一種基于252Cf源驅動的核部件材料特征預判別方法技術

本發明專利技術公開了一種基于252Cf源驅動的核部件材料特征預判別方法。主要包括針對核部件材料厚度和材質信息，利用時域相關模型和信號處理方法進行預判別工作。時域相關模型及信號處理方法包括三個主要方面：利用源-探測器間時域相關函數中子峰出現位置進行未知核部件材料厚度判讀；對中子峰上升沿及下降沿進行分析，提出中子峰占比法，并以其剔除非核材料的干擾并初步判斷核部件的材質；利用源-探測器間時域相關函數γ峰計數值，明確未知核部件的材質并對判斷結果加強。本方法因前所未有的非核材料剔除能力以及針對核部件材質和厚度特征的判讀能力，取得了較好的核部件材料特征預判別效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于數字信號處理及核查
，涉及一種基于252Cf源驅動的未知核部件材料預判別方法。
技術介紹
核查
中的核材料/核武器識別系統(Nuclear Material IdentifiedSystem,匪IS)，即核材料核查系統，其宗旨在于測量核材料的特征參數，從而推斷其使用領域。其重要功能是檢測核材料的富集度(核材料的富集度是區分武器級和民用級的重要標志，并可以從中推斷出其擁有國核工業水平)。從獲取核材料輻射信號的途徑而言，核查技術路線通常分為被動式和主動式兩種。限于鈾(U，Uranium)材料自發輻射能量較低，針對其的核查技術需采取主動式測量，即通過外加激勵源注入能量引起核材料的鏈式反應，通過探測其裂變產物來取得必須的信息，又稱為源驅動式測量方法。源驅動噪聲分析系統核查原理如附圖說明圖1所示。首先，#1通道中的自發裂變源252Cf為驅動中子源，其出射的自發裂變中子入射至待測核部件并誘發鏈式反應。鏈式反應會產生若干中子和Y射線，并被#2和#3通道的探測器所捕獲。252Cf源平均每次裂變放出4個自發裂變中子和6個Y光子。自發裂變中子進入待測核材料中誘發鏈式反應產生一系列誘發裂變中子，即待測核材料“受激”后，攜帶其相關信息的中子被探測器探測，得到多通道的脈沖中子信號。通過源驅動方法獲得的脈沖中子信號，經匪IS時域信號分析處理后，即可得到相應的時域相關信號標簽。傳統匪IS時域相關信號粒子計數組成如圖2所示。圖中左邊斜率較大的尖峰是最先被探測到的直射Y光子，它直接穿過了待測核部件而未經過任何碰撞；在一個波谷后較平緩的第二個峰值區分別由散射Y光子、直射中子、散射中子和誘發裂變中子組成，它們如圖中標注的那樣在時間軸上大致依次排列。直射中子、散射中子以及誘發裂變中子的產生機制與能量都有所不同，因此到達探測器的時間也有差異，并造成了時域上的展寬。顯然，源-探測器信號間時域相關函數在誘發裂變中子的時間區間(通常取20-100ns)的計數值對被測235U材料的富集度存在敏感性，隨著核材料的富集度升高而增大，故可利用核信號時域相關信號的這一特性來識別核材料富集度。雖然理論上針對系統相關函數的數學分析已經相對較為完備，然而僅限于相對理想的情況。匪IS的工作原理決定了現場取得的特征函數必須與標定值相比較才能得出結論——顯然，傳統的匪IS無法得知待測部件是不是核部件、是否值得測量，而只是機械地將其“當作”核材料產生的信號，并套用固定的時間區間來進行富集度判斷。這樣不僅帶有相當大的盲目性，可能浪費大量寶貴的時間和系統資源，并且可能引入非常大的誤差，最終影響匪IS的識別和判讀結果，造成嚴重的后果。圖3是匪IS測量下幾種不同情況下源-探測器互相關函數仿真結果，其中包括①不同物質，包括核材料與非核材料;③不同材料厚度一不同核材料富集度。為了突出欲說明的問題，圖中對Y峰做了一定的截幅處理，重點比較中子峰間的區別。從圖中可以看出，即使是在無噪聲的情況下，無論是中子峰的幅度、下降趨勢還是出現的時間，核材料與非核材料間、不同富集度核材料間乃至不同厚度材料間均不一樣，相互糾纏在一起。