RU2676393C1 - Аппараты генерирования нейтронов, устройства нейтронографии и способы визуализации - Google Patents

Аппараты генерирования нейтронов, устройства нейтронографии и способы визуализации Download PDF

Info

Publication number
RU2676393C1
RU2676393C1 RU2017132672A RU2017132672A RU2676393C1 RU 2676393 C1 RU2676393 C1 RU 2676393C1 RU 2017132672 A RU2017132672 A RU 2017132672A RU 2017132672 A RU2017132672 A RU 2017132672A RU 2676393 C1 RU2676393 C1 RU 2676393C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neutron
neutrons
neutron beam
filter
conversion target
Prior art date
Application number
RU2017132672A
Other languages
English (en)
Inventor
Иган ЯН
Юаньцзин ЛИ
Сюэу ВАН
Чжи ЧЖАН
Original Assignee
Тсинхуа Юниверсити
Ньюктек Компани Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тсинхуа Юниверсити, Ньюктек Компани Лимитед filed Critical Тсинхуа Юниверсити
Application granted granted Critical
Publication of RU2676393C1 publication Critical patent/RU2676393C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/09—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being neutrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/06—Generating neutron beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/05—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using neutrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/52—Target size or shape; Direction of electron beam, e.g. in tubes with one anode and more than one cathode

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к устройствам для генерирования нейтронов с различной энергией и к способам визуализации с помощью сгенерированных нейтронов с различной энергией. Устройство нейтронографии включает в себя аппарат генерирования нейтронов для генерирования пучка нейтронов непрерывного энергетического спектра; детектор нейтронов для приема пучка нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, для получения электрического сигнала; схему сбора данных, соединенную с детектором нейтронов, для преобразования электрического сигнала в цифровой сигнал и аппарат обработки данных, соединенный со схемой получения данных, для получения изображений изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала. Технический результат – повышение чувствительности обнаружения изучаемого объекта. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к источнику нейтронов, в частности, к устройствам для генерирования нейтронов с различной энергией и к способам визуализации с помощью сгенерированных нейтронов с различной энергией.
Предпосылки изобретения
[0002] Технология нейтронографии является важной технологией недеструктивного обнаружения, которая может играть огромную роль в исследовании пустотелой лопатки турбины авиационного двигателя, обнаружении распределения влаги в топливном элементе и других прикладных задачах. Для того чтобы успешно выполнять нейтронографию, требуется сильноточный источник нейтронов с повышенным выходом нейтронов.
[0003] В настоящее время сильноточными источниками нейтронов являются реакторы или источники вторичных нейтронов. Они имеют очень высокие выходы нейтронов и плотности потока нейтронов. Однако такие виды источников нейтронов имеют очень высокую стоимость конструкции (~ 1 миллиард китайских юаней), таким образом, не могут быть построены в общенаучных исследовательских и промышленных институтах, и имеют высокие эксплуатационные расходы и дорогостоящее время работы на пучке, что затрудняет удовлетворение запросов общенаучных исследовательских или промышленных институтов или других институтов, у которых имеются требования по конфиденциальности анализируемых образцов.
[0004] Кроме того, необходима более детальная информация в нейтронографическом анализе объектов, таких как полые лопатки турбины авиационного двигателя.
Сущность изобретения
[0005] В свете одной или более проблем уровня техники обеспечены устройства для генерирования нейтронов с непрерывным энергетическим спектром, устройства визуализации и способы визуализации для них.
[0006] Согласно аспекту настоящего изобретения обеспечено устройство нейтронографии. Устройство включает в себя аппарат генерирования нейтронов, выполненный с возможностью генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра; детектор нейтронов, выполненный с возможностью принимать пучок нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, для получения электрического сигнала; схему сбора данных, соединенную с детектором нейтронов и выполненную с возможностью преобразовывать электрический сигнал в цифровой сигнал; и аппарат обработки данных, соединенный со схемой получения данных и выполненный с возможностью получать изображения изучаемого объекта под действием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала.
[0007] Согласно некоторым вариантам осуществления аппарат генерирования нейтронов включает в себя линейный ускоритель высокоэнергетических электронов, выполненный с возможностью генерировать рентгеновское излучение; мишень нейтронного преобразования, которая бомбардируется рентгеновским излучением, для генерации пучка нейтронов; фильтр, размещенный ниже по потоку от мишени нейтронного преобразования и выполненный с возможностью фильтровать рентгеновское излучение, содержащееся в пучке нейтронов, и генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра; и коллиматор, размещенный ниже по потоку от фильтра и выполненный с возможностью упорядочивать отфильтрованный пучок нейтронов так, чтобы генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, который испускается в одном направлении.
[0008] Согласно некоторым вариантам осуществления аппарат генерирования нейтронов дополнительно включает в себя сглаживающий отражатель, выполненный окружающим по меньшей мере частично, мишень нейтронного преобразования, так что нейтроны, сгенерированные мишенью нейтронного преобразования, испускаются в одном направлении.
