装置极化效率对极化中子成像质量的影响及修正分析

极化中子照相技术通过分析极化中子束的自旋相移对样品磁场进行成像, 自旋极化/分析装置是照相系统的主要组成部分. 引入中子自旋极化/分析装置的极化效率参数, 从中子极化矢量与磁场相互作用机理出发, 重新推导探测中子强度与磁场分布的定量关系, 利用谱仪模拟软件VITESS, 选取bender型超镜极化器和 ³He 自旋过滤器作为极化/分析装置, 对量化修正式进行验证, 并综合装置极化效率、单色器能量分辨精度和bender型极化器的几何结构等参数, 初步分析极化中子照相技术的磁场定量检测能力, 相关结果可为极化中子照相的实验数据处理技术研究及装置设计提供参考. 关键词： 极化效率 中子照相 磁场成像     

极化中子照相磁场量化技术方案比较与分析

极化中子照相技术通过分析极化中子束的自旋相移对样品磁场进行成像,目前已发展出多种成像技术方案,其中能量选择法和自旋回波法极化中子成像技术从不同的原理出发,解决了极化中子照相中磁场量化的周期解问题,同时避免装置极化效率等参数的影响,可以实现较高的量化精度.本文对两种极化中子照相技术方案进行研究,通过对单色器能量分辨率和装置极化效率等关键参数的分析和模拟,确定在研究堆上开展相关实验的可行性,并初步明确其量化能力和适用范围.相关结果可为极化中子照相的实验数据处理技术研究及装置设计提供参考.     

基于紧凑型D-D中子发生器的热中子照相慢化准直器设计

热中子照相是一种重要的无损检测技术,是X射线照相技术的重要补充,小型化热中子照相系统有重要研究应用前景。基于紧凑型D-D中子发生器,采用蒙特卡罗程序MCNP-4C,通过中子和γ射线的输运模拟,完成了热中子照相慢化准直器的模拟研究与设计。慢化准直器准直比约为3.58,模拟研究结果显示,在D-D中子发生器中子产额大于5×10⁸ n/s条件下,样品平面内热中子注量率可大于10³ n/(cm²·s),准直中子束中热中子占比可大于74%,在Φ70 mm的照射视野范围内,热中子注量的不均匀度约为7.3%,基本满足热中子照相的成像要求。     

14MeV中子照相中散射中子对成像影响的Monte Carlo模拟

依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离d<5cm时，样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm³时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和. 关键词： 14MeV中子 快中子照相 散射中子 Monte Carlo模拟     

中子散射对快中子照相质量影响的分析

通过一内空的圆柱体模型，对在快中子照相时由样品引起的散射中子强度与样品形状和探测距离之间的关系进行模拟，并用^241Am—Be作中子源对散射中子的影响进行实验验证。结果表明，在快中子照相时，由样品引起的散射中子的强度与探测距离以及样品形状有关。对于同一样品，探测距离增加，散射中子的影响则降低。The relationships between intensities of scattered neutrons by specimens and their shapes and detecting distances have been simulated using a hollow cylinder model, and the results were validated by experiments of fast neutron imaging using ^241Am-Be neutron source. The results showed that the intensities of scattered neutrons are closely related to the detecting distances and sample＇ s shapes. The influences of scattered neutronns in fast neutron imaging will be reduced while detecting distances increased.     

中子照相数值模拟与实验的对比

 介绍了热中子照相的MCNP数值模拟方法，模拟了300＃反应堆Maxwell谱热中子束穿透样品射到转换屏的过程，给出了热中子对铝、铅、铁、铜的穿透能力，分析了引起模拟与实验结果不同的原因。通过模拟得到了清晰的图像，对比数值模拟与在300#反应堆中子照相装置上的实验结果，数值模拟结果图像与实验结果图像非常相似；散射中子对图像的影响也符合相同的规律，随着样品与转换屏之间的距离的增大，散射中子对结果图像的影响越来越小，当样品与转换屏之间的距离为样品尺寸的2倍时可以忽略散射中子的影响。     

厚闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响研究

利用编制的快中子照相数值模拟程序(FNRSC)模拟计算了入射中子能量为14 MeV时,厚度5—300 mm闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响,结果表明闪烁体厚度d<50mm时,次级中子对图像的影响强烈依赖于闪烁体厚度,而当d>50 mm时,次级中子对图像的影响趋于饱和.将文献中利用蒙特卡罗中子-光子输运程序(MCNP)计算的次级中子对图像影响和文中计算结果进行了对比,给出了二者存在差异的主要原因：次级中子分布对入射中子空间分布的强烈依赖性;能量沉积和荧光输出这两种计算方法对 关键词： 14 MeV中子 快中子照相 次级中子 Monte Carlo模拟     

高灵敏度的快中子照相系统

快中子照相系统由闪烁光纤阵列和科学级可见光CCD等元件组成. 14 MeVD-T聚变中子在穿透样品后进入50 mm×50 mm闪烁光纤阵列，中子辐射转换为中心波长496 nm的绿光. 光纤阵列长100 mm，光纤截面500 μm×500 μm，100×100根闪烁体光纤组成阵列. 阵列对14 MeV中子探测效率经估算可达21.4%. CCD与光纤阵列之间采用反射镜和透镜耦合方式，使CCD避开中子源直接辐照. 综合考虑光纤尺寸、CCD记录噪声及中子源与受照样品几何关系等因素，理论上系统可获得整体分辨率1.5 mm的中子图像. 在K400直流加速器中子源上进行了初步实验，获得了中子图像.     

