[发明专利]白光中子成像方法及采用其的材料组成无损检测方法

说明书

一种白光中子成像方法，包括步骤：中子源发射脉冲中子束并记录发射时间；探测器探测脉冲中子束得到中子的位置和到达时间并传输到处理单元；处理单元根据中子的到达时间及记录的发射时间得到中子的能量信息，对中子按能量分组得到二维中子通量分布重复上述步骤，得到放置样品时的二维中子通量分布根据的值及能量分组信息生成具有中子能量信息的中子透射图像。另提出一种无损检测材料组成的方法，利用不同角度采集的位置信息重建三维空间信息并结合能量信息得到空间单元格点的透射信息，将此值与原子核数据库比对确定材料的组成。本发明在无损情况下可精确地确定材料的组成，测量的中子能量范围最宽可以覆盖从eV到百兆eV。

技术领域

本发明属于无损检测领域，更具体地涉及一种白光中子成像方法及采用其的材料组成无损检测方法。

背景技术

传统中子成像装置通常采用加速器裂变中子源或反应堆中子源，采用闪烁屏接收所有的入射中子，因此其成像过程不区分粒子能量，所成图像实际上是一种各种能量中子的透射分布叠加起来的图像，难以对图像进行深层次的解析，也就无法对样品结构和成分作进一步的深层次分析。

为了解决上述问题，近年来以确定中子能量为目标的中子照相研究逐渐兴起。通过采用脉冲型加速器中子源和飞行时间测量获得中子的能量信息，将中子通过样品后所成的图像进一步精细化，分别得到不同能量段的中子透射图片；然后，再利用材料对不同能量中子的作用截面不同，初步推断材料的组成。如图1所示，碳氢氧等元素在快中子区域具有显著的共振吸收结构。该技术一般称之为快中子共振成像，对应的中子能区为1-10MeV。

在中子共振成像方面有两种实现方法：一种方法是采用准单能中子束，如，2002年麻省理工的Chen Gongyin等人提出利用D-D反应得到按角度分布的准单能中子束，并对样品逐点成像，得到一系列能量点的透射图像，然而这种方法要逐一对宽能量范围的中子能量进行测量，效率极低，只能体现具有能谱分辨的快中子相片在元素分析和安检领域中的价值；另一种方法是对较宽能谱的中子或相关信号进行分选，例如以色列发展的Trion系统实际上是通过加时间窗的图像放大器对中子产生的图像进行分选。此方法相比于准单能中子束，采用分选方案提高了束流的利用效率，缩短了成像时间，可以实现4-8个固定能量点的图像采集；但是该方案仍然只是对图像的时间筛选，并非直接测量单个粒子事件且该方案由于束流强度低，中子的飞行长度相应地缩短，因此通过时间窗截取的中子所涵盖的能量区段仍然很宽，无法通过共振峰分析获得材料信息，另外由于该方案是机械式地轮换采集，其图像采集效率低，不满足实际应用需求。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种白光中子成像方法及无损检测材料组成的方法，用于解决以上技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种白光中子成像方法，包括以下步骤：

步骤11、脉冲型加速器中子源发射宽能谱的脉冲中子束并记录发射时间；

步骤12、探测器探测并测量脉冲中子束，得到每个中子的位置和到达时间，并将每个中子的位置和到达时间传输到处理单元；

步骤13、处理单元根据每个中子的到达时间及记录的发射时间得到该中子的能量信息，对所有中子按能量分组，并按照中子的位置信息得到不同位置处的中子通量

步骤14、放置样品于脉冲型加速器中子源和探测器之间，重复步骤11-13，得到放置样品时不同位置处的中子通量根据所的比值及放置样品时的能量分组信息生成一系列连续的具有中子能量信息的中子透射图像。

进一步地，上述脉冲型加速器中子源为基于大型散裂中子源或基于加速氘束的小型强流直线加速器中子源。

进一步地，上述脉冲型加速器中子源提供的中子能量范围从eV到百MeV。

进一步地，上述探测器为阵列型探测器，其由中子探头阵列、光电转换器和电子学读出装置组成。