脈沖快熱中子分析探雷有效信號獲取及解析.pdf

1、據國際反地雷組織ICBL統(tǒng)計，全球每年都會新增數千名殘余地雷導致的受害者。為了緩解這一狀況，各國開展了多種探雷技術的研究，其中可進行無損元素分析的核技術探雷手段顯示出了多方面的優(yōu)勢。脈沖快熱中子分析(PFTNA)探雷技術是一種新興的核技術探雷手段，該技術可對目標物元素含量或含量比進行定量分析。近年來，以美國為首的發(fā)達國家在這一領域開展了很多相關研究。美國西部肯塔基大學開發(fā)的脈沖中子元素分析儀(PELAN)已經成功開展了雷場試驗。國內關于

2、PFTNA的研究起步較晚，本論文是國內首次嘗試將該技術應用于地雷探測。
　　首先，采用蒙卡程序模擬了源中子從產生到與目標物核素發(fā)生核反應的全過程。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時序參數量化優(yōu)化的理論模型。通過該模型可獲取不同應用場景下的PFTNA最優(yōu)時序參數，本文還從理論上詳細論證了該模型的可行性及對環(huán)境、探測布局的適應性。

3、
　　基于國產ZDF-1型脈沖d-T中子發(fā)生器，設計并搭建了PFTNA探雷實驗平臺。設計了中子源反射慢化體、屏蔽體等關鍵結構單元，并對系統(tǒng)探測布局進行了優(yōu)化。成功實現了穩(wěn)定的PFTNA分時測量系統(tǒng)?；谏鲜鱿到y(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物的快中子誘發(fā)譜與熱中子誘發(fā)譜。能譜分析結果表明，該系統(tǒng)適用于不同土壤背景下的地雷探測，可準確區(qū)分地雷樣品與常見干擾物。實驗結果驗證了PFTNA應用于地

4、雷探測的可行性，但在探測速度方面，現有的探雷系統(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習，系統(tǒng)具備了區(qū)分炸藥與普通有機物的能力，這一過程從理論上證明了PCA解譜算法的可行性。