移动式加速器在快中子照相中的应用

介绍了移动式加速器的工作原理、结构和调试过程。该加速器具有体积小、重量轻、束流稳定度高、束斑直径小的特点。移动式加速器是首次在中国工程物理研究院应用于快中子照相。在调试过程中测试了小型移动式加速器的束流稳定性等参数,采用伴随粒子方法测量了直流中子产额。通过移动加速器和数字照相系统的组合,获得了初步图像。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

高能电子照相成像模糊模拟研究

高能电子照相是一种新兴的无损探测技术,可以在不拆解客体的情况下对客体材料及其内部结构进行定量测量。与高能质子照相相比,其分辨能力更高,可达到亚m量级,有望成为介观现象诊断的有力工具。为研究相互作用和成像束线对成像模糊度的影响,采用Geant4模拟软件,建立12 GeV电子束从客体到像平面全过程照相模型,主要分析了成像束线引起的色差模糊、客体纵向长度引起的模糊以及次级粒子造成的模糊。研究结果表明,高能电子照相成像模糊为亚m量级,其中成像束线引起的色差模糊为主要贡献项,次级粒子和客体纵向长度引起的模糊可以忽略。     

康普顿照相中的背景噪声分析北大核心CSCD

康普顿照相是用于压缩靶丸成像、诊断内爆压缩对称性的一种有效技术手段。如何屏蔽成像过程中的背景噪声是康普顿照相技术的重点问题,同时也是一个难点问题。分析了靶环境以及各种背景信号的来源,并提出了相应的屏蔽建议。通过分析可以看到,在中子产额小于1013sr-1、压缩靶丸中心温度小于5 ke V时,通过使用相应的屏蔽措施并采用合适的诊断措施和记录设备,可以把背景噪声降至109sr-1以下,使康普顿照相中的面密度测量精度达到5%左右。     

科技照相的实验方法

介绍了科技照相实验中有关拍摄技术方面的内容和通过翻拍资料、静物摄影、动态摄影中各技能环节的训练，使学生在实验能力、分析能力、观察能力上有所提高．     

快中子照相中的点扩展函数计算

 快中子照相中，基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板，计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数，对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明，在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时，点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时，计算还表明在一定的分辨率范围内，由于荧光收集效率的限制，闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

 在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

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.     

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.     

高能闪光照相中陡坡准直体成像性能实验

高能（20MeV）闪光X光照相技术在国防科研中有广泛的应用背景。FTO样品是由高密度、高原子序数材料组成的大光程4层同心球壳组件，是专门用于考察闪光照相成像质量的静态测试样品。对FTO样品进行闪光照相时，散射非常严重，因此选择合适的准直方式来降低散射对清晰图像的获得非常重要。研究表明，散射主要来自于后防护锥和FTO样品自身，样品散射又主要是由于外层的轻物质引起的，因此减小射向后锥和样品外层区域的X射线照射量，从源头上降低散射产生的机会，就成了准直设计中优先考虑的技术措施，     

一种新颖的Contourlet域中子辐射图像降噪方法

由于受CCD相机、中子散射及控制电路等因素的影响,数字中子照相系统所获图像常被噪音污染,抑制噪音对于提高数字中子照相系统图像质量具有重要意义.利用多尺度几何分析能捕获图像几何结构的特性,提出一种新颖的基于contourlet变换的图像去噪方法通过计算方差一致性测度（VHM）,确定局部自适应窗口,从而最优估计contourlet系数的阈值萎缩因子,对contourlet系数进行萎缩,实现降噪功能.该方法将阈值去噪法与基于子带相关的图像去噪法相结合,充分利用在同一方向子带中沿边缘或轮廓contourlet系数的相关性,它能实现"去噪"和"保留信号"之间的平衡.实验结果表明,该方法在峰值信噪比指标上优于传统的contourlet系数硬阈值处理方法及维纳滤波方法,能有效地抑制图像噪音,同时适合于中子辐射图像的处理.     

数字化技术与大学物理照相实验改革

 照相技术是大学物理实验的一个重要内容,用于培养学生记录实物、图像和各种现象信息的能力。高等工科院校一般都开设普通光学照相机照相技术实验,有的学校还开设了全息照相技术实验。