一种基于成像板的能量卡阈式快中子图像测量方法

为减小散射中子等较低能量的中子对快中子图像的贡献,提出了在成像板前依次紧贴金属卡阈片和富氢元素薄片的能量卡阈式快中子成像方法.该方法通过改变卡阈片材料、厚度等参数,可有效降低成像结构对某一能段中子的相对灵敏度.以14 MeV中子照相为例设计的能量卡阈式成像结构为TR成像板依次覆盖约150μm Pb膜和500μm聚乙烯膜,计算表明该结构对8 MeV以下快中子灵敏度小于其对14 MeV中子灵敏度的30%.利用K400加速器DT中子源开展了验证实验,结果表明能量卡阈式快中子成像结构能够有效消除样品散射中子引起的边界增强效应.     

与核能有关的中子数据和核反应研究

介绍开展了中子核反应研究和数据测量的重要性，并扼要介绍了在北京大学重离子物理研究所４．５ＭＶ静电加速器单色中子源开展的中子实验工作。     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运     

中子半影成像的数值模拟

 半影成像具有灵敏度高的特点，该技术是未来惯性约束聚变（ICF）中子成像的主要技术路线。基于中子半影成像的基本要求，利用蒙特卡罗方法，采用偏移抽样法和面通量的体通量替代技巧，模拟中子在半影成像系统中的输运，得到2维图像，并通过图像重建程序得到重建的源区图像。利用模拟结果，对编码孔屏蔽材料的选择和外径设计进行了初步优化，最终选择5 cm厚的钨屏蔽材料，其编码孔外径为1 cm。     

惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统的优化研究

在激光驱动的惯性约束聚变实验中,中子半影成像是重要的诊断方法.基于分辨率的要求,模拟了中子源与半影孔装置间不同距离、半影孔装置不同厚度、半影孔装置不同外径以及不同孔型的系统点扩展函数,通过分析点扩展函数的尖锐性和等晕性优化诊断系统.同时还给出了系统的装配误差要求,并发现系统在线性重建时能达到15 μm分辨率,而非线性重建时能满足5 μm分辨率的诊断要求. 关键词： 中子半影成像 Monte Carlo方法 系统优化 分辨率     

考虑旋转中心标定误差的中子偏置计算机断层扫描成像方法

中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。     

X光环孔编码成像技术研究

 着眼于惯性约束聚变实验研究中的应用，对X光环孔编码成像技术进行了研究。利用数值模拟的手段，分析了环孔的自相关函数及其对环孔编码成像技术图像重建的影响，对不同的图像重建技术进行了初步比较。基于星光II实验装置，利用自行研制的X光环孔编码成像系统进行了激光等离子体X光环孔编码成像技术的演示实验，获得了满意结果。     

快中子束应用研究现状

在中子物理中,一般将能量大于1MeV的中子称为快中子。它可以从裂变堆、同位素中子源获得,也可以由各种加速器获得。考虑到便于应用、降低费用等因素,目前多由小型加速器产生快中子,其中14MeV 中子源居多数。     

Z箍缩中子编码诊断系统模拟平台搭建

开发了基于Geant4的Z箍缩中子编码成像系统模拟平台,实现聚变中子编码成像诊断系统各关键部件的完整模拟。获得了低中子产额（约1010量级）下,中子经编码孔编码后在闪烁体阵列中形成的发光分布图像。利用维纳滤波、Richardson-Lucy（RL）及遗传算法（GA）对低中子产额下获得的极低信噪比图像进行重建,并对信噪比、中子产额及重建效果进行了对比研究,结果表明:遗传算法对低信噪比中子编码图像的重建具有很强的鲁棒性;中子编码图像的信噪比与遗传算法重建结果的准确性呈正比。     

