一種核部件多參數集成檢測系統技術方案

一種核部件多參數集成檢測系統，包括中子源、GDM、ADM和PC機，本系統利用高能量D-T中子源作為激勵裝置，基于其照射待測核部件后出射中子類型的不同，分別進行處理：對于直射中子，以透射成像的方式進行采集和處理，中子信號經中子轉換屏轉換為光信號，借助CCD成像組件，得到待測核部件內部核材料的投影分布，進而計算其幾何特征；對于誘發中子，則按照中子信號出現的先后，通過高速數據采集卡將其轉換為一系列的脈沖信號，以分塊相關算法為基礎，利用PC機計算待測核部件內部核材料的濃度、質量、反應性等屬性。該系統能夠同時獲得未知核部件的幾何分布特征與屬性特征，從而有效提高檢測的準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于核材料 的探測
，涉及同時獲取核部件內部未知核材料屬性及幾何結構信息的多參數處理技術。
技術介紹
如何有效地對待測核部件進行檢測和分析，從而準確判斷其內部所含核材料的種類、濃度、幾何分布等信息，對于判斷核材料是軍用(核彈)或民用(核電站)至關重要。以美國橡樹嶺國家實驗室J. T. Mihalczo等人為代表的研究人員提出了匪IS (核材料識別系統)，該系統雖能在一定條件下實現對核材料濃度、反應性等屬性的自動識別，但由于核查并非僅僅涉及技術層面，受政治因素的影響，核查現場通常極其復雜，干擾極多，且往往存在被檢方故意的欺詐行為。因此，在無法明確待測核部件內部具體分布的條件下，匪IS檢測結果的可信度將大打折扣。基于此，設計一種既能夠觀測待測核部件內部具體分布、幾何結構信息，又能夠對核材料濃度、質量、反應性等屬性指標進行判斷的方法或技術，成為本專利技術關注的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于通過主動式測量方法利用同一套設備實現對待測核部件內部核材料屬性(濃度、質量、反應性等)以及幾何結構(位置、大小、材質)等參數的同時測量。本專利技術的目的通過以下手段實現 一種核部件多參數集成檢測系統，它包括中子源、核部件幾何特征檢測模塊(GDM)、核部件屬性檢測模塊(ADM)以及PC機，其中GDM通過光纖與PC機相連，ADM通過PCI總線與PC機相連，由中子源發出的中子照射待測核部件上，待測核部件置于中子源與GDM和ADM之間。所述核部件幾何特征檢測模塊(GDM)主要以成像的手段對待測核部件內部核材料的幾何尺寸、擺布位置、材質進行探測和分析。其包括中子轉換屏、平移反光系統、高速觀察通道、測量成像通道和測量控制系統；所述中子轉換屏設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，將中子轉換為光子信號。所述平移反光系統設于中子轉換屏后，進行高速觀察通道與測量成像通道光路之間的切換。所述高速觀察通道設于平移反光系統的一種狀態的出設光路上，對測量環境進行初步成像，觀察待測核部件的擺放位置是否滿足要求，各器件是否到位，以保證測量成像通道的正常工作。所述測量成像通道設于平移反光系統的另一種狀態的出射光路上，進行二次成像獲得待測核部件內部結構的投影，并將該投影結果經由光纖傳輸至PC機實時顯示和處理分析。所述測量控制系統由PC機控制，并連接平移反光系統，控制平移反光系統進行狀態切換。所述核部件屬性檢測模塊(ADM)是則基于直射中子與誘發中子速度的不同，其到達中子探測器時間相應也不同的原理，采用隨機噪聲分析法，通過多路探測器對誘發中子信號進行高速采集和分析，從而得到反映待測核部件內部核材料關鍵屬性的濃度、質量、反應性等相關參數。其包括2路或4路誘發中子探測器、整形電路和高速數據采集卡，所述誘發中子探測器設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，探測由待測核部件內部的核材料所釋放的誘發中子信號，所述誘發中子探測器連接整形電路，使探測到的中子信號以電流的形式通過整形電路整形，表示為固定幅度和寬度的標準窄脈沖信號；整形電路連接高速數據采集卡，通過高速數據采集卡記錄誘發中子信號被探測的時刻，并將其轉換為一系列的O、I數據通過PCI總線送入PC機中，在PC機中通過分塊相關法對上述數據進行自相關、互相關函數運算以及FFT運算，得到自功率譜密度函數、互功率譜密度函數以及功率譜密度比等標簽，進而推算待測核部件內部核材料的濃度、質量、反應性等參數。