基于广义最小二乘法原理的中子能谱解谱程序开发及验证

中子能谱是反应堆的一项重要参数,为验证理论计算,常使用阈探测器活化法对中子能谱进行实际测量。为解决由于活化片数量小于能群数量而引起的解谱问题并获得较高的解谱精度,基于广义最小二乘法原理开发了解谱程序NSAGLS。使用IAEA给出的例题进行了验证,结果表明该程序能够得到正确的解谱结果。该程序可用于反应堆中子能谱的解谱,并能够考虑输入谱、核反应截面及测量活度不确定度信息对解谱结果的影响。     

三种解谱算法求解中子能谱的解谱效果比较

使用多球谱仪测量中子能谱时,需要使用"少道"解谱算法。为此,本文分别将迭代算法、蒙卡算法和遗传算法应用到中子能谱解谱中,通过MCNP模拟几种辐射防护常见的中子能谱,模拟得到探测器在各个球中的计数,然后使用迭代算法、蒙卡算法和遗传算法进行解谱,并对三种解谱算法的解谱效果进行比较。结果显示,三种算法均能够很好的完成解谱,且给出的中子注量、周围剂量当量和平均能量与参考值符合的也较好。另外,在典型的中子辐射场,三种算法的使用条件不同,可相互配合,较好的给出解谱结果。     

用阈探测器测量热中子引起的U~(235)裂变中子能谱

通过用阈探测器测量热中子引起的~(235)U裂变中子能谱,研究了SAND-Ⅱ和RDMM方法的解谱能力。并用蒙特卡罗误差分析程序分析了两种解谱方法的输入数据误差。对SAND—Ⅱ方法中解的唯一性误差和RDMM方法中权重函数的影响进行了讨论。两种方法对未知谱中结构的灵敏程度也作了简单的检验。结果表明,SAND-Ⅱ和RDMM是解快中子光滑变化能谱的较好方法。当未知谱中有简单结构时,用SAND—Ⅱ方法更为合适。     

用阈探测器测量热中子引起的U~(235)裂变中子能谱

通过用阈探测器测量热中子引起的~(235)U裂变中子能谱,研究了SAND-Ⅱ和RDMM方法的解谱能力。并用蒙特卡罗误差分析程序分析了两种解谱方法的输入数据误差。对SAND-Ⅱ方法中解的唯一性误差和RDMM方法中权重函数的影响进行了讨论。两种方法对未知谱中结构的灵敏程度也作了简单的检验。结果表明,SAND-Ⅱ和RDMM是解快中子光滑变化能谱的较好方法。当未知谱中有简单结构时,用SAND-Ⅱ方法更为合适。     

西安脉冲堆大空间中子辐照实验平台辐射场参数测量

西安脉冲堆于2010年建成了大空间中子辐照实验平台。本文介绍了该实验平台辐射场设计参数、辐射场测量方法和实测结果。采用蒙特卡罗方法计算了实验平台内中子初始谱。利用多箔活化法测量了中子能谱,解谱方法采用遗传算法,并与SAND-Ⅱ解谱方法进行了对比,对比结果较为一致,证明了遗传算法解谱的有效性。应用热释光剂量计测量了γ射线吸收剂量率。测量结果表明,该实验平台辐射场参数符合设计要求。     

启明星1#装置快热分界面的中子能谱实验测量与理论计算

加速器驱动的快-热包层耦合次临界装置--启明星1#内的中子能谱对于验证系统设计具有重要意义.采用多箔活化法测量了启明星1#装置内快谱区与热谱区分界面上的中子能谱,利用SAND-Ⅱ及MIST程序进行解谱.同时,采用MCNP程序,通过完全真实三维模拟加速器中子源、快-热耦合包层及反射层情况,得到理论计算谱,并作为活化法解谱的初始输入谱.将实验测量结果与理论计算结果进行比较,二者一致,从而验证了理论计算的正确性.     

反应堆堆外中子剂量测量技术试验验证

堆外中子剂量测量技术在反应堆压力容器辐照监督中有广泛的应用。本文介绍了在国内某试验堆上进行的堆外中子剂量测量技术验证试验及其结果。比较了堆外中子剂量测量所用探测片活度的理论计算值、实测值及解谱计算结果,同时分析对比了试验中各辐照位置处中子能谱的理论计算值及解谱结果。结果表明,基于测量值的解谱结果与理论计算结果符合良好。堆外中子剂量测量技术可以有效完成中子能谱测量。     

虚拟仪器在核物理实验中的应用

介绍了利用虚拟仪器技术在核物理实验中的几种应用:包括基于GPIB总线构成的对ORTEC974或994定标器进行计算机控制,实现D-T反应伴随α粒子数的分时测量;基于PCI总线构成的控制数据采集卡对BC501A液体闪烁体的脉冲信号进行采集,经处理得到中子伽马的分辨谱与质子和电子的反冲能谱,对反冲谱进行解谱得到中子伽马能谱;基于PCI总线构成的控制数据采集卡进行快信号逐脉冲采集,获得测量能谱.软件采用LabVIEW编程,极大减轻了软件开发的工作量.     

