一种数字化中子谱仪响应矩阵获取方法技术

本发明专利技术涉及一种数字化中子谱仪响应矩阵获取方法，包括以下步骤：通过单能中子的实验刻度获取数字化中子谱仪的单能中子在实验能点的响应函数；建立解方程模块，利用高次非齐次方程残差最小二乘法求解；将上述两种步骤相结合获得中子谱仪响应函数的相关参数，即发光因子、零道位置以及每道能量；建立响应矩阵计算模块；获取待测中子完整的响应矩阵。该响应矩阵获取方法，简化了获取响应矩阵参数调试过程，节约了响应函数获取时间成本，提高了响应函数计算精度；实现了智能化操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于放射性物品探测领域，具体涉及一种数字化中子谱仪响应矩阵获取方 法。
技术介绍
液体闪烁体探测器是属于有机闪烁体探测器中的一种，对于有机闪烁体，其优点 是含氢的密度大，因而中子探测效率高，而且时间响应快。另外又由于其具有很好的粒子甄 别性能，所以它们被广泛的用于快中子探测。下面简单的介绍一下液体闪烁体的发展历史。 利用有机液闪探测器测量中子能谱的测量原理是：当入射中子和H原子核发生弹 性散射时，中子的运动方向改变，能量也有所减少，中子减少的能量传递给H原子核，使H原 子核以一定速度运动。这个H原子核就称为反冲质子，其具有一定电荷，可以作为带电粒子 来记录。记录了反冲质子就是探测到了中子。反冲质子能量与入射中子能量相关，根据反 冲质子能量沉积谱和液闪探测器响应函数可以反演出入射中子能谱信息。 利用脉冲形状分析技术对探测器直接测量的脉冲幅度谱进行解谱时，需要清楚的 计算探测器的响应函数，即描述入射粒子的能量与其引起的脉冲幅度之间的随机关系的函 数，可以表示为： 式中，EO为入射粒子的能量；R(E0，h)为响应函数；G(E，h)为高斯分辨函数； D(E0，E)为能量沉积谱；D(E0，E)dE表示入射能量为EO的光子在探测器内沉积能量在 (E，E+dE)内的概率；τι (EO)为探测效率，是晶体内至少发生一次反应的粒子计数与入射到 探测器上的粒子数目之比。也是D(E0，E)的归一因子，即： 获取响应函数的目的就在于构建响应矩阵R，利用其解中子能谱。 响应矩阵的准确度直接决定了解谱后中子能谱的精度，目前中子响应矩阵的获得 往往采用理论计算和单能点实验刻度相结合的方式进行响应矩阵的获取。通过理论计算感 兴趣能区单能中子响应函数，计算程序采用德国技术物理研究院（PTB)开发的NRESP7程 序。然后根据单能中子实验测量脉冲幅度谱对实验谱进行拟合修正，获取实验谱与理论谱 的压缩因子，对压缩因子进行修正，从而获得与单能中子脉冲幅度谱（实验谱）吻合较好的 响应函数。 这种响应函数获取方式的主要不足是：1. NRESP7程序模拟发光过程是对用户隐 藏的，用户无法针对一些特殊的结构探测器进行响应函数计算。2. NRESP7程序无法考虑液 闪最终产生电子数目是具有统计随机分布的。 3.理论计算谱没有考虑实验谱零道修正。 参考文献：Neutron Spectrometry in Mixed Fields :NE213/BC501A Liquid Scintillation Spectrometers. Radiation Protection Dosimetry Vol. 107, Nos 1-3,pp，95-109(2003);。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种数字化中子谱仪响应矩阵获取方 法，该方法简化了获得响应矩阵参数调试过程，节约了响应函数获取时间成本，提高了响应 函数的计算精度。 为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种数字化中子谱仪响应矩阵 获取方法，包括以下步骤： a、通过单能中子实验刻度获取数字化中子谱仪的单能中子在实验能点的响应函 数； b、建立解方程模块，利用高次非齐次方程残差最小二乘法求解； c、结合上述步骤a和步骤b，获得中子谱仪的响应函数相关参数，即发光因子、零 道位置以及每道能量； d、建立响应矩阵计算模块； e、获得待测中子完整的响应矩阵。 