如果按照傳統匪IS通過積分方式來判別富集度，很可能將其中某些非核材料當作核材料判斷，抑或將同等富集度而厚度不同的核材料判斷為富集度不同的核材料，等等?？梢姡瑔渭儜{借時域相關函數的積分值來進行富集度的判斷存在著其本質的缺陷。因此，提出一種基于Y及中子時域相關波形分辨的材料預判方法，利用其對未知核部件的性質進行預判，能夠在匪IS運作之前剔除無用信息并獲取核部件材料特征參數的核部件材料特征預判別方法，就成為了本專利技術所關注的問題。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是如何獲取未知核部件厚度信息、去除非核材料的干擾，確定未知核部件材料特征，判斷材料厚度和材質，從而克服現有系統無預判機制、易受非核·材料干擾且特征參數單一的缺點。考慮到匪IS和中子脈沖信號的特點和性質，本專利技術的目的是提供一種基于252Cf源驅動的核部件材料特征預判別方法，通過對傳統匪IS取得的互協方差信號做相應的中子峰、Y峰信號提取與分析，提取未知核部件材質、厚度，并剔除非核材料的干擾。該方法對信息利用充分，抗非核材料干擾能力強且能獲取核部件材料特征，使基于脈沖中子信號的源驅動噪聲分析和信號處理方法達到了更高的精度且擴展了其應用范圍。為了達到以上目的，本專利技術采用如下技術方案一種基于252Cf源驅動的核部件材料特征預判別方法，首先，采用252Cf源驅動噪聲分析法和一系列標準材料建立能夠體現材料厚度及材質的中子峰值位置、中子峰值比及Y峰計數數值標定數據庫；然后，采用252Cf源驅動噪聲分析法對待測部件進行中子峰值位置、中子峰值比及Y峰計數數值提取；最后，將提取的三項數值與所述標定數據庫進行比較和計算得到待測部件材料特征參數； 所述材料特征參數包括厚度判讀、非核材料剔除、材質判讀和識別結果加強；其中 (I)厚度判讀通過源-探測器時域相關函數中子峰時間點分析獲取核部件厚度信息； ①通過對基于源驅動式噪聲分析方法的核武器核查系統獲取的核材料的脈沖中子信號計算其源-探測器互協方差函數；將原始數據分為&塊，而為某一塊數據中時間軸上某一時間點，采用的脈沖中子源-探測器互協方差函數某一點的無偏估計的計算公式為f V>r.1 Γ1-----——VX O Ir- 4 f \ * - - 因而整個互協方差信號的無偏估計為 r<jr'r, = T7^il,*'(r| 其中4代表某一路信號、的復共軛，則是另一路探測器信號；M為數據塊長度，以離散點數表示，由于采樣間隔為1ns，則點間距為Ins J為時延；而是數據塊的總個數； ③提取—00的中子峰，從物理模型本質出發，將其看作是前半部分散射Y光子、直射中子、散射中子及后半部分誘發裂變中子的組合。實驗證明，前半部分即中子峰值出現時間對于材料是否是放射性核材料并不敏感，而只與粒子在材料中的行程有關一一材料越厚，粒子的行程越大，三者特別是直射中子和散射中子到達探測器所需的時間就越長； 事實上是一個由不同幅值的時間點組成的時間序列，包括中子峰及Y峰兩個部分。Y峰與中子峰總是順序出現且互不干擾的。因此，只需利用時間區間法將@<0中第二個峰提取出來，即得到所需中子峰圖像及值； '通過252Cf源驅動式噪聲分析系統針對標準核材料獲取其在不同厚度下產生的脈沖中子信號并進行時域相關分析，產生一系列中子峰標定數據，作為獲取材料厚度的參照標準和標定數據庫的一部分； +準確定位中子峰值點出現的時間，將其與材料厚度標定數據庫比對，獲取未知核部件材+I的厚度； (2)非核材料剔除并核部件材質初步判斷通過中子峰占比法剔除非核材料并初步判讀核部件的材質； ①基于原子核物理實驗方法，從源裂變事件出發，通過裂變事件條件概率、裂變鏈相關條件概率等概率事件，推測出如下結論 a.Y射線的計數值同時受到材料厚度和材料的原子序數影響，在厚度類似的情況下與原子序數有關； b.