本專利技術所謂主動式測量是指需要一個外部激勵源對待測部件施加激勵信號，進而 對激勵后產生的物理現象或信號進行檢測，此處激勵源即為中子源。中子源采用D-T中子源，其釋放的中子屬于快中子，能量大于14MeV，中子通量大于lX107nps。D-T中子源通過d+t η+α反應釋放出中子,每個中子伴隨一個α粒子。通過對α粒子的探測，確定源中子出射的時間，作為后續ADM中子信號探測的時間基點。此專利技術的有益效果是 對核材料屬性的準確測量是判斷其軍用還是民用的基本保障。然而，通常情況下核材料是以“黑盒子”的形式被探測，不僅黑盒子內部情況無從知曉，而且實際探測時被檢方往往存在“作弊”行為，在黑盒子內部放置其他材料以干擾檢測，從而得出錯誤結論。本專利技術基于透射中子成像能夠以無損的方式探測待測核部件內部這一原理，設計幾何探測模塊用以檢測待測核部件內部的結構、分布、位置以及材料材質等信息，在初步判斷核部件內部組成的基礎上結合屬性探測模塊對核材料進行檢測，得出核材料濃度、質量、反應性等關鍵參數，從而有效避免“作弊”對檢測結果帶來的干擾，提高檢測結果的可信度。附圖說明圖I為核部件多參數集成檢測系統組成框 圖2為GDM模塊組成示意圖。具體實施例方式下面通過實例方式進一步闡述本專利技術，但并不因此將本專利技術限制在所描述的實施范例之內。如圖I所示為本系統的組成框圖，系統基于主動式測量，其構成包括中子源、核部件幾何特征檢測模塊(GDM)、核部件屬性檢測模塊(ADM)以及PC機，其中GDM通過光纖與PC機相連，ADM通過PCI總線與PC機相連。所述中子源為氘氚(D-T)中子源，能量為14. IMeV，中子通量為4X107nps。D-T中子源呈管狀，并安裝了一個對位置敏感的α射線探測器，用以探測D-T中子源釋放每一個中子的具體時刻。此探測器在后續ADM中被稱為探測器I。由D-T中子源所發出的中子照射待測核部件后，出射中子打在中子轉換屏上，光子信號首先經高速觀察通道進行采集和初成像，進而利用測量成像通道進行二次成像獲得待測核部件內部結構的投影，并將該投影結果經由光纖傳輸至PC機實時顯示和處理分析。D-T中子源、待測核部件以及GDM按圖I所示進行布置。其中GDM組成如圖2所示包括中子轉換屏、平移反光系統、高速觀察通道、測量成像通道、測量控制系統等5部分。中子轉換屏由32個對直射中子敏感的塑料閃爍體拼接而成，用以將直射中子轉換為光信號。平移反光系統由福射防護窗(鉛玻璃、有機玻璃)、電動移動平臺與反射鏡組成，用于實現高速觀察通道與測量成像通道之間的切換。鉛玻璃與有機玻璃置于中子轉換屏與反射鏡之間，共同組成輻射防護窗，以盡可能吸收透過的中子、g射線等。反射鏡則與鉛玻璃、有機玻璃的中心線保持45°夾角，以確保光線既能夠折射進后續的CCD中，又適當延長光程，使伴隨的干擾輻射盡量衰減。為保證成像質量，減少成像器件被輻照的時間，首先利用高速觀察通道對成像環境進行觀測和分析，以確保中子探測器、待測核部件、D-T中子源三者之間的相對位置關系滿足要求。中子成像屬微光成像，本專利技術使用對光子極為敏感的電荷增強型CCD，即EMCCD作為成像器件，并配以制冷、抗輻照等手段設計了基于EMCCD的制冷型微光成像相機。在PC主機端應用程序的交互控制管理下，通過PCI總線，相機所采集的圖像數據實時傳入PC機的內存并實時分析和顯示當前狀態；進而根據相關狀態參量，利用測量控制系統，進行包括各模塊相對位置、相機鏡頭焦距、曝光時間、增益、偏置、幀頻、采集方式等一系列的操作，從而有效提高信噪比，實現微光條件下對成像環境的高速觀測。測量成像通道由定焦鏡頭與抗輻射背照式制冷型CXD高精度成像相機組成。