基于虚拟刻度原理对放射性体源效率刻度方法的发展

采用蒙特卡罗模拟计算的方法,标定能够适用于不同HPGe探测器上的体源虚拟点源位置,需要对点源、体源的探测效率进行模拟计算。通过 241Am、137Cs、60Co点源和体源研究了HPGe晶体尺寸、类型对它们的虚拟点源位置的影响,模拟结果表明241Am虚拟点源位置随着探测器尺寸、类型的不同呈现明显的差异性,说明虚拟刻度原理对于探测器表面的小体积样品测量在低能区间是不可取的,最后采用 137Cs、60Co源得出体源高度与虚拟点源位置的半经验公式。通过实验室两台HPGe探测系统对尺寸Φ70 mm×65 mm标准土壤体源的探测效率进行计算,与模拟探测效率值、虚拟点源效率表征结果对比分析,验证了拟合一组表征虚拟点源位置的半经验公式是可行的。实验结果表明,对$\gamma $能量区间在300~2 000 keV进行体源的虚拟刻度时,选择可靠的定标源即可建立体源和虚拟点源位置的关系。这为解决监测工作中样品与探测器之间重复进行探测效率校准的问题提供了新的途径。     

基于放射性气体源体积的虚拟源刻度技术

大气中放射性气体氙同位素的活度浓度值是判断核裂变反应的关键数据, 长期以来其准确测量一直是个难题. 针对该问题, 本文提出和定义了虚拟点源的概念, 并使用LabSOCS软件模拟了不同尺寸气体体源和不同高度点源的探测效率, 根据计算的数据建立了气体源体积和虚拟点源位置的函数关系. 理论上证实了气体源体积和虚拟点位置有良好的线性关系, 在理论上为解决虚拟源刻度技术提供了新的途径.     

放射源探测效率的动态刻度方法

利用133Ba面源和137Cs点源匀速下降,成功刻度了133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率;利用133Ba面源和137Cs点源非匀速下降,成功刻度了非均匀分布的133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率。结果表明:匀速下降情况下,尺寸为f46.8 mm20 mm和f63.5 mm20 mm放射性133Xe气体体源的探测效率分别为0.155 和0.143,标准不确定度为8.4%(包含因子k=2 )。非均匀分布的体源效率和均匀分布的体源效率两者偏差在14%,线源的偏差在23%,可见由非均匀性引起的误差必须进行校正。     

井型高纯锗探测器体源样品无源效率刻度

采用蒙特卡罗程序MCNP建立物理模型,对井型高纯锗探测器的效率进行虚拟刻度。模拟计算在密度为0.4,1.2 gcm-3的6种不同成分环境样品中,探测器对射线的探测效率,当能量高于0.10 MeV时,体源样品的探测效率主要与样品密度、射线能量相关。以土壤、水和植物油样品为代表,结合所选取的函数模型,确定了密度范围0.1~1.6 gcm-3的固体源、密度1.0 gcm-3的水溶液和密度0.92 gcm-3的油溶液体源的效率函数及参数。实验采用标准源,对探测效率模拟结果进行了验证,探测效率的模拟值与实验值符合较好,二者误差均在3%以内。说明MCNP程序可以较为准确地模拟计算井型高纯锗探测器对射线的探测效率,验证了该无源效率刻度方法的准确性和可行性。     

分层γ扫描技术中HPGe探测器几何因子加权刻度方法

分层扫描(SGS)测量分析是一种无损检测技术,是桶装核废物定性、定量分析的重要手段。实际分析过程中,随着放射性核素所在的位置变化,对应每层不同的位置HPGe探测器的探测效率也随之变化,导致对样品不同位置需分别进行效率刻度。本工作用均匀聚乙烯样品填充废物桶,采用SGS装置的测量方法估计放射核素活度。将放射性点源置于桶内,按距离桶的中心距离依均匀分布规律选取7个点,分别对其进行效率刻度。并建立SGS 测量系统几何模型,通过两种方法将1~7号位置的几何因子对探测效率计算结果进行加权平均,后给出每层的探测效率标准值,此标准值可充分估计每层不同位置对核素的探测效率。结果表明:在测量和计算误差存在的条件下,可以快速准确估计出放射性废物桶内不同位置的核素放射性活度,提高检测精度。     

高纯锗探测器探测效率修正法的研究

探测效率是高纯锗探测器的一个重要指标，实际工作中面对的测试对象经常是一些不规则的辐射体，使得用标准源刻度探测效率难以实现，为此通过理论方法研究刻度体源探测效率有着重要意义。但是理论模拟面对着模型刻画准确性的问题，为此，该项研究针对实验室的两台便携式高纯锗γ谱仪开展了理论计算的验证工作，通过两种方法作为验证基准，即：实验和基准程序计算。针对计算产生的偏差，探索了影响效率差异的各种因素，推导了修正公式，并对修正公式的有效性和适应性进行验证。修正后的理论结果与基准的比较见图1和图2。     