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。     

基于D-T紧凑型中子源的快中子照相准直屏蔽体设计及中子束特性模拟研究

中子照相是一种重要的无损检测技术,它能用于火工产品、毒品和核燃料元件等的检测。基于紧凑型D-T中子发生器,完成了一个用于快中子照相的准直屏蔽体系统（BSA）的物理设计。根据D-T中子源的能谱和角分布建立了中子源模型,采用MCNP4C蒙特卡罗程序,模拟了准直屏蔽体系统中中子和γ射线的输运,准直中子束相对于单位源中子的中子注量可以达到9.30×10-6 cm-2,准直中子束中主要是能量大于10 MeV的快中子;在设置的样品平面直径14 cm的照射视野范围,准直束中子注量的不均匀度为4.30%,准直束中中子注量与γ注量的比值为17.20,中子通量和中子注量比值J/Φ为0.992,说明准直中子束有好的平行性;准直屏蔽体外的泄露中子注量率与准直束中子注量率相比降低了2个量级。所设计的准直屏蔽体能满足快中子照相的要求。Neutron radiography is an important nondestructive testing technique. It can be used to detect the explosive devices, drug and the nuclear fuel element, etc. A beam-shaping-assembly (BSA) based on a compact D-T neutron generator is designed for fast neutron radiography in this paper. D-T neutron source model is constructed based on the neutron energy spectrum and angular distribution data. The transportation of neutron and γ-ray in the BSA is simulated using MCNP4C code. The neutron fluence of the collimated neutron beam with respect to the neutron source of the unit source is 9.30×10-6 cm-2. The collimated neutron beams is mainly fast neutrons with energies greater than 10 MeV. In the irradiation field range with a diameter of 14 cm, the neutron fluence uniformity of the collimated beam is 4.3%, the ratio of the neutron fluence to the gamma fluence in the collimated beam is 17.20, and the neutron flux and the neutron fluence ratio (J/Φ) is 0.992 which indicates that the collimated neutron beam has good parallelism. The leakage neutron fluence in outside of BSA is two orders of magnitude lower than that of the collimated neutron beam. The designed BSA can meet the need of fast neutron radiography.     

编码源中子成像的可见光模拟

采用编码源能大大提高中子成像的中子注量率,同时保持较高的准直比。对改进的均匀冗余矩阵编码源中子成像进行了计算机模拟并利用可见光进行了实验,初步验证了编码源中子成像的可行性,并且探索了各种在非理想条件下成像对图像质量的影响并提出了解决方法。结果表明,编码源配合相关算法能够较好地重建图像,反解后的物体尺寸及分辨能力与单孔成像相当,同时缩短了曝光时间。若物体与理想成像面存在着位置或旋转偏差,则投影大小与探测器CCD像素、解码矩阵尺寸便不能对齐,但仍可以通过对图像背景噪声标准差的计算来后期修正图像,也可以利用此方法在实验前确定编码源成像系统中理想成像面的位置,以确保图像质量。     

基于3.5 MeV射频四极质子加速器硼中子俘获治疗装置的束流整形体设计

在硼中子俘获治疗(BNCT)装置中,束流整形体(BSA)的作用是将中子源产生的快中子束流慢化至超热中子能区(0.5 eVE10 keV),并尽可能减弱快中子、热中子和γ射线的成分,同时保证中子的方向性,其设计与优化是BNCT装置设计工作的核心内容之一.本文采用3.5 MeV,10 mA的质子束轰击锂靶,由核反应~7Li(p,n)~7Be产生的中子为源项,针对BSA的慢化体材料和结构、γ屏蔽层和热中子吸收层的厚度等参数进行蒙特卡罗模拟设计与优化.研究发现,采用Fluental和LiF两种慢化材料间隔2 cm层状堆叠的三明治BSA构型,在保证快中子剂量成分(D_f/φ_(epi)),γ剂量成分(D_γ/φ_(epi))和热中子比例φ_(th)/φ_(epi)满足IAEA-TECDOC-1223报告推荐要求的同时,在BSA出口处超热中子注量率优于单独使用Fluental和单独使用LiF的BSA设计.BSA出口处修正的Synder人头几何模型中的剂量分布计算结果显示:上述三明治构型的深度剂量分布与单独使用Fluental材料构型的结果基本相当,优于单独使用LiF构型,表明Fluental和LiF层状堆叠的三明治BSA构型是一种可行的BSA结构.     

