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抽注水多层同心球中子谱仪软件系统设计.docx
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2023-02-23
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抽注水多层同心球中子谱仪软件系统设计.docx
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中子能谱的测量在辐射防护领域有着重要的意义,有利于更准确地度量中子辐射对人体的
危害。目前测量中子能谱的装置类型主要有多球型,大部分以聚乙烯作为慢化剂。课题组自主
研发的抽注水多层同心球中子谱仪采用水为慢化剂进行中子能谱测量,该仪器通过抽注 5 层水
层组合出 32 种水层厚度变化方案,根据不同水层厚度对中子慢化能力的差异,研究球中心热
中子探测器的中子注量能量响应与中子能谱之间的关系,进而解析出入射中子能谱。杨剑波等
[1-7]
完成了谱仪的模型建立和理论模拟,乔宇洁
[8-9]
通过对谱仪校正方法的研究,建立了抽注水多
层同心球中子谱仪中子周围剂量当量校正模型,并获得了校正因子;常康
[10]
使用神经网络算法
完成了谱仪的解谱工作;张灿等
[11-12]
通过遗传算法优化了抽注水方案,缩短了工作时间;刘志
等
[13-14]
完成了电子学部分的设计研究,实现了谱仪硬件方面全自动控制,提高了工作效率。 但
是仪器配套控制软件一直未研究,因此,本文针对此设计开发一套抽注水多层同心球中子谱仪
软件系统来实现采集、传输、测量、处理、分析、显示和管理等功能。
1. 系统总体设计
1.1 抽注水多层同心球中子谱仪工作原理
对于快中子能谱的测量常用的方法有核反应法、核反冲法、飞行时间法等
[16-19]
,抽注水多
层同心球中子谱仪采用核反应法进行能谱测量,基本工作原理如图 1 所示。入射中子通过中子
谱仪不锈钢外壳经过其中的慢化剂(水)慢化为热中子,由于水层的厚度不同,对中子的慢化能
力也有差异,所以实现了不同能量的响应。中子与
3
He 探测器的气体反应产生带电粒子并伴随
能量产生,其反应式为
n+3He→p+T+0.764MeVn+3He→p+T+0.764MeV
式中:n 为中子;p 为质子;T 为氚,是氢的同位素之一。带电粒子在气体型计数管中由
于电场的作用形成信号
[20]
,通过前置放大器将信号放大输出脉冲,由中子谱仪电子学部分进行
脉冲数据采集,将计数通过数据传输协议反馈到软件系统,系统经过对数据接收和处理,进行
解谱操作得到能谱数据,通过绘图命令操作将得到的数据绘制为能谱图。
图 1 抽注水多层同心球中子谱仪能谱测量工作流程
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