积分中值定理在放射性氙样品γ谱效率刻度技术中的应用

在实验室HPGe探测器测量分析氙气样品过程中需要用到相对方法进行分析, 然而由于放射性氙同位素半衰期较短, 制作相应的标准气体比较难, 给谱仪系统刻度带来困难.针对该问题, 提出使用混合面源模拟刻度四种氙同位素气体源的效率, 并提出将积分中值定理应用到面源刻度实验过程, 大大简化了中间流程, 提高了测量的准确性.利用氙分离纯化系统在高氡环境下采集样品, 获得了天然放射性¹³³Xe气体γ谱, 通过计算得到其活度浓度. 积分中值位置处的混合面源刻度结果和气体源刻度结果一致, 说明本文提出的面源刻度技术及积分中值定理的思想在HPGe 探测器效率刻度测量分析中是有效可行的. 关键词： 面源 无源效率刻度软件 效率刻度     

基于蒙特卡罗的HPGe伽马谱仪无源效率刻度方法

采用MCNP5模拟与数学计算相结合,并利用探测器晶体几何的轴对称性,建立一种HPGe探测器的无源效率刻度方法。基于此方法的计算程序在使用过程中完全脱离MCNP5,运算时间为1~60 s,可实现点源和同轴圆柱体源的效率刻度,能量范围为50 keV~3 MeV。程序计算结果与实验数据以及MCNP5直接模拟结果比较,误差分别不超过12%和7%,证明方法可行。     

基于双重虚拟圆靶标的激光扫描测头标定

提出了一种基于双重虚拟圆来标定光平面的新方法。该方法利用棋盘的角点在图像坐标系下构建双重虚拟圆,虚拟圆与激光光条直线建立了相对的位置关系,根据交比不变原理计算出光条上的特征点在摄像机坐标系下的坐标。在摄像机视场范围内多次变换棋盘位置,构造出的虚拟圆也相应变换,由此计算得到更多的特征点,利用最小二乘法拟合光平面方程。实验表明,该方法求得的精度要明显优于实际的圆形靶标标定的精度,光平面标定的均方根误差为0.04mm,且棋盘靶标更易于制作,标定计算简单可靠,适合现场标定。     

NaI(Tl)探测器对23.8MeV γ射线的效率刻度方法

低能D(d,γ)~4He辐射俘获反应截面的研究在聚变领域和天体物理等领域中起到非常重要的作用。由于受到标准γ源能量的制约,在研究D(d,γ)~4He反应产生的23.8 MeV高能γ射线产额实验过程中不能用标准源进行效率刻度。采用实验测量与计算相结合的方法实现NaI(Tl)探测器对23.8 MeVγ射线的效率刻度是比较成熟可靠的。针对高能γ射线的产额低、本底大的情况,实验采用一个大型NaI(Tl)反康谱仪进行测量,以提高探测效率。NaI(Tl)探测器的效率,独特地采用了包括全能峰、单逃逸峰和双逃逸峰在内的效率来计算,经MCNP-4C程序模拟计算,结合实验测量的19F(p,αγ)~(16)O反应产生的6.13 MeVγ射线探测效率推算出该NaI(Tl)探测器在23.8 MeV的效率为(2.23±0.34)‰。该方法对研究高能γ射线效率刻度具有重要的参考价值。     

不同云雨条件下红外热成像系统作用距离评估

为求解红外热成像系统作用距离,以MODTRAN程序为基础,计算了不同云雨条件下的大气光谱透过率,并针对探测器定角度运行和定高度运行,分别运用光谱 路径等分法和光谱 角度等分法,对点源目标进行了红外热成像系统的探测距离求解。分析了卷云气象条件下,探测概率、降雨速率、云层厚度、云底高度等因素对大气光谱透过率和探测距离的影响。结果表明:探测概率的选取对热像仪探测距离计算结果影响较大,以坦克目标为例,探测概率由10%增加至90%时,探测距离降低21.7%;降雨对于大气透过率和探测距离影响也较大,降雨速率由0增加至4.0 mm/h时,探测距离降低76.8%;云底厚度和云层高度的影响与探测器和云层的几何位置关系相关,人目标的探测距离上限值达5.60 km;探测距离亦与探测器运行模式相关,最大差异3.8%左右。     

Finite-size behavior near the critical point of QCD phase-transition

It is pointed out that the finite-size effect is not negligible in locating the critical point of quantum colordynamics (QCD) phase transitions at current relativistic heavy ion collisions. The finite-size scaling form of the critical related observable is suggested. Its fixed point behavior at critical incident energy can be served as a reliable identification of a critical point and nearby boundary of QCD phase transition. How to experimentally find the fixed point behavior is demonstrated by using 3D-Ising model as an example. The validity of the method at finite detector acceptances at RHIC is also discussed.     

