[发明专利]一种基于SRAM的中子能谱探测器及测量中子能谱的反演算法

权利要求书

1.一种基于SRAM的中子能谱探测方法，其特征在于：包括硬件设备和反演算法两部分，其中硬件设备是一套基于SRAM的中子能谱探测器；反演算法是通过统计若干不同种类且SEU截面函数已知的SRAM翻转次数，反推出未知中子能谱；

所述的反演算法内容如下：

(1)确定单个SRAM芯片的翻转概率

确认一个SRAM芯片的单粒子翻转截面曲线，用Weibull函数来拟合，函数定义为：

其中，f_sat为芯片饱和翻转截面，f(E)为芯片翻转截面函数，E为中子能量，E_th为芯片翻转阈值常在MeV量级，s和W是拟合参数；设一个中子源通量随能量分布函数为ρ(E)，则一个芯片在这个中子源上的翻转概率k为：

k＝∫f(E)*ρ(E)dE

由于ρ(E)常使用划分的区间来表示，所以在离散条件下上面的公式可以重新表示为：

k＝∑f(E_i)×ρ(E_i)

(2)确定一组SRAM芯片的翻转概率

假设测试中共采用的一组芯片数量为N，每块芯片的翻转概率为k_i,根据离散条件下芯片翻转概率的表达式，k_i可以表达为：

该公式中E_j表示中子能谱第j道对应的能量；

从该公式可以看出，芯片的翻转概率是所有能量值的线性组合；

采用矩阵的方式，将一组中所有芯片的翻转概率表示为：

k＝Fρ

其中k和ρ为列向量，F被称为芯片的能谱响应矩阵；

(3)求解原始能谱

通过所有芯片的翻转概率分布和响应矩阵情况，采用贝叶斯方法进行求解原始能谱，根据贝叶斯条件概率理论进行推导，可以得到能谱分布的后验概率迭代评估值为：

其中N为芯片总数，M为能谱的总道数，ρ^(s+1)(E_i)为第(s+1)次迭代得到的能谱分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于SRAM的中子能谱探测方法，其特征在于：测量中子能谱时主要包括以下步骤：

(1)将反演算法基于计算机语言及部分开源代码库进行构建；

(2)将通过采用基于SRAM的中子能谱探测器积累一定数量的统计，得到一组芯片的翻转概率；

(3)将这组芯片中每块芯片的翻转概率分布代入能谱反演程序，得到中子能谱。

3.根据权利要求2所述的一种基于SRAM的中子能谱探测方法，其特征在于：在能谱反演程序启动时先设置能谱反演的参数，包括芯片总数、响应矩阵维度、迭代次数和能谱区间等参数，然后输入测量得到的芯片翻转概率分布和芯片的响应矩阵；之后开始通过贝叶斯算法进行能谱的反演迭代计算过程；当迭代结果满足设定的收敛条件或迭代次数达到设定值之后，停止迭代过程并输出反演得到的中子能谱。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的一种基于SRAM的中子能谱探测方法，其特征在于：所述的中子能谱探测器为一块具备芯片读写能力的电路板，使用若干SRAM作为灵敏探头。

5.根据权利要求4所述的一种基于SRAM的中子能谱探测方法，其特征在于：所述的探头上安装的SRAM所发生的SEU从宏观上看表象为观测到寄存器位(bit)由“0”变为“1”或由“1”变为“0”，可通过指令对存储器中单元进行读写并通过对比读写字节确认SRAM内部是否发生了单粒子翻转。