高能中子照相转换屏性能初步研究

高能中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点,转换屏是中子照相装置的一种关键部件。目前耦合科学级中子数字相机系统用到的高能中子照相转换屏主要有塑料闪烁体、光纤阵列、压制荧光屏和光纤转换屏等,其性能差异很大,需进行性能测试以确定不同转换屏的应用特点或场景。本文针对传统中子照相转换屏探测效率的定义问题,在物理原理基础上对其定义进行了修正,通过实验方法对各类转换屏的高能中子探测效率、空间分辨力等性能指标进行了测试。结合实验系统参数对转换屏绝对效率进行了反推计算,结果表明:压制荧光屏和光纤转换屏分别具有最高的空间分辨率和探测效率。     

新型热中子转换屏研制

正中子闪烁体转换屏是中子照相装置的核心关键部件,其作用是实现不可直接探测的中子信号到光信号的转换。目前商业化的6LiF/ZnS(Ag)转换屏的探测效率以及空间分辨率等性能已难以满足需求。本项目开发了高分子聚合物光学基底材料和固体颗粒复合材料制备工艺,开发出多种闪烁屏制备方法,包括喷涂法、压片法和漆膜法等。利用蒙特卡罗模拟方法计算了不同晶粒尺寸的中子吸收材料和荧光材料对辐射能量的吸收情况,为闪烁体的实际制备选择晶粒尺寸提供了理论依据。研制了闪烁屏性能测试装置,改进了中子照相系统整体空间分辨率计算方法,研究分析     

基于改进Richardson–Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法研究

中子照相系统因其特定的成像结构,使得成像后的中子照相图像不可避免地存在几何不锐度。为提升中子照相图像的质量,本文提出一种基于改进Richardson–Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法,该方法首先根据几何不锐度的形成原理构建点扩散函数,然后通过拉普拉斯算子和中值滤波方法去除图像中的γ白斑噪声,最后采用Richardson–Lucy算法对图像进行复原。采用线对模板样品进行测试,并与4种现有的中子照相图像几何不锐度修正算法进行对比,验证了本文算法可将衡量中子照相图像几何不锐度修正效果的平均梯度、空间频率指标分别提升60.23%和29.90%,能够实现几何不锐度的修正,同时解决图像复原过程中γ白斑噪声的放大问题,为实现高分辨率的中子照相提供重要技术支撑。     

中子相衬成像技术初步研究

利用不同材料的中子质量衰减系数不同而获取样品内部的结构潜像,属于吸收散射衬度成像;而相衬成像是基于中子的波动性,当中子波穿过样品时,由于样品对中子的折射,不同厚度、不同材质引入的相位差不同,从而导致波前畸变,畸变的波前在穿过样品后作为次波源互相干涉成像,从而获取样品内部结构潜像。研究工作通过数值模拟方法分析了中子相衬成像过程,并基于反应堆中子照相装置进行了不同条件下的多色热中子相衬成像实验。模拟与实验结果表明,在适当准直比条件下,铝材料边缘将出现明显的边缘增强效应,该效应与准直比、样品与转换屏之间的距离密切相关。     

用无本影装置测定中子照相射线束的准直比

本文介绍了一种用无本影装置测定中子照相射线束准直比的方法，用这种技术通过对无本影装置影像的分析就可以确定中子束的准直比，而不需要测量和计算准直器系统的有关物理量。     

热中子透射成像转换屏物理设计研究

中子像转换屏是热中子透射成像技术的关键部件，中子像转换屏的参数严重影响空间分辨率和热中子-光子转化效率两方面的特性。采用Geant4程序模拟热中子透射成像的物理过程及透射光子二维图像，建立了基于LiF(ZnS)和LiF(GOS)像转化屏的热中子透射成像模拟模型和Siemens star像指示器模型，利用线扩散函数（Line Spread Function,LSF）计算空间位置分辨率，获得热中子像转化屏厚度与空间位置分辨率、中子-光子转换效率的关系。基于兰州大学紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统参数，推荐选取LiF(GOS)像转化屏的厚度为40μm,LiF(ZnS)像转化屏厚度应选取80μm，热中子透射成像空间分辨率分别可达到45μm和63μm，为基于紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统的研发奠定了技术基础。此外，本工作得到的LiF(GOS)、LiF(ZnS)像转化屏优化参数同样适用于其他热中子成像装置，可为热中子透射成像系统的搭建提供了技术参考。     

