14MeV中子照相中散射中子对成像影响的MonteCarlo模拟[1]

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1、第56卷第6期2007年6月物
理
学
报Vol.56,No.6,June,20071000
3290200756(06)3577
07ACTAPHYSICASINICA
2007Chin.Phys.Soc.14MeV中子照相中散射中子对成像影响的*MonteCarlo模拟1)
1)1)2)2)章法强
杨建伦
李正宏
应纯同
刘广均1)(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,绵阳
621900)2)(清华大学工程物理系,北京
100084)(2006年9月26日收到;2006年11月13日收到修改稿)

依据实验参数,建立了14MeV快中子照相的物理模型,并利用MonteCarlo方

2、法对照相过程进行了模拟.分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化.计算结果表明,样品与探测器的距离d<5cm时,样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d,而当d>20cm时,样品散射中子对图像3的影响可忽略;当样品密度为35gcm时散射中子对图像的影响相对最大;样品宽度越大,图像中的散射成分越多,当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和.关键词:14MeV中子,快中子照相,散射中子,MonteCarlo模拟PACC:8170L,2940T,2540D[19]验结果.1引言[2022]与其他有关技术不同,快中子照相利用中子在物体中穿透能力的差

3、异来对其进行透视,洞察快中子照相是一项较新的射线照相技术,其优其内部结构状况.然而在快中子照相实验中,环境点在于快中子单色性好,穿透力强,而且与X射线[23,24][2527]散射中子和样品散射中子都会干扰包含[1]照相相比对低Z材料敏感度高.这些特点使得快着物体内部结构信息的直穿中子信号,对快中子图[2,3][4]中子照相在库存核武器检测、反恐安检等方面像的质量造成一定影响.一般而言,环境散射中子有广泛应用前景.美国LawrenceLivermore国家实验本底对图像信号的影响是均匀的.事实上,在快中室在20世纪90年代中后期开始快中子照相的研究子照相实验中,为保证探测器位置处中子通量

4、率和[2,3,5]工作,其应用目标即建立紧凑型可移动快中子照相所需的几何条件,探测器距中子源的位置一般照相装置,实现对密封在高Z材料中的低Z材料进[2,18,19][6]约为几十厘米至几米.在这个距离范围内,刘行无损检测.日本则在1986年就已经开展了基[28]荣等人的实验和计算结果表明,K400氘
氚中子于反应堆中子源的快中子照相研究,针对反应堆中发生器实验大厅内环境散射中子本底的分布随与源子源源强高的优点,尝试了多种快中子照相的技术[710]距离的增加呈现缓慢下降趋势,而且散射中子本底路线.俄罗斯的研究在如何提高快中子照相效率方面做了大量工作[1113],而德国侧重于飞行时间所占源

5、中子比例不足01%.因此,本文主要针对样[14,15]品散射中子对快中子图像的影响进行分析研究.法快中子照相的研究.近几年,美德等国家对[4,16]与环境散射中子不同,位置灵敏的快中子探测快中子共振照相也开展了相关研究.国内的快中子照相研究尚处于起步阶段,中国科学技术大学器对样品散射中子的响应具有非均性.随样品空间和北京大学的研究小组分别用自制的快中子辐射转位置、密度分布和几何形状的不同,散射中子会对样[17,18]换屏获得了快中子图像.核物理与化学研究所品透视图像的亮度、对比度等造成一定影响.特别研制的高灵敏度快中子照相系统也取得了初步的实地,对于具有锐边界的样品,样品散射中子会使图像

6、*国家自然科学基金重点项目(批准号:10035030)和中国工程物理研究院双百人才基金(批准号:2004R0301)资助的课题.
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mail:zhangfaqiang@tsinghua.org.cn3578物

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报56卷[29]具有所谓边界增强效果,这为样品密度的反演及方法使自由程[5,30]图像重建带来困难.在以反应堆为中子源的快!=ln(1-p∀)#T,(2)[26]中子照相研究中,Yoshii和Kobayashi曾建立了简式中,∀为(0,1)区间均匀分布的随机数,#T为中子单的数学模型,分析了1MeV平行中子束在圆柱形与闪烁体作用的宏观截面,p=1-exp(-#TD)

7、为中铁样品中的散射对快中子图像的影响.他们的模型子在闪烁体中行程D时,与闪烁体发生作用的概假设样品中的散射中子各向同性,且散射中子在样率.相应的需要将中子的权重修改为W∀=Wp#H品中的衰减与入射源中子相同,最重要的是该模型#T,其中#H为入射中子与闪烁体中氢核作用的宏隐含了快中子探测器无限薄的条件,并不适合基于观截面.较厚快中子辐射转换体的快中子照相系统.在由闪烁光纤阵列和高性能电荷耦合器件[19](CCD)组成的高