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基本信息

項目名稱：
快中子照相的研究
小類：
能源化工
簡介：
本論文主要是通過FLUKA軟件對快中子照相技術(shù)進行模擬實驗，對快中子照相的原理及過程進行研究。通過對中子照相技術(shù)的調(diào)研，了解了中子照相的原理、方法和特征。然后通過對FLUKA軟件的學(xué)習(xí)，對快中子照相進行模擬。 通過FLUKA軟件的模擬，建立了不同的的模型。比如改變物質(zhì)的形狀，改變中子的能量，轉(zhuǎn)換屏的厚度，轉(zhuǎn)換屏的材料等因素，研究影響快中子照相的主要因素，并給出相應(yīng)的結(jié)論。
詳細(xì)介紹：
論文分析了快中子照相在中子照相中的應(yīng)用，采用FLUKA軟件對簡單模型的快中子照相進行了模擬，得到了清晰的相對中子能損圖和屏位置的能量沉積圖，鐵與空氣的分界面的分辨效果比較好。 論文對影響中子照相質(zhì)量的因素進行了分析和研究。在中子能量為主要研究因素時發(fā)現(xiàn)快中子照相的試驗中相應(yīng)的中子能量應(yīng)當(dāng)對應(yīng)相應(yīng)合適的靶核厚度，這樣才能得出好的照相結(jié)果；在研究中子注量率時發(fā)現(xiàn)子照相的時間越長，中子在轉(zhuǎn)換屏上積累的注量率就越高，照相的質(zhì)量就會越好；中子注量率為10^7n/cm2?s就可以檢測到毫米級的缺陷，隨著中子注量率的增加缺陷的尺寸也可以更小，所以快中子照相優(yōu)勢也是很明顯的；在研究被檢測物為主要對象時，發(fā)現(xiàn)，無論被檢測物是太厚還是太薄都會影響能損的對比度，進而影響照相的質(zhì)量，并通過這個實驗?zāi)M我們可以得出，在4.5Mev的快中子照射下選擇5cm左右的檢測物其照相質(zhì)量相對較好；最后得出轉(zhuǎn)換屏聚丙烯：ZnS=1:0.5~1:1時，能損對比度較好，相應(yīng)的輸出地光強較強，照相質(zhì)量也會較好。 從本論文可以看出，使用FLUKA軟件對中子照相進行模擬是可行的。通過FLUKA軟件，我們可以模擬不同的因素在中子照相起的作用，而且可以找出最優(yōu)的方案以獲得清晰地照相效果。

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

中子照相具有能夠區(qū)分輕材料和金屬的能力，這使其在許多學(xué)科中得到了應(yīng)用。在材料科學(xué)中，中子照相用于檢查飛機零件的腐蝕狀況，以及水在混凝土中的滲透情況。對于核工程來說，利用成像技術(shù)來檢查氫化鋯包殼管，钚針，檢查放射性廢料和核彈頭。在生物學(xué)中，可以觀察到水在植物和木頭中的滲透。特別的，中子照相在發(fā)現(xiàn)材料中的氣孔、裂縫和輕微的 缺陷方面性能優(yōu)異。最重要的是，中子照相是一種無損成像的方法。是對傳統(tǒng)的X 射線、?射線輻射成像的理想的補充。自從上世紀(jì)30年代到現(xiàn)在，熱中子照相技術(shù)得到了長足的發(fā)展，但是對一些基本的問題（如：相位比較法成像過程中，對象輪廓增強的原因；中子散射造成的成像質(zhì)量的下降；?本底干擾的排除等）還沒有得到很好的解決。所以對于既含有輕元素材料，又含有重元素材料，結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜的對象，熱中子成像的質(zhì)量還很不理想。本項目將針對該問題從中子束的準(zhǔn)直、漂移、與樣品相互作用、中子探測等過程進行細(xì)致的模擬計算研究，從而從原理上找到造成復(fù)雜結(jié)構(gòu)對象成像質(zhì)量下降的原因，給出可行性的解決方案。

科學(xué)性、先進性

通過FLUKA軟件，建立數(shù)學(xué)，物理模型，對影響中子照相的質(zhì)量的因素比如快中子能量、靶物質(zhì)的厚度、靶物質(zhì)材料，轉(zhuǎn)換屏的材料等模型進行模擬。獲得用于中子成像的仿真程序，用于進一步的科研和教學(xué)演示。完成達到本科畢業(yè)論文水平的結(jié)題報告。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2010年“第一批大學(xué)生科研立項”中獲得學(xué)校資助并成功優(yōu)秀結(jié)題； 2009年-2010年“科研訓(xùn)練”成功優(yōu)秀結(jié)題； 2011年獲得哈爾濱工程大學(xué)“五四杯”挑戰(zhàn)賽二等獎。

作品所處階段

理論和模擬階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)

作品可展示的形式

論文和仿真

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

在中子源一定的情況（最常見的熱中子源），對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的目標(biāo)進行中子照相，要獲得較高的位置分辨和靈敏度必須從中子的成像算法、中子探測器和降低本底干擾幾個方面來尋求解決途徑。熱中子照相的整套設(shè)備比較復(fù)雜（盡管相對于冷中子源相應(yīng)的設(shè)備簡單、廉價），一個普通照相終端造價需要一兩百萬人民幣。所以對中子照相整體技術(shù)的研究必須依靠理論計算和計算機模擬。本文完成對快中子照相的原理、系統(tǒng)、裝置，發(fā)展現(xiàn)狀等詳細(xì)的調(diào)研。通過FLUKA軟件，建立了模擬模型，對照相進行仿真，同時模擬不同的因素在中子照相起的作用，并能進行簡要分析而且針對性的得出最優(yōu)的方案以獲得清晰地照相效果。

同類課題研究水平概述

從世界中子照相的發(fā)展1948年，H．Kallmann發(fā)表了一篇關(guān)于中子照相的論文，其技術(shù)沿用至今[7]；1956年，J．Thewlism成功地在反應(yīng)堆中子源上進行了中子照相。1979年歐洲就成立了原子能聯(lián)營中子照相工作集團和子集團。每年召開年會一次．頒發(fā)了中子照相手冊和反應(yīng)堆燃料的中子照相參考標(biāo)準(zhǔn)。我國的中子照相可以追溯到60年代初，中國原子能科學(xué)院朱家等人在研究性重水反應(yīng)堆上由中子通過有關(guān)材料的強度交化，完成了我國第一顆原子彈引爆中子源的最終質(zhì)量檢測。1978年袁海榮教授在《中子源及其應(yīng)用》中對中子照相及其應(yīng)用做了詳細(xì)描述。80年代初，清華大學(xué)核能研究院等單位曾在反應(yīng)堆上開展過熱中子照相的研究工作，是我國首批建成的能投入正式運行的堆熱中子照相系統(tǒng)。
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