束流参数对热中子照相质量影响的模拟分析

中子束的准直比、镉比、散射中子及注量率空间分布等是影响中子射线照相性能的主要因素,本文通过蒙特卡罗模拟仿真计算来分析各因素对中子照相图像质量的影响,并提出相应的应对措施。     

高效快中子转换屏的研制及其性能测试

采用国产材料研制了基于移波光纤的快中子照相用转换屏.测试结果表明,新的转换屏与原有的2 mm厚转换屏相比,发光强度可提高到原来的6～8倍,样品成像的统计性明显变好,光纤屏的饱和厚度约为25 mm,空间分辨率好于2 mm.     

西安脉冲堆中子照相系统性能测试及应用

介绍了西安脉冲堆中子照相系统的组成以及对该系统进行性能测试的方法与结果。结果表明，所用BAS－ND中子屏的固有不锐度为0.15mm；在稳态堆芯及脉冲堆芯布置中，中子照相孔道射线束中的有效热中子含量偏低，而有效γ射线含量偏高；在孔道中采用铅来过滤射线束能明显降低有效γ射线含量。     

热中子照相成像系统的研制

成像系统是中子照相装置的关键组件之一.利用Gd和In金属研制了胶片静态照相转换屏,采用6LiF ZnS为转换材料,增强型CCD和制冷型CCD相结合,研制了CCD在线中子成像系统.     

SPRR-300反应堆中子照相装置准直系统的研制

准直器是中子照相装置的关键组件之一．利用石墨为慢化剂．铋为γ过滤器。采用光阑直径、准直器长度、石墨塞长度可调以实现准直比和镉比的大幅度调节．钢结构水箱快门完成了SPRR—300准直系统设计。实验结果显示设计是合理的．成像质量达ASTM-86达二级以上．能满足不同成像技术和不同样品的中子照相需求。     

基于中子IP板的核燃料元件间接中子CT实验方法研究

中子照相作为一种无损检测技术是分析和确定核燃料元件缺陷的重要手段。中国原子能科学研究院中子照相团队依托中国先进研究堆（CARR）中子照相测试平台,搭建了核燃料元件间接中子CT装置,并开展核燃料元件模拟件的间接三维中子成像技术研究。本文首先采用蒙特卡罗模拟方法优化确定了样品环境转移屏蔽容器的关键参数并研制出屏蔽容器,并基于该装置开展了核燃料元件模拟件的间接中子CT照相实验,从获得的三维实验数据可观测到尺寸约0.35 mm模拟芯块缺陷。实验结果表明,该装置可满足核燃料元件的间接中子CT实验检测。同时初步研究了基于IP板的间接中子成像数据处理的制约因素和方法,为后续进一步利用金属转换屏替代中子IP板等技术,真正实现乏燃料元件无损检测应用提供实验指导。     

14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究

快中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点,转换屏是中子照相装置的关键部件。光纤转换屏是一种新型的快中子照相转换屏,较大程度兼顾了光纤阵列的高探测效率和荧光屏的高成像质量,具有很好的应用前景。本文以D-T加速器为中子源,用ZnS和环氧树脂以及光纤研制了快中子照相光纤转换屏,耦合科学级CCD数字成像系统,进行了快中子数字照相技术研究,获取了不同光纤排列方式的光纤转换屏积分曝光图像,同时测量了快中子荧光屏和塑料闪烁体等其他快中子照相用转换屏的发光效率,实验结果表明,光纤转换屏的发光效率高于其他类型转换屏的。     

14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究

快中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点，转换屏是中子照相装置的关键部件。光纤转换屏是一种新型的快中子照相转换屏，较大程度兼顾了光纤阵列的高探测效率和荧光屏的高成像质量，具有很好的应用前景。本文以D-T加速器为中子源，用ZnS和环氧树脂以及光纤研制了快中子照相光纤转换屏，耦合科学级CCD数字成像系统，进行了快中子数字照相技术研究，获取了不同光纤排列方式的光纤转换屏积分曝光图像，同时测量了快中子荧光屏和塑料闪烁体等其他快中子照相用转换屏的发光效率，实验结果表明，光纤转换屏的发光效率高于其他类型转换屏的。     

