一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法技术方案

本发明专利技术属于瞬发伽马中子活化分析领域，尤其是一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，包括以下步骤：S1：确定准直系统的总体长度L(cm)，根据使用的DT中子发生器的产额Y(s

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法


[0001]本专利技术涉及瞬发伽马中子活化分析
，尤其涉及一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法。

技术介绍

[0002]在众多科学和工业领域中，样品内部元素的定性及定量分析是一项重要的参数。瞬发伽马中子活化分析(Prompt Gamma
‑
ray Neutron Activation Analysis,PGNAA)技术，利用中子与被测样品中的核素进行热中子俘获、快中子非弹性散射反应，可以在极短的时间内发射出特征伽马射线，通过测量伽马射线的能量和强度便可以定性和定量地分析出样品内部的元素信息。由于PGNAA技术具有非破坏性、实时测量、分析精度高等特点，近年来被广泛应用于工业、环境、医药等多个领域。
[0003]传统的PGNAA技术主要利用核反应堆、大型加速器等设施提供中子源，随着加速器和电子学技术的发展，小型化中子发生器的性能得到极大的提升，常用的中子发生器包括氘氚(DT)和氘氘(DD)中子发生器，其能提供14.1MeV和2.5MeV平均能量的中子。目前，基于DT中子发生器的PGNAA技术得到不断发展，尤其是利用快中子非弹性散射反应的技术被广泛应用于现场测量分析。在利用中子发生器搭建测量装置时，快中子准直系统是一个重要的结构，其可以减少散射中子对测量结果的干扰，提高测量结果的信噪比。中子准直系统需要根据不同的实际情况进行设计，而现有的设计方法主要是根据从业人员的经验进行方案制定，或者进行大量的模拟及实验工作得到最佳结构，这为装置的整体设计带来了很大的难度。因此，迫切需要一种高效的基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，能够快速准确的设计出满足不同的工作场景下快中子准直系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1：确定准直系统的总体长度L(cm)，根据使用的DT中子发生器的产额Y(s
‑1)，以及样品处所需的快中子通量φ(cm
‑2s
‑1)，根据距离平方反比定律估算出准直系统的总体长度：
[0008][0009]S2：选择快中子准直系统的材料，对于14MeV的高能中子，采用三层材料进行屏蔽
准直，第一层为慢化层，第二层为热化层，第三层为吸收层；
[0010]S3：随机生成慢化层、热化层和吸收层的厚度参数L1、L2和L3，构成遗传算法的初始种群；
[0011]S4：计算适应度，依据选择的材料和DT中子发生器结构，通过蒙特卡罗软件建立模拟计算模型；
[0012]S5：依照执行选择、交叉和变异遗传等操作产生下代种群，并且使得种群不断向前进化，之后更新种群；
[0013]S6：当R值收敛，即其不在增加时作为判断依据，从而对算法进行终止，如果满足条件则退出优化程序，如不满足则继续执行步骤S4和S5。
[0014]优选的，所述S2中，慢化层材料为钨、铅、铜和铁中的一种或多种。
[0015]优选的，所述S2中，热化层材料为聚乙烯、石墨和石蜡中的一种或多种。
[0016]优选的，所述S2中，吸收层材料为含硼聚乙烯、金属镉片和碳化硼中的一种。
[0017]优选的，所述S4中，所述蒙特卡罗软件选择MCNP或Geant4软件。
[0018]优选的，所述S4中，蒙特卡罗软件计算出结果得到准直口周围与出口处的快中子通量比值适应度R，根据优化的目标来构造目标函数，及将快中子通量的比值R最小化：
[0019][0020]式中，φ1和φ2是出口处的快中子通量和经过屏蔽后的快中子通量，之后以目标函数作为监测遗传个体的适应度，遗传个体对应的是慢化层、热化层和吸收层的厚度分别为L1、L2和L3。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]通过设置的针对氘氚中子发生器中子准直系统，该方法利用蒙特卡罗模拟方法计算得到快中子通量比值R，之后利用遗传算法将比值R作为优化目标，搜索使得R最大的不同材料的厚度参数。
[0023]本专利技术根据氘氚中子发生器在实际应用中的需求，自动计算获得具有全局最优的准直材料厚度，摆脱了传统的经验设计思路，同时节省了大量的不同材料组合模拟计算的时间，提高了工作效率，实用性好。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提出的一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法的流程示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中氘氚中子发生器中子准直系统结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例中遗传算法进化过程中的比值R与种群迭代次数关系。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，包括以下步骤：
[0029]S1：确定准直系统的总体长度L(cm)，根据使用的DT中子发生器的产额Y(s
‑1)，以及样品处所需的快中子通量φ(cm
‑2s
‑1)，根据距离平方反比定律估算出准直系统的总体长度：
[0030][0031]S2：选择快中子准直系统的材料，对于14MeV的高能中子，采用三层材料进行屏蔽准直，第一层为慢化层，第二层为热化层，第三层为吸收层，需要说明的是，慢化层对14MeV快中子进行慢化，降低中子能量，热化层进一步将中子进行慢化使其成为热中子，吸收层将热中子进行吸收；
[0032]S3：随机生成慢化层、热化层和吸收层的厚度参数L1、L2和L3，构成遗传算法的初始种群；
[0033]S4：计算适应度，依据选择的材料和DT中子发生器结构，通过蒙特卡罗软件建立模拟计算模型；
[0034]S5：依照执行选择、交叉和变异遗传等操作产生下代种群，并且使得种群不断向前进化，之后更新种群；
[0035]S6：当R值收敛，即其不在增加时作为判断依据，从而对算法进行终止，如果满足条件则退出优化程序，如不满足则继续执行步骤S4和S5。
[0036]本专利技术中，S2中，慢化层材料为钨、铅、铜和铁中的一种或多种，S2中，热化层材料为聚乙烯、石墨和石蜡中的一种或多种，S2中，吸收层材料为含硼聚乙烯、金属镉片和碳化硼中的一种，S4中，蒙特卡罗软件选择MCNP或Geant4软件，S4中，蒙特卡罗软件计算出结果得到准直口周围与出口处的快中子通量比值适应度R，根据优化的目标来构造目标函数，及将快中子通量的比值R最小化：式中，φ1和φ2是出口处的快中子通量和经过屏蔽后的快中子通量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定准直系统的总体长度L(cm)，根据使用的DT中子发生器的产额Y(s
‑1)，以及样品处所需的快中子通量φ(cm
‑2s
‑1)，根据距离平方反比定律估算出准直系统的总体长度：S2：选择快中子准直系统的材料，对于14MeV的高能中子，采用三层材料进行屏蔽准直，第一层为慢化层，第二层为热化层，第三层为吸收层；S3：随机生成慢化层、热化层和吸收层的厚度参数L1、L2和L3，构成遗传算法的初始种群；S4：计算适应度，依据选择的材料和DT中子发生器结构，通过蒙特卡罗软件建立模拟计算模型；S5：依照执行选择、交叉和变异遗传等操作产生下代种群，并且使得种群不断向前进化，之后更新种群；S6：当R值收敛，即其不在增加时作为判断依据，从而对算法进行终止，如果满足条件则退出优化程序，如不满足则继续执行步骤S4和S5。2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的氘氚中子发生器快中子准直系统尺寸优化设计方法，其特征在于，所述S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡平坤，黑大千，程璨，
申请(专利权)人：中南兰信南京辐射技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：