[发明专利]基于反卷积的自给能中子探测器延迟效应消除方法

摘要

基于反卷积的自给能中子探测器延迟效应消除方法，步骤如下：(1)根据探测器材料在中子场中的反应画出其原理图；(2)写出各中间核素数量N_i(t)(i＝1,2,3...m)与中子通量密度φ(t)间的微分方程和探测电流I(t)的表达式；(3)取φ(t)为冲激信号δ(t)，上述微分方程很容易求解得到电流单位冲击响应h(t)，而任意情况下I(t)为φ(t)与h(t)的卷积；(4)把该卷积离散化，得到I(n)与φ(n)和h(n)的关系式；(5)对照各中间核素(衰变常数不同)，可得到其缓发电流I_i(n+1)与I_i(n)、φ(n)的迭代关系；(6)进而建立φ(n+1)和I(n+1)、I_i(n+1)的关系；(7)初值φ(0)、I_i(0)可利用采样才开始的m+1个采样点结合第(4)步骤中关系式求出(避开电流突变点即可)。最终利用上述初值确定法和迭代关系式可以实时消除自给能中子探测器的延迟效应。该方法易操作、易理解、精度好。

主权项

1.基于反卷积的自给能中子探测器延迟效应消除方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据自给能中子探测器材料在中子场中的反应物理过程画出其反应机制原理图；步骤2：根据步骤1画出的反应机制原理图给出的各中间核素生成及衰变关系写出自给能中子探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)关于中子通量密度φ(t)的动态微分方程组(1)，写出探测电流I(t)与各中间核素数量及中子通量密度φ(t)的表达式(2)；式中：i表示第i个中间核素，取值为1到m；j表示第j个中间核素，取值为1到i‑1，或者i+1到m；m表示共有m个中间核素；t表示时间；∑_i为在自给能中子探测器单位体积内反应生成第i个中间核素的宏观截面；f_i为自给能中子探测器内产生第i个中间核素时产生瞬时电流的效率；j_i为自给能中子探测器内的第i个中间核素退激或衰变时的电流产生效率；λ_i为第i个中间核素的衰变常数；λ_j为第j个中间核素的衰变常数；N_i(t)为第i个中间核素单位体积内核素数量；N_j(t)为第j个中间核素单位体积内核素数量；步骤3：将中子通量密度φ(t)假设为单位脉冲信号δ(t)，见表达式(3)，具体推导出自给能中子探测器单位体积内各中间核素数量N_i(t)的表达式(4)及探测电流I(t)与时间t的表达式(5)，那么，以单位脉冲信号输入产生响应的探测电流即为自给能中子探测器的单位冲激响应，见表达式(6)；式中：i表示第i个中间核素；t表示时间；∑_i为在自给能中子探测器单位体积内反应生成第i个中间核素的宏观截面；N_i(t)为第i个中间核素单位体积内核素数量；λ_i为第i个中间核素的衰变常数；h(t)为自给能中子探测器的单位冲激响应；a_i和b_i参数因子由具体自给能中子探测器材料给出；步骤4：对于中子通量密度φ(t)，探测电流I(t)就有关系式(7)，由于探测电流是连续的，所以对自给能中子探测器实际测量的电流值进行采样，得到电流的取样值I(nΔt)；卷积表达式为：I(t)＝φ(t)*h(t)  (7)步骤5：将步骤4得到的卷积关系式(7)离散化，对一个单位冲激响应为h(t)的线性时不变因果系统，即在自给能中子探测器系统中，输入信号函数与输出信号函数之间的关系可以用卷积表示为(8)式，离散化后具体表示为(12)式；具体如下所述：离散化处理后卷积表达式为：I(n)＝φ(n)*h(n)  (8)I(n)为第n个采样点的电流值；φ(n)为第n个采样点的中子通量密度；h(n)为第n个采样点的单位冲激响应；其中：I(n)＝I(nΔt)  (9)Δt为采样时间间隔；I(n)为第n个采样点的电流值用第n个时间点的电流值I(nΔt)表示；φ(n)＝φ(nΔt)  (10)Δt为采样时间间隔；φ(n)为第n个采样点的中子通量密度用第n个时间点的中子通量密度φ(nΔt)表示；显然，此处：离散化处理后电流表达式为：设那么离散化处理后电流表示为：其中结合(11)式的积分结果可得：联立(13)、(14)式可得迭代式：其中：S为自给能中子探测器对中子的瞬时成分的灵敏度；∑_i为在自给能中子探测器单位体积内反应生成第i个中间核素的宏观截面；f_i为自给能中子探测器单位体积内产生第i个中间核素时产生瞬时电流的效率；I_i(n)为第i种缓发电流在第n个采样点的电流值；I_i(n+1)为第i种缓发电流在第n+1个采样点的电流值；h_i(n)为第i种缓发电流在第n个采样点的单位冲激响应；步骤6：确定计算中子通量的迭代关系式，首先根据I(n)的表达式列出方程，再列出I(n+1)的方程，看两者的迭代关系，再由I(n+1)式中导出中子通量密度φ(n+1)的表达式；具体过程如下：由式(13)得到：其中：φ(n)为第n个采样点的中子通量密度；i表示第i个中间核素，取值为1到m，m为中间核素的总数；I_i(n+1)为第i种缓发电流在第n+1个采样点的电流值；结合式(15)、(16)可知，由当前时段的所有缓发电流成分，中子通量密度和当前所测得的电流就可得出下一时间点的中子通量密度值；步骤7：确定迭代式的初值，根据电流信号是否发生突变来判断中子通量是否发生突变，若电流信号平稳，那么取前m+1个采样点，即在(m+1)Δt的采样时间内，列出假设中子通量密度不发生变化的齐次线性方程组，解这个方程组便得到带入迭代式的初始值；若电流信号发生突变，说明中子通量密度此时刻不稳定，那么，处理方法为将向后延迟几秒取若干个点，列出齐次线性方程组求解得到迭代式初始值；具体过程如下：列出关于初值的矩阵并由Cramer法则求解：步骤8：迭代得到中子通量密度，将步骤7中得到的初值带入下列迭代式中，便能够由当前时间的所有缓发电流成分、中子通量密度和当前所测得的电流得出下一时间点的中子通量密度值；其中：Δt为采样时间间隔；i表示第i个中间核素，取值为1到m，m为中间核素的总数；I_i(n)为第i种缓发电流在第n个采样点的电流值；I_i(n+1)为第i种缓发电流在第n+1个采样点的电流值；λ_i为第i个中间核素的衰变常数；φ(n)为第n个采样点的中子通量密度；φ(n+1)为第n+1个采样点的中子通量密度；h_i(1)为第i种缓发电流在第1个采样点的单位冲激响应。