抽注水多层同心球中子能谱探测器能谱重建方法研究

发布时间：2020-10-29 16:25

　　 无论在地球稠密大气层之外的空间区域,还是在地表各类中子辐射场,要获得中子剂量,必须先得到中子能谱,作为中子能谱测量仪器之一的多球中子谱仪因其操作简单、各向同性等特点受到广泛应用,传统的多球中子能谱测量仪其测量范围一般只能达到20 MeV左右,且探测球的个数多,整体仪器异常笨重,存在“球球干扰”、“一致性差”等问题,所以本文旨在研究一种操作简单,可测较宽、较高能量范围以及便携的中子能谱测量装置及其解谱方法。本文在国家自然基金面上项目“抽注水多层同心球宽量程新型中子能谱探测器研究”(No.41774120)、国防工业科技局技术基础研究项目“空间辐射中子测量和剂量校准技术”子题“空间辐射中子能谱分析技术研究”(No.JSJL2014404B001)、四川省重点研发项目“抽注水多球中子能谱测量系统研究”(No.2019YFG0430)等项目资助下,开展了抽注水多层同心球中子能谱探测器的设计及其神经网络解谱工作,获得主要成果如下:(Ⅰ)首先研究探测器内外空气、改变慢化材料、不同探测器结构和不同辅助金属材料对响应函数的影响(特别是定量研究了不同探测器结构和不同辅助金属材料对高能部分响应函数的影响);其次采用非均匀梯度慢化结构和夹层结构相结合的设计思路,设计了一套采用水作为主要中子慢化材料,铅作为辅助材料,通过不同层的同心球壳内抽水或者注水来改变慢化厚度,采用非均匀的水层组合构成不同的探测球阵列的抽注水多球中子能谱探测器,该探测器解决了“球球干扰”、“一致性差”等问题;最后采用FLUKA蒙特卡罗模拟程序研究了抽注水多球中子能谱探测器32种注水情况的能量注量响应函数。(Ⅱ)通过对抽注水多层同心球中子能谱探测器读数矩阵降维方法的研究,建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器的响应函数优化t-SNE模型。采用IAEA 403号报告的数据(包括反应堆、加速器、宇宙射线等251种中子能谱)通过t-SNE方法将读数矩阵从32×251压缩到32×2,即从251维数据降维到2维,实现了可视化判断“探测球”相似性,从而进行分类、筛选。同时将t-SNE方法所得结果与PCA方法和SVD方法所得结果对比,验证了t-SNE方法对抽注水多层同心球中子能谱探测器的读数矩阵降维效果更佳。(Ⅲ)建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器神经网络解谱方法,实现了对抽注水多层同心球中子能谱探测器探测的计数值进行解析,确定了在抽注水多层同心球中子能谱探测器解谱应用中最佳隐层节点数和最佳训练函数算法;为解决在实际的抽注水多层同心球中子能谱探测器计数测量中仪器电子学等部分存在的电流噪声、高斯噪声等问题,对神经网络解谱方法进行了降噪处理,降噪处理结果显示降噪训练产生的神经网络解谱性能稳定,说明降噪训练可在一定程度上抵御计数中由于电子学或其他因素产生的噪声,其对抽注水多层同心球中子能谱探测器的计数值进行解析具有一定的实用性。本文的主要创新点:(Ⅰ)设计了一种新型的抽注水多层同心球中子能谱探测器,并采用FLUKA模拟研究了它的32种注水情况的响应函数矩阵。(Ⅱ)建立了基于t-SNE算法的多球中子谱仪分类方法,针对抽注水多层同心球中子能谱探测器对32种注水情况(探测球)进行了分类,分类结果显示,t-SNE对抽注水多层同心球中子能谱探测器响应函数矩阵优化效果良好,对比PCA、SVD分类方法,能够清晰显示探测球差异。(Ⅲ)建立了抽注水多层同心球中子能谱探测器神经网络解谱方法,可实现对抽注水多层同心球中子能谱探测器所测得的能谱进行重建。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL816.3
【部分图文】：

-1 标准多球中子谱仪的测量装置（Atanackovic et al., 2内的探测器读数 Mi可表达为一个 Fredholm 积分：i i j j jjM R(E ) (E )dE 中，Ri(E)表示第 i 个球在不同能量下的中子注量响应事实上，探测器读数 Mi，中子注量响应 Ri(E)以及中更多的情况下，它们被表达为一个 j 元一次方程组，i i j jjM R(E ) (E )2111 12 1j 1221 22 2jii1 i2 ij jMR R RMR R RMR R R

图 1-2 ENDF 核数据库中几种核素截面对比改善多球中子谱仪结构的方向之一是使多球中子谱仪尽可能的测量更能量，德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt，P Wiegel 等人提出在多球中子谱仪结构中增加一层金属辅助材料来增大可

图 1-3 NUMUS 多球中子谱仪及其响应函数曲线（Wiegel and Alevra, 200另外，使用其他材料来替代聚乙烯作为慢化材料也是研究热点之一，水来代替聚乙烯作为慢化材料，用树脂来包裹水，如图 1-4 所示，所函数曲线与聚乙烯的响应函数曲线，可以看到两者在慢化能力上相
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本文编号：2861156