铀部件质量丰度检测数据采集仿真系统研究

摘要

美国基于时间关联符合探测技术开发了核材料识别系统，采用外置中子源诱发铀部件裂变并采集相应信号做相关分析判定铀部件的质量丰度等信息，该系统可以有效检测不同丰度级别的铀部件，但该系统探测器位置等参数信息尚未公开。同时由于该系统搭建成本较高，很多研究机构都采用了实验仿真的方式来采集数据。蒙特卡洛方法是伴随原子能事业而发展起来的一种随机抽样方法，可以逼真的模拟原子物理过程，得到与真实实验一致的结果。Geant4作为一款主流的蒙特卡洛开源软件包，可以通过添加热中子反应截面和过程来来模拟铀部件质量丰度检测数据采集过程。
　　本文首先查阅国际评价中子核数据库得到了相应的截面数据，然后在Geant4中重新编写中子与铀部件反应过程；根据输入的设置参数，构建铀部件和探测器等实体的抽象模型并定义其材料和探测器敏感区间，定义中子源的能量值及抽样方法；使用控制变量法，在每一次仅改变单一参数的情况下，多次采集数据并对比，确定了能有效区分检测检测结果的参数值；通过使用缓冲池和定时抽样方法借助 OpenGL和WinForm显示了该过程；最后将结果数据分别保存到相应的文档；同时引入了评价指标，并使用了多种优化方案。
　　本文通过实验对比，得到了能较好区分实验结果的设置参数。在使用该组设置参数的情况下，通过固定丰度为90％，采集了质量为8kg到25kg的铀部件检测数据；通过固定质量为17kg，采集了丰度为20%到90%的检测数据。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 主要研究内容

1.3 本文结构

2 数据采集仿真系统相关理论与技术

2.1 铀部件基本属性

2.2 蒙特卡洛方法简介

2.3 国际评价中子核数据库简介

2.4 开发工具及环境简介

2.5 系统评价指标及优化

3 系统需求分析与设计

3.1 系统概述

3.2 系统需求

3.3 功能结构分析

4 铀部件检测数据采集仿真系统的实现

4.1 界面实现

4.2 界面类实现

4.3 参数化计算系统模型

4.4 仿真计算类的实现

4.5 数据的读取与保存

5 采集结果与系统测试

5.1 探测器夹角对探测结果的影响

5.2 探测器距离对探测结果的影响

5.3 中子源距离对探测结果的影响

5.4 多探测器对探测结果的影响

5.4 源距离与探测器距离相等时的比较

5.5 不同丰度铀部件的数据采集

5.6 不同质量的铀部件数据采集

5.7 系统测试

结论

致谢

参考文献