中子峰的計數值隨著材料及厚度的變化而變化，但核材料由于有誘發裂變中子的存在，因此其下降沿較非核材料明顯放緩，即下降沿中子計數占總計數的比例升高；相對應地因無誘發裂變中子的存在，非核材料下降沿無上本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于252Cf源驅動的核部件材料特征預判別方法，其特征在于，首先，采用252Cf源驅動噪聲分析法和一系列標準材料建立能夠體現材料厚度及材質的中子峰值位置、中子峰值比及γ峰計數數值標定數據庫；然后，采用252Cf源驅動噪聲分析法對待測部件進行中子峰值位置、中子峰值比及γ峰計數數值提??；最后，將提取的三項數值與所述標定數據庫進行比較和計算得到待測部件材料特征參數；所述材料特征參數包括厚度判讀、非核材料剔除、材質判讀和識別結果加強；其中：（1）材料厚度判讀：通過源?探測器時域相關函數中子峰時間點分析獲取核部件厚度信息；?通過對基于源驅動式噪聲分析方法的核武器核查系統獲取的核材料的脈沖中子信號計算其源?探測器互協方差函數；將由探測器所采集到的時域脈沖序列信號分為塊，而為某一塊數據中時間軸上某一時間點，采用的脈沖中子源?探測器互協方差函數某一點的無偏估計的計算公式為：因而整個互協方差信號的無偏估計為：其中代表某一路信號的復共軛，則是另一路探測器信號；為數據塊長度，以離散點數表示，由于采樣間隔為1ns，則點間距為1ns；為時延；而是數據塊的總個數；??提取的中子峰：包括中子峰及γ峰兩個部分；利用時間區間法將中第二個峰提取出來，即得到所需中子峰圖像及值；?通過252Cf源驅動式噪聲分析系統針對標準核材料獲取其在不同厚度下產生的脈沖中子信號并進行時域相關分析，產生一系列中子峰標定數據，作為獲取材料厚度的參照標準和標定數據庫的一部分；?準確定位核部件的中子峰值點出現的時間，將其與材料厚度標定數據庫比對，獲取核部件材料的厚度；（2）非核材料剔除并核部件材質初步判斷：通過下式，即稱為中子峰占比法剔除非核材料并初步判讀核部件的材質；式中是上升沿積分值，為下降沿積分值，而表示中子峰上升沿的時間區間，表示中子峰下降沿時間區間，是源通道與探測器通道的互協方差函數；針對不同材質的標準核部件脈沖中子信號進行時域相關分析，得出其在中子峰占比值r上的明顯區別，根據r值進行分類，作為標定數據庫的一部分；將計算所得r值與標定數據庫比對，剔除非核材料的干擾，并初步判讀核部件材質；（3）?核部件材質明確及識別結果加強：通過γ峰計數判別法進一步識別前兩步未能準確區分的材質細微差別，并加強識別效果；?根據步驟（1）中識別所得材料厚度將不同厚度材料的互協方差函數進行分類，并從中提取出γ峰值點的計數值；?針對相同厚度不同材質的標準核部件脈沖中子信號進行時域相關分析，得出其在γ峰值點的計數值上的明顯區別，根據計數值進行分類，作為標定數據庫的一部分；③將實測γ峰值點的計數值與標定數據庫進行比對，獲取核部件材質信息；?④?將材質信息與步驟（2）中獲取的信息進行驗證，進一步區分不同類型、厚度核部件。2012103860053100001dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,710247dest_path_image026.jpg,689705dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,dest_path_image032.jpg,dest_path_image034.jpg,dest_path_image036.jpg,dest_path_image038.jpg,dest_path_image040.jpg,dest_path_image042.jpg,282491dest_path_image002.jpg,241482dest_path_image024.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊帆，魏彪，馮鵬，米德伶，任勇，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：