铟活化诊断氘氘中子产额不确定度分析

介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定过程中加速器中子与聚变中子能量差异、大厅散射中子本底等因素对灵敏度标定的影响,并评估了宇宙射线本底对活化射线净计数测量的影响。分析了中子产额处于不同量级时起主要作用的不确定度分量,提出了减小灵敏度标定不确定度的方法。以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。结果表明:利用伴随粒子法在加速器中子源上标定出铟活化测量系统灵敏度的相对标准不确定度为4.3%。中子产额低于1010时,产额测量不确定度大于7%,活化射线净计数误差是产额测量误差的主要来源;产额大于1010时,测量不确定度好于7%,中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度引起。     

中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量

中国散裂中子源(CSNS)已于2018年5月建设完工,随后进行了试运行.其中的反角白光中子束线(Back-n)可用于中子核数据测量、中子物理研究和核技术应用等多方面的实验.本文报道对该中子束的品质参数测量实验过程以及最终实验结果.实验主要采用中子飞行时间法,利用~(235)U,~(238)U裂变室和~6Li-Si探测器测量了中子能谱和中子注量率,又利用闪烁体-互补金属氧化物半导体探测系统测量了中子束斑的剖面,得到了该束线的初步实验测量结果.其中白光中子的全能谱测量范围eV—100 MeV,给出了不确定度分析;给出了中子注量率两个实验厅位置的满功率值;给出了白光中子在直径60 mm情况下的全能区束斑.通过与模拟结果的比较探讨了以上结果的合理性,并提出了改进计划.这些实验结果为以后该束线的核数据测量和探测器标定实验奠定了基础.     

Neutronics studies of solid targets for spallation neutron source using Monte Carlo simulation

Neutronics studies for a solid target have been done with Monte Carlo high-energy particle transport code NMTC/JAM,when the proton beam with high kinetic energy bombards the target.The effect of the main parameters of the target on the neutron flux is discussed to optimize the target,which will be used for the concept design of the target of spallation neutron source.A target with its aspect ratio 1.5:1 or 2:1 gives the highest neutron flux.Tungsten is the most acceptable material from the technical and economical points of view.Beryllium as a moderating reflector can increase the neutron flux effectively.     

中子半影成像图像反演方法研究

 给出了中子半影成像技术的原理；分析了系统分辨率的影响因子；利用MCNP软件对中子半影成像过程进行模拟；用改进的逆滤波和维纳滤波两种方法对成像主轴上一点源和偏轴两点源的编码图像进行重建，并对编码像在降低噪声和去除本底前后的反演结果进行了比较。模拟结果表明维纳滤波法能够更好地抑制统计噪声。     

Beam dynamics studies on the 100 MeV/100 kW electron linear accelerator for NSC KIPT neutron source

We designed a 100 MeV/100 kW electron linear accelerator for NSC KIPT, which will be used to drive a neutron source on the basis of subcritical assembly. Beam dynamics studies have been conducted to reach the design requirements (E=100 MeV, P=100 kW, dE/E<1% for 99% particles). In this paper, we will present the progress of the design and the dynamic simulation results. For high intensity and long beam pulse linear accelerators, the BBU effect is one big issue; special care has been taken in the accelerating structure design. To satisfy the energy spread requirement at the linac exit, the particles with large energy difference from the synchronous particle should be eliminated at a low energy stage to ease the design of the collimation system and radiation shielding. A dispersion free chicane with 4 bending magnets is introduced downstream of the 1st accelerating section; the unwanted particles will be collimated there.     

中子管非中子产物性质

采用两只经过标定的ST401闪烁探测器,测量了脉冲中子管的中子产额,在其中一只探测器前端增加铅板屏蔽,1 cm的铅屏蔽使探测器输出减少了18.20%,在加速器中子源上进行的类似实验表明,0.5 cm的铅使探测器的输出减少了2.90%。对两个中子源上测量的情况进行了蒙特卡罗模拟,加速器实验与模拟符合较好,脉冲中子管实验差别较大。对实验和模拟的情况进行了分析,结果表明:中子管除产生中子外,还会产生数量较多的轫致辐射X射线,这些X射线对准确测量中子管中子产额将造成不良影响。     

瞬发中子密度衰减法计算中子代时间

采用蒙特卡罗程序MCNP计算了西安脉冲堆中子代时间。使用MCNP程序模拟了反应堆瞬发中子通量密度衰减,基于忽略缓发中子项的点堆动力学方程计算出中子代时间。在微次临界下,研究了次临界度、源的分布、计数区域等对西安脉冲堆中子代时间计算结果的影响。计算分析表明:采用瞬发中子密度衰减法计算中子代时间时,微次临界度、源分布、计数区域等对计算结果影响都很小;误差产生的主要原因是忽略缓发中子项的点堆动力学方程并不能较好地反应瞬发中子通量密度的衰减规律。