[0009] Согласно некоторым вариантам осуществления аппарат обработки данных дополнительно выполнен с возможностью получать изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе времяпролетного метода, при этом время, в которое посредством линейного ускорителя высокоэнергетических электронов генерируется импульс рентгеновского излучения, используется в качестве опорного.
[0010] Согласно некоторым вариантам осуществления детектор нейтронов включает в себя чувствительный к нейтронам микроканальный анодный детектор.
[0011] Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр включает в себя материал, имеющий меньшее эффективное сечение для нейтронов и большее эффективное сечение для фотонов.
[0012] Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр, в частности, включает в себя бериллий или свинец.
[0013] Согласно некоторым вариантам осуществления мишень нейтронного преобразования включает в себя тяжелую воду.
[0014] Согласно некоторым вариантам осуществления время пролета нейтронов различных энергетических спектров вычисляется согласно формуле ниже:
Figure 00000001
[0015] где L обозначает расстояние пролета, En обозначает энергетический уровень нейтрона, а mn обозначает массу покоя нейтрона.
[0016] Согласно некоторым вариантам осуществления нейтронный коллиматор вакуумируется.
[0017] Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ визуализации. Способ включает в себя этапы: генерирования пучка нейтронов непрерывного энергетического спектра посредством описанного выше устройства; приема, посредством детектора нейтронов, пучка нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, для получения электрического сигнала; преобразования электрического сигнала в цифровой сигнал; и получения изображений изучаемого объекта под действием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала.
[0018] Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия предоставляется аппарат генерирования нейтронов. Аппарат генерирования нейтронов включает в себя линейный ускоритель высокоэнергетических электронов, выполненный с возможностью генерировать рентгеновское излучение; мишень нейтронного преобразования, которая бомбардируется рентгеновским излучением, для генерации пучка нейтронов; фильтр, размещенный ниже по потоку от мишени нейтронного преобразования и выполненный с возможностью фильтровать рентгеновское излучение, содержащееся в пучке нейтронов, и генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра; и коллиматор, размещенный ниже по потоку от фильтра и выполненный с возможностью упорядочивать отфильтрованный пучок нейтронов, чтобы генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, который испускается в одном направлении.
[0019] Согласно некоторым вариантам осуществления аппарат генерирования нейтронов дополнительно включает в себя сглаживающий отражатель, выполненный окружающим по меньшей мере частично, мишень нейтронного преобразования, так что нейтроны, генерируемые мишенью нейтронного преобразования, испускаются в одном направлении.
[0020] Согласно некоторым вариантам осуществления фильтр содержит материал, имеющий меньшее эффективное сечение для нейтронов и большее эффективное сечение для фотонов.
[0021] Вышеописанные технические решения могут быть использованы, чтобы генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, так что могут быть получены изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров посредством времяпролетного метода, при этом улучшая чувствительность обнаружения.
Краткое описание чертежей
[0022] Для того, чтобы лучше понимать настоящее изобретение, варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны согласно сопровождающим чертежам, на которых
[0023] Фиг. 1 показывает схематичный структурный чертеж устройства нейтронографии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
[0024] Фиг. 2 показывает схематичный структурный чертеж и процесс работы детектора нейтронов в аппарате генерирования нейтронов согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
[0025] Фиг. 3 показывает схематичный чертеж, изображающий времена прибытия нейтронов с различными энергетическими уровнями согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
[0026] Фиг. 4 показывает схематичную блок-схему аппарата обработки данных согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
[0027] Фиг. 5 показывает график, изображающий макроскопические эффективные сечения поглощения нейтронов полой лопатки турбины и сердечника.
[0028] Не все из схем и структур вариантов осуществления показаны на чертежах. Повсюду на чертежах одинаковые ссылочные номера ссылаются на одинаковые или аналогичные компоненты или отличительные признаки.
Подробное описание изобретения
[0029] Далее в данном документе конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно, и должно быть отмечено, что варианты осуществления, описанные в данном документе, существуют только в иллюстративных целях, и не предназначены, чтобы ограничивать настоящее изобретение. В последующем описании многочисленные конкретные детали излагаются для того, чтобы обеспечивать полное понимание настоящего изобретения. Однако, специалисту в области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не должно применяться на практике с этими конкретными деталями. В других случаях хорошо известные схемы, материалы или способы конкретно не описываются, чтобы избегать того, чтобы сделать неясным настоящее изобретение.
[0030] На всем протяжении описания ссылка на "некоторый вариант осуществления", "вариант осуществления", "некоторый пример" или "пример" означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описываемая в соединении с вариантом осуществления или примером, включается в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Следовательно, фраза "в одном варианте осуществления, "в варианте осуществления", "какой-либо пример" или "пример" на всем протяжении описания необязательно ссылается на один и тот же вариант осуществления или пример. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть упорядочены в одном или более вариантах осуществления или примерах в любой подходящей комбинации и/или подкомбинации. Кроме того, специалисту в области техники будет понятно, что чертежи, предоставленные в данном документе, присутствуют с целью иллюстрации, и что чертежи необязательно начерчены по масштабу. Термин "и/или", используемый в данном документе, включает в себя любую и все комбинации одного или боле перечисленных элементов.