經高速觀察通道初步測量，確定探測環境、各部件相對位置以及相關測量狀態均滿足要求后，PC機發出進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種核部件多參數集成檢測系統，其特征在于：本系統基于主動式測量法，它包括中子源、核部件幾何特征檢測模塊（GDM）、核部件屬性檢測模塊（ADM）以及PC機，其中GDM通過光纖與PC機相連，ADM通過PCI總線與PC機相連，待測核部件置于中子源與GDM和ADM之間；所述核部件幾何特征檢測模塊（GDM）包括中子轉換屏、平移反光系統、高速觀察通道、測量成像通道和測量控制系統；所述中子轉換屏設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，將中子轉換為光子信號；所述平移反光系統設于中子轉換屏后，進行高速觀察通道與測量成像通道光路之間的切換；所述高速觀察通道設于平移反光系統的一種狀態的出射光路上，對測量環境進行初步成像，觀察待測核部件的擺放位置是否滿足要求，各器件是否到位，以保證測量成像通道的正常工作；所述測量成像通道設于平移反光系統的另一種狀態的出射光路上，進行二次成像獲得待測核部件內部結構的投影，并將該投影結果經由光纖傳輸至PC機實時顯示和處理分析；所述測量控制系統由PC機控制，并連接平移反光系統，控制平移反光系統進行狀態切換；所述核部件屬性檢測模塊（ADM）包括2路或4路誘發中子探測器、整形電路和高速數據采集卡，所述誘發中子探測器設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，探測由待測核部件內部的核材料所釋放的誘發中子信號，所述誘發中子探測器連接整形電路，使探測到的中子信號以電流的形式通過整形電路整形，表示為固定幅度和寬度的標準窄脈沖信號；整形電路連接高速數據采集卡，通過高速數據采集卡記錄誘發中子信號被探測的時刻，并將其轉換為一系列的0、1數據通過PCI總線送入PC機中，在PC機中通過分塊相關法對上述數據進行自相關、互相關函數運算以及FFT運算，得到自功率譜密度函數、互功率譜密度函數以及功率譜密度比等標簽，進而推算待測核部件內部核材料的濃度、質量、反應性等參數。...

【技術特征摘要】
1.一種核部件多參數集成檢測系統，其特征在于本系統基于主動式測量法，它包括中子源、核部件幾何特征檢測模塊(GDM)、核部件屬性檢測模塊(ADM)以及PC機，其中GDM通過光纖與PC機相連，ADM通過PCI總線與PC機相連，待測核部件置于中子源與GDM和ADM之間； 所述核部件幾何特征檢測模塊(GDM)包括中子轉換屏、平移反光系統、高速觀察通道、測量成像通道和測量控制系統；所述中子轉換屏設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，將中子轉換為光子信號； 所述平移反光系統設于中子轉換屏后，進行高速觀察通道與測量成像通道光路之間的切換； 所述高速觀察通道設于平移反光系統的一種狀態的出射光路上，對測量環境進行初步成像，觀察待測核部件的擺放位置是否滿足要求，各器件是否到位，以保證測量成像通道的正常工作； 所述測量成像通道設于平移反光系統的另一種狀態的出射光路上，進行二次成像獲得待測核部件內部結構的投影，并將該投影結果經由光纖傳輸至PC機實時顯示和處理分析； 所述測量控制系統由PC機控制，并連接平移反光系統，控制平移反光系統進行狀態切換； 所述核部件屬性檢測模塊(ADM)包括2路或4路誘發中子探測器、整形電路和高速數據采集卡，所述誘發中子探測器設于中子源照射待測核部件后的出射中子路徑上，探測由待測核部件內部的核材料所釋放的誘發中子信號，所述誘發中子探測器連接整形電路，使探測到的中子信號以電流的形式通過整形電路整形，表示為固定幅度和寬度的標準窄脈沖信號；整形電路連接高速數據采集卡，通過高速數據采集卡記錄誘發中子信號被探測的時刻，并將其轉換為一系列的O、I數據通過PCI總線送入PC機中，在PC機中通過分塊相關法對上述數據進行自相關、互相關函數運算以及FFT運算，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏彪，馮鵬，任勇，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：