不同测量条件下μ子源项特征模拟

采用CRY宇宙射线模拟软件包,获取不同测量条件下μ子的特征信息,研究不同条件下宇宙射线中μ子的通量、能谱、角分布等特征规律。研究结果表明:太阳活动极大时会使μ子通量降低;地磁场的影响使得赤道附近的μ子通量比极地地区要小且能谱蓝移;海拔升高则会显著增大μ子通量,但总体能量均值降低。模拟结果与相关实验结果具有很好的一致性。     

宇宙射线μ子探测裂变核材料的模拟研究

平均能量为3~4 GeV的宇宙射线μ子在海平面的通量约为1/(cm2.min),这些μ子有很强的穿透力,能够穿透目前常用的防护层。μ子与物质作用主要发生小角度库伦散射,散射角与物质的原子序数有关。利用μ子穿过不同物质时所产生的散射角不同来辐射成像,研究μ子的累计通量条件下,辨别低、中、高Z三类物质的可行性。     

灰色关联聚类在宇宙射线μ子成像中的应用

该工作为宇宙线μ子探测裂变核材料研究中的一部分.宇宙射线μ子成像目标存在粒子数偏少的客观条件,符合灰色系统理论的“小样本”、“贫信息”的特点,首次探索应用灰色关联聚类分析提高宇宙射线μ子成像中对物质区分效率的方法.     

不锈钢和铝外壳材料对宇宙射线辐射成像的对比研究

利用宇宙射线进行辐射成像,已经成为近年发展的无损成像技术。美国决策科学公司采用铝外壳的漂移管开发出无源探测系统(Passive Detection System,PDS)用于大型集装箱检测,本文依据实际工程需要,模拟宇宙射线中μ介子和电子直射铝外壳和不锈钢外壳PDS时沉积能量、能谱和位置分布的区别,用以研究不锈钢外壳代替铝外壳的可行性。研究结果显示,直射μ介子在两种外壳PDS中探测效率均接近1,经过两种外壳PDS后,能谱均有少许偏移和展宽,出射角度均有少许偏转。相比而言,不锈钢外壳PDS的能量沉积更大,能谱展宽和角度偏转也稍大,但均与铝外壳差距很小;直射电子在两种外壳PDS中探测效率均接近1,但相当一部分电子会被两种外壳PDS阻挡,未被阻挡电子能谱也有明显的偏移和展宽,出射位置偏移大,其中不锈钢造成的影响比铝外壳要更明显。因此若宇宙射线辐射成像时只考虑μ介子,从能量沉积、能谱和位置分布角度来说,不锈钢外壳代替铝外壳是完全可行的;但若考虑电子,不锈钢外壳和铝外壳对电子影响都不容忽视,不锈钢影响更大。     

基于能损计算的快速μ子吸收成像模拟研究

μ子吸收成像技术使用天然存在的宇宙射线μ子作为辐射源,能够对大尺寸物体实现无损探测。在μ子吸收成像的应用研究中,进行成像的模拟分析是重要的一步。目前大部分的成像模拟通过蒙特卡罗方法模拟μ子在待测物体中的输运来实现,但使用蒙特卡罗方法进行模拟一般需要较长时间,不适用于一些需要快速得到模拟结果的场景。本文基于μ子在待测物体中的能损计算,实现了快速μ子吸收成像模拟,弥补了蒙特卡罗模拟用时过长的不足。具体地,本文根据待测物体的已知结构,通过能损与通量计算,获得μ子剩余通量的分布,进而实现成像。本文以胡夫金字塔为例,将构建的快速模拟过程与蒙特卡罗模拟进行比较,初步结果表明,使用本文的快速μ子吸收成像模拟获得的胡夫金字塔内部成像结果与蒙特卡罗模拟基本一致,快速模拟得到的通量值与蒙特卡罗模拟得到的通量值平均相差小于5%,快速模拟用时约为蒙特卡罗模拟的1/240。     

基于Garfield软件的漂移管性能模拟

<正>目前,μ子成像检测技术应用于海关、机场、港口等场所对裂变核材料走私或非法运输的监控已日益受到人们的关注。宇宙射线μ子成像探测系统中μ子成像探测器是整个探测装置的基础。漂移管探测器工作参数的选取对成像测量起到至关重要的作用。例如,μ子探测电子学前置放大器的设计会考虑能量阈值的设置,但μ子信号的幅度本     

