[发明专利]一种核部件多参数集成检测系统

说明书

技术领域

本发明属于核材料的探测技术领域，涉及同时获取核部件内部未知核材料属性及几何结构信息的多参数处理技术。

背景技术

如何有效地对待测核部件进行检测和分析，从而准确判断其内部所含核材料的种类、浓度、几何分布等信息，对于判断核材料是军用（核弹）或民用（核电站）至关重要。以美国橡树岭国家实验室J. T. Mihalczo等人为代表的研究人员提出了NMIS（核材料识别系统），该系统虽能在一定条件下实现对核材料浓度、反应性等属性的自动识别，但由于核查并非仅仅涉及技术层面，受政治因素的影响，核查现场通常极其复杂，干扰极多，且往往存在被检方故意的欺诈行为。因此，在无法明确待测核部件内部具体分布的条件下，NMIS检测结果的可信度将大打折扣。

基于此，设计一种既能够观测待测核部件内部具体分布、几何结构信息，又能够对核材料浓度、质量、反应性等属性指标进行判断的方法或技术，成为本发明关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于通过主动式测量方法利用同一套设备实现对待测核部件内部核材料属性（浓度、质量、反应性等）以及几何结构（位置、大小、材质）等参数的同时测量。

本发明的目的通过以下手段实现：

一种核部件多参数集成检测系统，它包括中子源、核部件几何特征检测模块（GDM）、核部件属性检测模块（ADM）以及PC机，其中GDM通过光纤与PC机相连，ADM通过PCI总线与PC机相连，由中子源发出的中子照射待测核部件上，待测核部件置于中子源与GDM和ADM之间。

所述核部件几何特征检测模块（GDM）主要以成像的手段对待测核部件内部核材料的几何尺寸、摆布位置、材质进行探测和分析。其包括中子转换屏、平移反光系统、高速观察通道、测量成像通道和测量控制系统；所述中子转换屏设于中子源照射待测核部件后的出射中子路径上，将中子转换为光子信号。

所述平移反光系统设于中子转换屏后，进行高速观察通道与测量成像通道光路之间的切换。

所述高速观察通道设于平移反光系统的一种状态的出设光路上，对测量环境进行初步成像，观察待测核部件的摆放位置是否满足要求，各器件是否到位，以保证测量成像通道的正常工作。

所述测量成像通道设于平移反光系统的另一种状态的出射光路上，进行二次成像获得待测核部件内部结构的投影，并将该投影结果经由光纤传输至PC机实时显示和处理分析。

所述测量控制系统由PC机控制，并连接平移反光系统，控制平移反光系统进行状态切换。

所述核部件属性检测模块（ADM）是则基于直射中子与诱发中子速度的不同，其到达中子探测器时间相应也不同的原理，采用随机噪声分析法，通过多路探测器对诱发中子信号进行高速采集和分析，从而得到反映待测核部件内部核材料关键属性的浓度、质量、反应性等相关参数。其包括2路或4路诱发中子探测器、整形电路和高速数据采集卡，所述诱发中子探测器设于中子源照射待测核部件后的出射中子路径上，探测由待测核部件内部的核材料所释放的诱发中子信号，所述诱发中子探测器连接整形电路，使探测到的中子信号以电流的形式通过整形电路整形，表示为固定幅度和宽度的标准窄脉冲信号；整形电路连接高速数据采集卡，通过高速数据采集卡记录诱发中子信号被探测的时刻，并将其转换为一系列的0、1数据通过PCI总线送入PC机中，在PC机中通过分块相关法对上述数据进行自相关、互相关函数运算以及FFT运算，得到自功率谱密度函数、互功率谱密度函数以及功率谱密度比等标签，进而推算待测核部件内部核材料的浓度、质量、反应性等参数。

    本发明所谓主动式测量是指需要一个外部激励源对待测部件施加激励信号，进而对激励后产生的物理现象或信号进行检测，此处激励源即为中子源。中子源采用D-T中子源，其释放的中子属于快中子，能量大于14MeV，中子通量大于1×10⁷ nps。D-T中子源通过d+t                                                n+α反应释放出中子，每个中子伴随一个α粒子。通过对α粒子的探测，确定源中子出射的时间，作为后续ADM中子信号探测的时间基点。

此发明的有益效果是：