脈沖快熱中子分析探雷有效信號獲取及解析.pdf

1、據(jù)國際反地雷組織ICBL統(tǒng)計，全球每年都會新增數(shù)千名殘余地雷導(dǎo)致的受害者。為了緩解這一狀況，各國開展了多種探雷技術(shù)的研究，其中可進(jìn)行無損元素分析的核技術(shù)探雷手段顯示出了多方面的優(yōu)勢。脈沖快熱中子分析(PFTNA)探雷技術(shù)是一種新興的核技術(shù)探雷手段，該技術(shù)可對目標(biāo)物元素含量或含量比進(jìn)行定量分析。近年來，以美國為首的發(fā)達(dá)國家在這一領(lǐng)域開展了很多相關(guān)研究。美國西部肯塔基大學(xué)開發(fā)的脈沖中子元素分析儀(PELAN)已經(jīng)成功開展了雷場試驗。國內(nèi)關(guān)于

2、PFTNA的研究起步較晚，本論文是國內(nèi)首次嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于地雷探測。
　　首先，采用蒙卡程序模擬了源中子從產(chǎn)生到與目標(biāo)物核素發(fā)生核反應(yīng)的全過程。通過模擬獲取慢化、衰減等過程的時間尺度，從理論上驗證了PFTNA分時測量原理。然后，基于“熱譜最優(yōu)化”的時序優(yōu)化原則，首次提出了PFTNA時序參數(shù)量化優(yōu)化的理論模型。通過該模型可獲取不同應(yīng)用場景下的PFTNA最優(yōu)時序參數(shù)，本文還從理論上詳細(xì)論證了該模型的可行性及對環(huán)境、探測布局的適應(yīng)性。

3、
　　基于國產(chǎn)ZDF-1型脈沖d-T中子發(fā)生器，設(shè)計并搭建了PFTNA探雷實驗平臺。設(shè)計了中子源反射慢化體、屏蔽體等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，并對系統(tǒng)探測布局進(jìn)行了優(yōu)化。成功實現(xiàn)了穩(wěn)定的PFTNA分時測量系統(tǒng)。基于上述系統(tǒng)，在不同土壤背景下，開展了探雷實驗研究，成功獲取了具有高信噪比的典型目標(biāo)物的快中子誘發(fā)譜與熱中子誘發(fā)譜。能譜分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)適用于不同土壤背景下的地雷探測，可準(zhǔn)確區(qū)分地雷樣品與常見干擾物。實驗結(jié)果驗證了PFTNA應(yīng)用于地

4、雷探測的可行性，但在探測速度方面，現(xiàn)有的探雷系統(tǒng)尚不能滿足地雷探測的實際需求。
　　在能譜分析方面，本文對比了傳統(tǒng)的最小二乘擬合(LS)與新型的主成分分析(PCA)兩種解譜算法。對比結(jié)果表明PCA算法更適合用于PFTNA地雷探測的能譜解析，并對PCA算法進(jìn)行了理論上的探索。采用geant4程序搭建了簡化的探測模型，通過對9種已知樣品特征能譜的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)具備了區(qū)分炸藥與普通有機(jī)物的能力，這一過程從理論上證明了PCA解譜算法的可行性。