一种用于μ子成像检测技术的探测器校正方法

宇宙射线μ子成像检测技术具有穿透力强、对高Z材料敏感等特点,特别适合检测特殊核材料,是监控核材料走私的有效方式之一.数据校正问题是实现μ子成像检测技术的关键难点之一,由于环境本底,周围噪声,探测器的误差等外界因素的影响使得原始数据不能直接使用,如果不做任何校正就将原始数据认为是可用数据进行重建成像,将会出现严重的伪像.根据μ子成像检测系统的特点,本文针对探测器偏移带来的误差提出了一种校正方法.数值实验结果表明该方法能够有效地对探测器发生的偏移进行准确的校正,这有助于推动宇宙射线μ子成像检测技术早日投入实际应用.     

复杂X射线能谱构造方法研究

本文提出了基于最小二乘法的复杂X射线能谱构造方法,介绍了其构造原理,设计了由35~100 kV加速电压条件下的14个X射线过滤谱组成的构造子谱组。目标能谱模拟构造结果表明,构造能谱与目标能谱总体的相对偏差基本控制在10%以内;影响其偏差的主要因素包括构造子谱数量与形态,目标能谱的非连续可微以及射线源特征X射线。     

次级宇宙射线探测装置设计

为实时测量不同角度μ射线通量,构建了一款小型宇宙射线探测装置。该装置将闪烁体探测器、前端电子学电路、高压电源电路以及符合测量电路有机结合起来构建了一套完整的信号测量与数据获取系统。采用现场可编程门阵列进行两路探测器信号的符合逻辑设计,符合时间的调节精度为2.5 ns。利用该宇宙射线探测装置测量了兰州市区次级宇宙射线的天顶角分布,其结果很好地满足经验公式。     

宇宙射线μ子探测高Z材料的仿真研究

利用Geant4建立宇宙射线μ子探测高Z材料的仿真系统,采用最大似然算法,研究用于μ子探测的位置灵敏探测器漂移管的位置分辨率及系统成像时间对成像结果的影响。当漂移管的位置分辨率优于200μm、成像时间在1～2min内可对相对独立的高Z物质快速识别,本研究也为漂移管的设计加工提供了理论依据。     

宇宙射线μ子成像重建算法研究

图像重建算法是成像技术中的重要组成部分。介绍了基于多次库仑散射的宇宙射线μ子成像基本原理,系统研究了现有μ子的成像算法,通过对模拟实验成像结果的对比,分析了各种算法的特点,总结了各种算法在成像精度和运算速度上的优点与不足,并在此基础上,对μ子成像算法未来的发展趋势进行了探讨。     

全吸收型铅玻璃切仑柯夫计数器

本文主要叙述用ZF_1型铅玻璃作的全吸收型铅玻璃切仑柯夫计数器及其性能和实验结果,同时亦找出用宇宙射线μ子进行能量刻度的经验途径。     

宇宙射线μ子探测裂变核材料的成像算法

宇宙射线μ子探测作为一种清洁源、深穿透、真正识别裂变核材料的新方法正在世界范围内日益受到重视,我国也在反恐领域开展此项研究,论文介绍了研究工作中图像重建算法(PoCA算法、期望最大化算法)以及算法模拟实验结果和分析,模拟结果初步证明了宇宙线μ子进行特殊核材料检测的可行性以及图像重建算法的有效性.     

航空γ能谱中人工放射性信息提取方法初探

最小二乘法的航空γ能谱解析可有效分离各辐射源的响应谱,基于此获得的人工核素响应谱可有效应用于地面人工核素定位与定量计算。本文针对以往研究的不足展开讨论,依据实验分析获得航空γ能谱中宇宙射线湮灭辐射强度与宇宙射线道计数成线性规律,并利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟获得航空γ谱仪对宇宙射线中湮灭辐射的响应谱;实验发现可运用"航空γ谱仪对平衡天然铀系地层的响应谱"替代"航空γ谱仪对大气氡子体的响应谱"。并将上述结论应用于静态点源活度反演实验及人工辐射热点定位,证实该方法能更准确地提取人工放射性信息,为核应急中航空γ能谱的有效应用提供参考。     

