航天导爆索中子照相装置慢化准直系统模拟设计

摘要

中子照相是一种优异的无损检测技术,目前已被世界先进国家广泛应用于宇航材料、核燃料元件、航空发动机空心涡轮叶片、火药、引信等无损检测中。航天导爆索主要由含H、C、N、O的火药和Ag、Pb等包壳构成,由于其材料和结构安排的特殊性,使用X射线照相检测导爆索药柱的缝隙、断痕、密度分布等存缺陷在许多困难,利用中子照相可以较为容易的实现无损检测。导爆索中子照相的主要目的是为了寻找其中的缺陷,检测有无缺药、断裂、夹渣等影响其正常工作的情况。
　　在开展中子照相时,用于成像的中子束流必须满足一定的条件才可进行照相,为获得满足要求的中子束,根据中子源特点设计合适的慢化准直系统是关键。蒙特卡罗(Monte Carlo)方法能够比较逼真地描述事物特点及物理实验过程,是目前求解中子输运问题的一种重要手段,MCNP程序是由美国Los Alamos国家实验室研制的一套大型、通用、多功能三维多粒子输运的蒙特卡罗程序,特别适合粒子输运问题的计算。
　　本文首先对课题的研究背景、中子照相的国内外现状、照相原理、装置组成、应用以及MCNP程序进行了简单介绍;然后对航天导爆索的成分截面进行分析,分析怎样的中子能谱适合导爆索的中子照相;随后根据导爆索的特点,建立合适的物理模型,利用MCNP程序模拟导爆索中子照相,计算不同能谱,不同快热比的中子束透过导爆索后的中子注量率分布,分析确定照相中子束流所应具有的快热比;最后针对导爆索中子照相对成像中子束流的要求,选择合适的慢化材料,采用MCNP对中子照相装置的慢化准直系统进行模拟设计,确定慢化体的几何尺寸与物理参数,并分析经慢化准直后的中子束的各参数是否满足导爆索照相中子照相要求,为开展中子照相提供基础数据。

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第一章 前言

1.1 课题的研究背景

1.2中子照相国外研究现状

1.3中子照相国内研究现状

1.4本文研究的主要内容

第二章 中子照相的基本理论

2.1中子照相的基本原理

2.2中子照相与X射线照相的比较

2.3中子照相的装置组成

2.4中子照相技术的应用

第三章 蒙特卡罗方法及MCNP程序

第四章 导爆索中子照相的物理分析

4.1导爆索中子照相的基本理论

4.2 导爆索成分截面数据分析

4.3 导爆索中子照相的MCNP模拟

4.4 小结

第五章 慢化准直系统初步设计

5.1中子源

5.2 导爆索中子照相对成像中子束的基本要求

5.3 慢化体材料选择

5.4 慢化体基本结构及设计

5.5小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2展望

致谢