进一步，步骤a)中，所述单能中子通过串列静电加速器核反应法获取，每个单能 中子的能量点脉冲幅度谱需满足下列方程 其中：(4)式中，Δ E为多道谱能量间隔；Ch。为0点对应道数；k和B均为常数，该 常数只依赖闪烁体的化学组成，与入射粒子无关；dE/dx为带电粒子在闪烁介质的单位路 径上消耗的能量；通过联立三个以上的方程组，获得每个单能中子实验点探测器每道的对 应能量Δ E、0点对应道数Ch。以及常kB。 进一步，在步骤b中，所述高次非齐次方程残差最小二乘法求解，采用多次尝试算 法结合方差最小判定，最终获得与全部实验结果最接近的每道能量AE、零道位置Ch。以及 发光因子kB三个参数。 进一步，在步骤d中，所述响应矩阵计算模块，编制了 main函数，定义初始化类以 及用户行为类，同时定义可视化接口。 进一步，所述用户行为类中，基于上述方程（4)设置了质子和电子发光函数。 进一步，所述响应矩阵模块计算方法如下： 1)判断最小模拟计算步长Step中是否有能量沉积，如果有能量沉积，判断是由什 么粒子产生，如果该粒子是光子，则销毁该跟踪过程并且使其光子产生的次级反应道关闭。 2)如果该最小模拟计算步长Step产生的能量沉积的粒子类型是质子，则添加实 验谱刻度得到的发光函数，I过GetTotalEnergyDeposit ()函 数得到质子沉积能量，通过GetSt印LengthO函数得到粒子的路径长度，通过刻度实验得 到Birks的发光函数，确定该步产生的光子数。 3)如果判断该最小模拟计算步长Step跟踪粒子为电子，根据电子产生的荧光数 与电子能量是线性关系，对所有最小模拟计算步长Step中由质子和电子产生的光子数求 和，即为该中子事件产生的光子数总和。 进一步，在步骤2)中，加入高斯分布展宽函数，所述展宽函数采用实验刻度方法 确定。 本专利技术的有益技术效果在于： (1)本专利技术设置了一种实验刻度方法，开发了一款基于Window窗口程序的高次非 齐次方程组残差最小解方程模块；由此，简化了响应函数的计算时间，提高了响应函数的计 算精度； (2)本专利技术开发了一套液闪响应矩阵计算模块，该响应矩阵计算模块根据实验刻 度的发光因子、电子学零道位置、每道对应的能量间隔，建立与实验探测系统几乎相同的液 闪发光物理过程，对实际系统电子学零道进行了修正，同时模拟了荧光产生过程中的随机 统计分布；由此，简化了获得响应矩阵参数调试过程，节约时间。【附图说明】 图1是本专利技术数字化中子谱仪响应矩阵获取方法的结构示意图； 图2是I. 15MeV单能中子计算响应函数和I. 15MeV单能中子实验脉冲幅度谱的示 意图； 图3是4MeV中子能量NRESP7计算结果经压缩因子修正之后的响应函数以及4MeV 中子能量实验谱； 图4是遍历算法求解KB因子程序窗口图。【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的描述。 如图1所示，是本专利技术提供的中子谱仪响应矩阵获取的方法，通过单能中子的实 验刻度获取数字化中子谱仪lMeV-20MeV单能中子在实验能点的响应函数；建立解方程模 块，利用高次非齐次方程残差最小二乘法求解；将上述两种步骤相结合获得中子谱仪的响 应函数的相关参数，即发光因子、零道位置以及每道能量；建立响应矩阵计算模块；获取待 测中子完整的响应矩阵。 具体包括两大部分内当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化中子谱仪响应矩阵获取方法，包括以下步骤：a、通过单能中子实验刻度获取数字化中子谱仪的单能中子在实验能点的响应函数；b、建立解方程模块，利用高次非齐次方程残差最小二乘法求解；c、将上述步骤a和步骤b结合，获得中子能谱的响应函数的相关参数，即发光因子、零道位置以及每道能量；d、建立响应矩阵计算模块；e、获得待测中子完整的响应矩阵。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，李春娟，刘毅娜，徐鹍，叶宏生，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11