用遗传算法求解中子能谱

由多球中子谱仪的响应矩阵和测量结果得到中子能谱属于少道解谱问题,存在多种可能解,因此,解谱过程是在解空间中寻找问题的最优解。遗传算法作为优化算法的一种,在求解这类问题上具有很大优势,通过基因操作,遗传算法可获得问题的全局最优解。本文根据中子能谱求解问题的特点,提出了一种新的适应度函数,它由1个距离项和1个惩罚项组成,距离项用于保证计算结果能够再现测量结果,惩罚项用于保证解的连续性,避免求解结果数据的剧烈变化。选择了5种具有代表性的能谱作为真实能谱,并将其与响应函数相乘后的结果作为模拟测量结果,用遗传算法求解的结果与真值符合较好,且能很好地再现模拟测量结果,表明了采用这种适应度函数的遗传算法在求解中子能谱中的可行性。     

飞行时间法测量脉冲堆热柱孔道热中子能谱

文章介绍飞行时间法测量中子能谱的基本原理，给出脉冲堆热柱孔道飞行时间谱测量实验的系统设计及时间谱测量结果，利用自行研制的解谱程序求解飞行时间法测量的热柱孔道热中子能谱分布。结果表明，测量能谱较ThermalMaxwellian理论谱偏软，谱峰对应的中子能量为(24.8±7.2)meV。     

A new unfolding code combining maximum entropy and maximum likelihood for neutron spectrum measurement

We present a new spectrum unfolding code, the Maximum Entropy and Maximum Likelihood Unfolding Code (MEALU), based on the maximum likelihood method combined with the maximum entropy method, which can determine a neutron spectrum without requiring an initial guess spectrum. The Normal or Poisson distributions can be used for the statistical distribution. MEALU can treat full covariance data for a measured detector response and response function. The algorithm was verified through an analysis of mock-up data and its performance was checked by applying it to measured data. The results for measured data from the Joyo experimental fast reactor were also compared with those obtained by the conventional J-log method for neutron spectrum adjustment. It was found that MEALU has potential advantages over conventional methods with regard to preparation of a priori information and uncertainty estimation.     

基于金活化片的单球谱仪研制及能谱测量

中国先进研究堆(CARR)H-8水平孔道是提供中子的实验孔道,可以提供稳定的辐射场,对于不同的中子实验,其所需的中子能谱谱形不同,准确测量中子能谱具有重要意义。为测量H-8水平孔道中子能谱,研制一种以金活化片为热中子探测器的被动式单球中子能谱仪,使用MCNP程序对10^-11～15 MeV能区的中子能量响应进行计算,并分析能量响应的合理性。在CARR堆导管大厅对单球谱仪进行测试实验,使用高纯锗探测器测量各金活化片活度,使用UGA(unfolding based on genetic algorithm)解谱程序对实验数据进行解谱计算。结果表明,导管大厅出射中子能量在10^-9～10^-6 MeV范围内,单球中子谱仪可以较为精确的给出中子能谱数据,适用于CARR堆H-8水平孔道中子能谱测量研究。     

Unfolding the measured neutron spectra in the irradiation chamber of the UZrH reactor using iterative method

In the procedure of neutron fluence measurement in the whole energy range （10^-4 eV-18 MeV）, in the irradiation chamber of a UZrH reactor, the neutron energy spectra are unfolded using the method of minimizing directed divergence and SAND-II, which are used broadly at home and abroad. These methods belong to the iterative methods. In this article, the procedure of the spectra unfolding using the two methods is described in detail. The neutron spectrum distribution unfolded by the two methods agree well with each other. In the end, the major differences of the two iterative methods are compared with each other, and the main factors affecting the accuracy of the spectra unfolding with the iterative method are discussed.     

单球多计数器中子解谱方法和剂量评价简析

介绍了当前常用的“少道”解谱软件和解谱方法,并利用UMG解谱软件包中的MXD-FC31和GRV-FC31两种解谱软件,针对单球多计数器的测量方法,分析了^252Cf裂变中子源的中子能谱模拟解,讨论了解谱方法对注量率和剂量率的影响。     

单球中子谱仪的能量响应模拟及解谱方法研究

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对⁶Li-⁷Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪中各探测器的计数对源的大致方位进行判断;模拟了单球谱仪在²⁴¹Am-Be源照射下各探测器的计数,使用Unfolding with Maxed and Gravel (UMG)解谱程序在不同解谱算法以及初始谱的情况下对模拟数据进行解谱计算,在使用最大熵散发以及与源项相同的预置谱的情况下,解谱结果最为准确,验证了响应函数的准确性。     

An analytical approach to Monte Carlo spectrum unfolding

The Monte Carlo spectrum unfolding method offers model-independent means for extracting the maximum information from the measurement data together with their uncertainties. The uncertainty of the unfolded spectrum, including correlations, can also be obtained. Its main shortcoming is the huge number of calculations which must be carried out. The analytical unfolding method proposed reduces the amount of calculations by orders of magnitude. It essentially consists in replacing the most appropriate a priori probability distribution required for drawing sample spectra from it at random for the Monte Carlo statistics with a certain exponential distribution from which the desired spectrum and its uncertainty covariance matrix can be analytically calculated. By taking into account the principle of maximum entropy, only a few-parameter, non-linear optimization problem remains to be solved. The results are equivalent to those obtained by the Monte Carlo unfolding in the limiting case of an infinite number of energy groups.     

基于蒙特卡罗抽样的活化中子能谱测量不确定度分析

不确定度分析是活化法测量中子能谱的关键环节。本文针对SAND-Ⅱ活化中子解谱过程,给出了一种基于先验谱、活化率和截面协方差的中子能谱测量不确定度蒙特卡罗分析方法。首先,建立了基于线性变换的截面协方差抽样方法;然后,利用MCNP计算了误差,使用迭代方法估计了先验谱不确定度;最后,结合活化率的测量不确定度,利用蒙特卡罗抽样算法计算了中子能谱的不确定度。利用锎源自发裂变谱对该方法进行了验证,与传统方法相比,不确定度分析结果更为准确。对西安脉冲堆某次中子能谱测量结果进行了测量不确定度分析,结果表明该方法更具保守性。