高散射截面样品的中子照相定量分析技术研究

发布时间：2019-09-02 15:12

【摘要】：中子照相技术已成为了一种备受青睐的定量分析技术。对样品中含H物质的定量分析是中子照相定量技术的一个主要应用。由于H等元素具有较高的散射截面,会使大量中子散射到探测器并被探测到,从而导致中子图像模糊畸变,给后续的定量分析带来困难。因而急需寻求一种高散射截面样品的中子照相定量分析技术。散射中子以及中子能谱硬化是高散射截面样品定量分析的两个主要影响因素。针对能谱硬化对中子照相定量分析造成的误差,本文采用有效中子截面代替中子宏观截面的方法进行校正。利用蒙特卡罗程序MCNP5分析计算了有效中子截面与样品厚度的关系,提出了采用有效截面刻度曲线法对能谱硬化引起的定量分析误差进行校正。本文采取基于点散射函数的中子照相散射校正方法对散射中子引起的图像模糊以及定量分析误差进行校正。在理论首先推导了点散射函数的理论表达式,并在一定条件下进行了简化,在此基础上提出了等效散射强度与等效距离的概念。从而将点散射函数的性质研究转化到对等效散射强度与等效距离影响因素的研究,利用蒙特卡罗方法对点散射函数性质进行研究,给出了等效散射强度以及等效距离参数化方法,进一步给出了任意探测器样品距离与样品厚度下的点散射函数的获取方法。综合以上两种效应的校正方法提出一种高散射截面样品定量分析迭代算法。本文研究结果表明,利用有效截面刻度曲线法可以有效的校正由于能谱硬化效应引起的分析误差;简化点散射函数模型能对蒙特卡罗方法计算得到的点散射函数进行很好的拟合;高散射截面样品定量分析迭代算法对蒙特卡罗方法计算得到的6种不同几何形状的样品进行定量分析,结果表明该算法可以很好校正由散射效应以及能谱效应引起的定量分析误差,为高散射截面样品的中子照相定量分析提供一种可靠的方法。
【图文】：

能谱分布,中子照相

图 a 图 b图 3.1 MCNP5 模拟中子照相结果Fig 3.1 Result of MCNP5 simulated neutron radiography由图 3.1 可以看出，采用这种模拟方法可以有效的模拟出中子透射图像，对于两体之间的缝隙也可以有效的分辨，说明该种模拟方法的可行性。中子照相定量分析影响因素分析在中子照相定量分析中，(2.6)式为定量分析的核心方程式，但是该式只是在入射单能、中子束平行、无散射的情况下成立。那么可以看出影响中子图像质量，以量分析结果的因素主要包括：中子束的平行程度即准直比，散射中子影响以及入子的能谱分布。以下采用 3.1 节的中子照相的蒙特卡罗模拟方法对这三种因素对图像以及定量分析的影响进行分析。1 准直比的影响由于中子不带电故不能通过电磁场聚焦的方法使得中子束平行，所以必须采取准

示意图,准直,中子,图像

使得成像时间变长，，而且本底对图像的影响变大。dlDUg中子源样品像探测器图 3.2 几何不锐度产生示意图Fig 3.2 Schematic diagram of geometric unsharpness利用3.1节介绍的中子照相的模拟方法对几种不同准直比下热中子图像进行了模拟计算，为了消除散射中子的影响选用的样品为厚度为 10μm，长宽为 5cm 的长方体Cd 薄片，样品探测器距离为 5cm，其计算结果如图 3.3 所示。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O571.5

【参考文献】