用于中国散裂中子源多功能反射谱仪的高气压多丝正比室探测器的研制

中国散裂中子源需要建设一台多功能反射谱仪中子探测器,满足在10年运行期间内,50%(@2A)以上的探测效率、好于2 mm的二维位置分辨、200 mm×200 mm的灵敏面积、3倍的n/γ分辨能力及良好的二维成像性能.基于此要求,探测器因此采用基于高气压~3He气体的多丝正比室,并以满足反射谱仪的探测效率、位置分辨、长期稳定工作和n/y分辨能力为目标进行探测器的设计.本文经过模拟和实验计算得出:以9 mm厚的铝合金入射窗、铝丝密封的高气压腔体和6 bar~3He+2.5 bar C_3H_8的工作气体的设计,可满足探测器对2 A中子10年运行期间内54%以上的探测效率要求;探测器对中子的位置分辨可达到1.4 mm左右;设计的气体净化系统,拥有2 L/min的气流速度可有效去除探测器内的负电性杂质气体,气体循环净化后可提高探测器约27%的气体增益,保证探测器长期稳定的运行;通过对~(252)Cf中子源的能谱测量和成像测量,得出探测器的n/γ分辨能力在5倍以上和均匀的成像结果.研制的探测器满足反射谱仪需求,并已在中国散裂中子源反射谱仪靶站就位联调.     

Parameter study of 3D synthetic aperture post-beamforming procedure

A method to increase the image resolution and dynamic range is to use the acquired data from several emissions (lines) and to beamform the collected RF signals treating the focal point in transmit as a virtual source of a spherical wave. The transducer is swept mechanically over the region of interest to scan a full volume. The same beamformation procedure is applied both in the azimuth and the elevation planes. This paper presents a study of the influence of the position of the transmit focus on the image resolution, the signal-to-noise ratio and penetration depth. The investigation is based on simulations and measurements. The system used in this work is a research scanner developed at the department. The transducer is a 7.5 MHz linear array with a pitch of 208 microm and a fixed focus in the elevation direction at 25 mm. The field is simulated for points placed at every 5 mm between 10 and 150 mm depths. Different positions (100) of the transmit focus are investigated. For every transmit focus the image is beamformed and evaluated. Finally the gain in signal-to-noise ratio and penetration depth are investigated experimentally for the setup, with which the best resolution is achieved. Simulations indicate that the size of the point spread function at a depth of 60 mm is decreased from 3 mm to 0.66 mm and from 4 mm to 2.5 mm in the azimuth and elevation planes, respectively. The gain in signal-to-noise ratio measured in a tissue mimicking phantom is 10 dB. The penetration depth increases from 70 to 100 mm. The method can be applied in applications, where the image quality is of prime importance, such as in the classification of atherosclerotic lesions in the carotid artery.     

基于共焦原理的反射式自聚焦光纤传感技术研究

基于共焦显微成象原理,提出了一种由自聚焦透镜和X型光纤组成的高精度反射式自聚焦光纤传感器.该传感器具有绝对位置跟踪的特殊能力,并有体积小、抗干扰性强、轴向分辨率高等特点.由实验分析得,其轴向分辨率可达30nm.可用于表面微观形貌、外形尺寸、曲面轮廓等测量领域.     

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。      

Position optimization of particular solution sources for distributed source boundary point method by volume velocity-matching

Choosing particular solution source and its position have great influence on accuracy of sound field prediction in distributed source boundary point method.An optimization method for determining the position of particular solution sources is proposed to get high accuracy prediction result.In this method,tripole is chosen as the particular solution.The upper limit frequency of calculation is predicted by setting 1%volume velocity relative error limit using vibration velocity of structure surface.Then,the optimal position of particular solution sources,in which the relative error of volume velocity is minimum,is determined within the range of upper limit frequency by searching algorithm using volume velocity matching.The transfer matrix between pressure and surface volume velocity is constructed in the optimal position.After that,the sound radiation of structure is calculated by the matrix.The results of numerical simulation show that the calculation error is significantly reduced by the proposed method.When there are vibration velocity measurement errors,the calculation errors can be controlled within 5% by the method.     

The Monte-Carlo simulation on a scintillator neutron detector

A simulation of the properties of the shifting scintillator neutron detector using 6LiF/ZnS(Ag) scintillation screens is performed.The simulation results show that the light attenuation length of standard BC704 scintillator is about 0.65 mm.Its thermal neutron detection efficiency,gamma sensitivity and intrinsic spatial resolution can achieve around 50.0%,10 5and 0.18 mm(along X-axis) respectively.For the detector,air coupling position resolution is better than the silicone oil coupling.Some of the simulation results are compared with experimental results.They are in agreement.This work will be helpful for constructing neutron detector for high intensity powder diffractometer at Chinese spallation neutron source.