，P Wiegel 等人提出在多球中子譜儀結(jié)構(gòu)中增加一層金屬輔助材料來增大可

圖 1-3 NUMUS 多球中子譜儀及其響應(yīng)函數(shù)曲線（Wiegel and Alevra, 200另外，使用其他材料來替代聚乙烯作為慢化材料也是研究熱點之一，水來代替聚乙烯作為慢化材料，用樹脂來包裹水，如圖 1-4 所示，所函數(shù)曲線與聚乙烯的響應(yīng)函數(shù)曲線，可以看到兩者在慢化能力上相
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本文編號：2861156