论文部分内容阅读
热中子照相作为一种重要的无损检测技术,在航空航天、工业生产、科学研究、国土安全等领域有着重要的应用价值。为了推进热中子照相技术的推广应用,需要发展小型化可移动式中子照相系统。兰州大学已成功研制了紧凑型D-D中子发生器,为发展小型化热中子照相奠定了小型可控中子源基础。D-D中子发生器产生的中子为能量约2.5MeV的快中子,为了利用其开展热中子照相,需要将D-D快中子慢化准直以得到满足需要的热中子束。本论文将:基于兰州大学已经研制成功的紧凑型D-D中子发生器,开展用于热中子照相的慢化准直屏蔽体的模拟研究和设计,为下一阶段发展基于紧凑型D-D中子发生器的小型化热中子照相系统做准备。在总结中子慢化相关理论的基础上,采用MCNP5程序,建立了D-D中子源模型、模拟几何模型和材料模型,针对聚乙烯（PE）、水（H2O）、重水（D2O）、石墨（C）等材料,开展了中子输运模拟研究,通过材料对中子的慢化特性研究,确定将选用PE或D2O作为主慢化体材料,其中PE的厚度应选在5-8cm范围,D2O厚度应不小于10cm。基于紧凑型D-D中子发生器结构以及热中子照相的要求,拟定了中子慢化准直屏蔽体的基本结构设计方案,慢化准直屏蔽体整体形状为立方体,采用多层结构,第一层为主慢化体,第二层为慢化准直体,第三层为中子吸收层,第四层为γ吸收层。分别以PE和D2O作为主慢化体材料,采用MCNP程序建立了中子源模型、慢化准直器的几何模拟和材料模型,开展了四种方案的中子输运蒙特卡洛模拟,完成了慢化准直屏蔽体的结构尺寸优化。通过对准直中子束的特性进行比较分析,得出两个建议方案:方案1-2和方案2-2。方案1-2以重水作为主慢化体,慢化准直屏蔽体外形尺寸:长60cm×宽60cm×高34cm,材料填充:15cm-D2O+12cmPE+5cm-（PE+8%B）+2cm-Pb;方案2-2以聚乙烯作为主慢化体,慢化准直器外形尺寸:长60cm×宽60cm×高29cm,材料填充:6cm-PE+16cm-PE+5cm-（PE+8%B）+2cm-Pb。利用Geant4进行了热中子模拟成像,其中成像系统的模拟模型设计为:中子束+像指示器+6LiF（ZnS）闪烁屏+光子计数平面。分别利用平行单能热中子束和平行慢化准直中子束进行了模拟成像,成像结果显示,平行单能热中子束模拟成像所得图像清晰,利用圆环狭缝边缘线扩散函数（LSF）半高宽得出图像空间分辨率好于50μm;慢化准直中子束模拟成像结果图像较模糊,成像空间分辨率差于50μm。虽然模拟成像能够获得较好的空间分辨,但是在实验研究中,由于中子束不是严格的平行束,照相视野内的中子注量存在不均匀性等,都会影响图像质量。