《電子技術(shù)應(yīng)用》
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中子數(shù)字成像——高能探測(cè)器應(yīng)用新領(lǐng)域
摘要: 中子:不帶電的粒子流。輻射源為核反應(yīng)堆、加速器或中子發(fā)生器,在原子核受到外來粒子的轟擊時(shí)產(chǎn)生核反應(yīng),從原子核里釋放出來。
Abstract:
Key words :

1、中子:不帶電的粒子流。輻射源為核反應(yīng)堆、加速器或中子發(fā)生器,在原子核受到外來粒子的轟擊時(shí)產(chǎn)生核反應(yīng),從原子核里釋放出來。中子按能量大小分為:快中子、慢中子和熱中子。中子電離密度大,常常引起大的突變。
2、中子射線照相檢測(cè)的特點(diǎn):
(1)中子射線比x射線和r射線具有更強(qiáng)的穿透力,對(duì)含氫材料表現(xiàn)為很強(qiáng)的散射性能等特點(diǎn)。
(2)中子通過物質(zhì)時(shí)與原子核相互作用而衰減,且不同的元素有不同的吸收系數(shù)。中子不能直接使X射線膠片感光成像,而是通過一種特殊的轉(zhuǎn)換屏與X射線底片組合使用。
(3)可以用來檢查含氫、硼、鋰的物質(zhì)與重金屬組合的物體、檢查爆炸裝置、檢查陶瓷中的含水情況、檢查密封在金屬中的固體火箭推進(jìn)劑,也可以對(duì)原子序數(shù)相近或同一元素不同同位素進(jìn)行檢測(cè)及檢查核燃料等。
3、中子射線照相技術(shù)原理:
中子射線照相的基本透照布置如圖1所示。從中子源發(fā)出的中子束,通過準(zhǔn)直器照射到被檢工件,檢測(cè)器記錄透射的中子束分布圖像。不同物質(zhì)具有不同的中子衰減系數(shù),因此透射中子束的分布圖像可以形成工件缺陷和雜質(zhì)等的圖像。

1. 快中子源 2. 減速劑 3. 中子吸收層4. 準(zhǔn)直器 5. 中子束 6. 工件 7. 膠片
D ——中子入射孔徑 L ——準(zhǔn)直器長度
圖1中子射線照相的基本透照布置圖
4、常用中子檢測(cè)方法:
中子檢測(cè)技術(shù)目前常用的方法有熱中子法(TNA):測(cè)量射線為中子俘獲反應(yīng)產(chǎn)生的特征γ射,主要測(cè)量元素有核材料,H,N,CL,P、快中子法(FNA)(常用14MeV):測(cè)量射線為中子非彈性散射所激發(fā)的次級(jí)γ射,主要測(cè)量元素有O,C,(H),(N)、脈沖快熱中子法(PFTNA):測(cè)量射線為在脈沖產(chǎn)生時(shí)測(cè)量中子非彈γ譜和脈沖間隙測(cè)量俘獲γ譜,主要測(cè)量元素有核材料,H,N,CL,P,O,C、伴隨a粒子成像技術(shù)/飛行時(shí)間法(API/TOF):測(cè)量射線為利用符合技術(shù)測(cè)量中子非彈性散射所激發(fā)的次級(jí)γ射線,主要測(cè)量元素有O,C,N,金屬材料。
5、中子探測(cè)器XNC8800系列
針對(duì)高密度、大尺寸、超厚度零器件的檢測(cè),X-Scan公司最近推出一款中子成像探測(cè)器——XNC8804系列線探測(cè)器。美國硅谷X-Scan imaging 公司是專注于X射線線陣探測(cè)器和芯片的專業(yè)供應(yīng)商,在無損探傷領(lǐng)域擁有豐富的成功經(jīng)驗(yàn)。X-Scan的產(chǎn)品集信號(hào)探測(cè)、信號(hào)放大、數(shù)字輸出于一體,有多種控制功能可供選擇,可方便地與計(jì)算機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)圖像或信號(hào)的數(shù)字化處理。該產(chǎn)品主要面向核電廠、海關(guān)邊防等應(yīng)用領(lǐng)域。
主要性能指標(biāo):
·檢測(cè)能量范圍:0.025eV~14MeV;
·閃爍體材料:NE-426;
·主要用于快種子和熱中子成像;
·硼酸聚乙烯防護(hù)、異軸成像、光纖面板耦合技術(shù);
·探測(cè)長度可選;
·模數(shù)轉(zhuǎn)換:16bits;
·讀取噪聲:80 ADU;
·操作溫度:0到 +40 °C;
·存儲(chǔ)溫度:–10 到 +50 °C;
·操作和存儲(chǔ)濕度:20%到 90 %;
電源電壓:100 到240 VAC。

圖2中子探測(cè)器XNC8800系列實(shí)物圖
XNC8800系列探測(cè)器型號(hào)如下表:
型號(hào)有效長度有效像素?cái)?shù)
XNC8850系列XNC8804系列XNC8808系列
0.8mmXNC8816系列
1.6mm
高分辨率50um低分辨率
100um高分辨率0.4mm低分辨率
0.8mm
XW88**-061543072153638419219296
XW88**-1230861443072768384384192
XW88**-18463921646081152576576288
XW88**-246171228861441536768768384
XW88**-36925184239216230411521152576
XW88**-4812342457612288307215361536768


主要應(yīng)用方向:
·放射性襲擊的應(yīng)急響應(yīng);
·海關(guān)和邊防巡邏;
·政府執(zhí)法部門;
·核電廠、銀行、政府實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)療設(shè)備等部門的安全控制;
·軍隊(duì);消防隊(duì);
·應(yīng)急響應(yīng)部門;
·采礦業(yè);核電廠、核實(shí)驗(yàn)室、放射醫(yī)學(xué)或核廢料安全檢測(cè)。

圖3 計(jì)算機(jī)軟驅(qū)中子成像圖(局部) 圖4 繼電器中子成像圖

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