海底原位PGNAA探测含水率对中子分布影响研究

运用MC法模拟14 MeV快中子进入沉积物后的物理过程,得到了不同深度下沉积物中子能谱分布,分析了0~1 eV中子在沉积物中横、纵向分布规律以及含水率与Cl~-浓度对中子分布的影响,探讨了模拟条件下0~1 eV中子扩散的最大深度范围。结果表明:沉积物含水率对中子能谱分布和0~1 eV中子横、纵向分布均有显著影响,进行中子活化的最佳深度为2 cm处;0~1 eV中子扩散的最大深度范围为20~40 cm;海水中Cl~-浓度对中子吸收有影响但影响不显著。     

反宇宙射线γ谱仪系统测量氙同位素活度

放射性氙同位素是全面禁止核试验条约(CTBT)重要的监测内容。针对CTBT氙同位素样品活度低的特点,建立了一套反宇宙射线γ谱仪系统。相对于原始γ能谱,在20~2 400keV能量范围内,采用反宇宙射线屏蔽后,全谱积分本底降低了约6倍。使用反宇宙射线HPGeγ谱仪系统对氙同位素样品测量3d,~(131) Xe~m、~(133) Xe~m、~(133) Xe和~(135) Xe的最小可探测活度分别为3.2、4.3、2.8、6.1mBq,达到了全面禁止核试验条约对核素实验室核准认证的技术要求。     

用反符合和热中子屏蔽降低γ谱仪本底

新建的一台反宇宙射线低本底HPGeγ谱仪,在物质屏蔽的基础上采用反符合和热中子屏蔽联合方法,实验研究次级宇宙射线μ子和中子产生的本底。结果表明,反符合屏蔽(塑料闪烁探测器)能大幅度降低μ子产生的本底,还能有效抑制快中子与锗晶体和屏蔽材料非弹性散射引起的本底,100-2000keV能区反符合积分本底抑制系数可达8倍。热中子屏蔽(镉吸收片)的加入可明显降低锗晶体和屏蔽材料热中子俘获产生的本底,使511keV正电子湮灭峰本底的抑制系数由5.8倍提高到20.7倍,100-2000keV反符合积分本底抑制系提高到13.2倍。     

基于Geant4低本底液闪谱仪屏蔽与反符合设计

本文设计了一种较已有低本底液闪谱仪结构更为简单的低本底液闪谱仪,即在谱仪外围布置铅铜屏蔽体,以屏蔽墙体中放射性核素衰变释放出的γ射线,同时采用反符合技术以减少宇宙射线μ子引起的液闪谱仪本底计数。采用Geant4模拟计算了不同厚度的铅铜屏蔽体对墙体发出的γ射线的屏蔽效果,得到了几乎可以屏蔽所有γ射线的屏蔽体最优尺寸。此外,还采用Geant4模拟计算了反符合技术中,闪烁瓶的几种不同摆放方式和反符合闪烁瓶的几种不同尺寸的设计下,反符合技术减少宇宙射线μ子引起的液闪谱仪本底计数的份额,给出了较无反符合设计时μ子引起的液闪谱仪本底计数能减少99%的一种简单高效的反符合设计方案。     

空间辐射环境概述

从宇宙射线的初级粒子和次级粒子入手,考虑地球磁场对入射粒子的影响,对航线和近地轨道飞行等空间活动区域内的辐射环境进行介绍。宇宙射线初级粒子注量和能谱与太阳活动期的活动程度相关,初级粒子和次级粒子在地球大气中的注量分布与大气深度和地磁截止刚度密切相关。随着大气深度的增加,吸收剂量减小;对于相同大气深度,随着地磁截止刚度的增加,粒子总注量减小。     

用于核材料检测的两种宇宙射线μ子位置灵敏探测器

简要介绍利用天然宇宙射线μ子作为射线源来探测隐匿核材料的原理,两种适用于探测隐匿核燃料的位置灵敏探测器:漂移管(DT)和阻性板(RPC),对其在探测核材料上的主要性能作了对比、分析.