冷中子三轴谱仪的整体配置和主要部件的参数设计

从冷中子导管系统的实际情况出发,以程序模拟为主要手段,通过计算和分析得到最重要的设计参数：可用中子波长范围、样品处束流强度和能量分辨率。在这些参数的基础上,结合实际给出了谱仪的整体配置以及主要部件的部分参数,如能量和动量转移范围、单色器和分析器的起飞角范围和嵌镶角、样品台散射角、准直器的准直度及本底和剂量要求等。     

小型中子源高能中子照相装置准直屏蔽系统设计

准直屏蔽系统是中子照相装置的必要设备。本文采用蒙特卡洛中子输运程序(MCNP)等软件对高能中子准直屏蔽系统进行理论设计,初步确定了其材料构成和外观尺寸,从理论上确定了装置包括成像处注量率、成像距离及相应视场等关键参数。     

14 MeV快中子照相准直屏蔽系统的设计与优化

基于强流氘氚中子源科学装置HINEG设计了一套快中子照相准直屏蔽系统。采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和ENDF/B-Ⅶ.0数据库计算了准直中子束的中子能谱及注量率、γ射线能谱及注量率、直射中子注量率与γ射线注量率比值（φ_d/φ_γ）、直射与散射中子注量率比值（φ_d/φ_s）、准直束中子注量率的不均匀度等特性参数，并采用MCNP5程序进行了对比验证。研究了准直屏蔽系统的内衬材料、尺寸等对特性参数的影响规律，并通过优化获取了最优设计方案。计算结果显示，在同等计算条件下，SuperMC计算结果与MCNP计算结果相对偏差小于1%，准直屏蔽系统的φ_d/φ_γ为50.1，φ_d/φ_s为5.7，在Φ30 cm视野范围内的中子注量率为4.80×10⁷ cm^-2•s^-1，其中直射中子注量率为4.09×10⁷ cm^-2•s^-1，中子注量率不均匀度为5.8%，满足快中子照相对准直束特性参数的要求。     

H310BO3/ZnS(Ag)热中子闪烁体转换屏的涂布法制备及性能研究

本文采用涂布法制备了一系列H₃¹⁰BO₃/ZnS(Ag)闪烁体转换屏样品,对其成分配比进行了优化。结果表明,最佳的H₃¹⁰BO₃/ZnS(Ag)质量比在1∶6~1∶7之间,最佳的黏合剂用量为总质量的25%。利用中子照相设备对转换屏的发光均匀性进行了成像分析,结果显示光输出非常均匀;对楔形镉条进行中子成像,并采用调制传递函数(modulation transfer function,MTF)方法计算了系统分辨率,结果显示,在MTF值为0.1时,对于厚度分别为270(11)、350(14)、404(9)及505(15)μm的转换屏,其相应的系统空间分辨率分别为255.6、315.9、371.0和471.3 μm。     

中子照相多路准直器优化设计与应用

设计了一种多路准直器用于消除中子照相中的散射中子,利用MCNP5对准直器的中子吸收材料、长度进行了优化设计,利用该准直器对不同厚度的水层样品在不同样品探测器距离下进行了中子照相的MC模拟计算。计算结果表明选用25μm的Gd作为准直器的中子吸收涂层,准直器长度为1cm时可消除98%的散射中子,使用该准直器可以有效提高中子照相定量分析的精度。     

小型源热中子照相装置准直慢化系统设计

小型中子源中子照相技术具有便携性强,应用范围广的优点,在检测一些较大或难以移动的样品时较固定式(反应堆中子源)中子照相系统具有优势.采用MCNP软件对一小型中子源中子照相装置的热中子准直屏蔽系统进行了理论设计,确定中子慢化体由238U和聚乙烯构成,辅以石墨反射层和硼聚乙烯吸收层,经优化计算,预计成像处热注量率达104 ...