[0031] Что касается проблем в уровне техники, варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют аппарат для генерирования нейтронов непрерывного энергетического спектра, при этом линейный ускоритель высокоэнергетических электронов генерирует рентгеновское излучение, которое бомбардирует мишень нейтронного преобразования, для генерации пучка нейтронов. Затем фильтр размещается так, чтобы фильтровать рентгеновское излучение, смешанное в пучке нейтронов, так чтобы получать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра. И отфильтрованные нейтронные пучки упорядочивают так, чтобы получать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, который испускается в одном направлении. Согласно другим вариантам осуществления времени, в которое посредством линейного ускорителя высокоэнергетических электронов генерируется импульсное рентгеновское излучение, используется в качестве опорного, могут быть получены изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе времяпролетного метода так, чтобы улучшать чувствительность обнаружения изучаемого объекта. Например, пучок нейтронов, проникающий в изучаемый объект, такой как лопатка турбины, принимается детектором нейтронов так, чтобы получать электрический сигнал. Схема сбора данных преобразует электрический сигнал в цифровой сигнал, так что устройство обработки данных, такое как компьютер, получает изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала.
[0032] Фиг. 1 показывает схематичный структурный чертеж устройства визуализации согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя линейный ускоритель 110 высокоэнергетических электронов, мишень 130 нейтронного преобразования, сглаживающий отражатель 120, фильтр 140, нейтронный коллиматор 150, детектор 170 нейтронов, схему 180 сбора данных и аппарат 190 обработки данных. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия изучаемый объект 160, такой как лопатка аэродинамической турбины, обнаруживается посредством результирующих нейтронов непрерывного энергетического спектра, чтобы получать изображения под воздействием нейтронов различных энергетических уровней, улучшая чувствительность обнаружения.
[0033] Как показано на фиг. 1, рентгеновские лучи генерируются с помощью линейного ускорителя 110 высокоэнергетических электронов (например, 10 МэВ электронов), и рентгеновские лучи выполняют (γ, n) реакцию с мишенью 130 нейтронного преобразования (например, тяжелой водой D2O) для генерации нейтронов. После замедления и отражения посредством сглаживающего отражателя 120 нейтроны испускаются в правую сторону, как показано на фиг. 1. Поскольку нейтроны и рентгеновские лучи генерируются почти одновременно, и рентгеновские лучи являются источником интерференции для детектора системы, рентгеновские лучи могут быть отфильтрованы. Фильтр (также называемый фильтрующим телом) 140 может быть выполнен из материала, имеющего меньшее эффективное сечение для нейтронов и большее эффективное сечение для фотонов, и Bi и Pb являются более предпочтительными материалами. После того как выполняется фильтрация фотонов, нейтроны поступают в нейтронный коллиматор 150, и нейтронный коллиматор 150 отбирает нейтроны в конкретном направлении для испускания к детектору, в то время как нейтроны в других направлениях экранируются. В некоторых вариантах осуществления, поскольку расстояние пролета L, как правило, является более длинным, нейтронный коллиматор должен быть вакуумирован.
[0034] Нейтроны, сгенерированные посредством (γ, n) реакции, являются быстрыми нейтронами. После того как применяются мишень 130 нейтронного преобразования и сглаживающий отражатель 120, энергия части нейтронов будет уменьшена. Следовательно, после проникновения в фильтрующее тело 140 энергия нейтронов будет выглядеть как непрерывное распределение. Поскольку ускоритель электронов является импульсным источником, нейтроны также будут испускаться импульсами. В целом, это нейтроны непрерывного энергетического спектра с импульсной структурой во времени, которые проникают в фильтрующее тело 140. Нейтроны с более высокой энергией имеют более быструю скорость полета, в то время как нейтроны с более низкой энергией имеют более медленную скорость полета, что ведет к различным временам, за которое они достигают детектора, как показано в формуле (1) ниже, где L обозначает расстояние пролета, En обозначает энергию нейтрона, и mn обозначает массу покоя нейтрона. Принимая во внимание тот факт, что расстояние dOD между изучаемым объектом и детектором 170 нейтронов гораздо меньше расстояния L между мишенью нейтронного преобразования и изучаемым объектом, влияние dOD игнорируется в формуле (1) ниже.
[0035]
Figure 00000001
(1)
[0036] Различные энергетические уровни различных пучков нейтронов приводят в результате к соответствующим временам пролета пучков нейтронов через одинаковое расстояние. Как показано на фиг. 1, нейтроны (a), нейтроны (b), нейтроны (c), нейтроны (d) и нейтроны (e) показаны на основе различных энергетических уровней нейтронов; и скорость пролета нейтронов (a) меньше скорости пролета нейтронов (b), скорость пролета нейтронов (b) меньшей скорости пролета нейтронов (c), скорость пролета нейтронов (c) меньше скорости пролета нейтронов (d), и скорость пролета нейтронов (d) меньше скорости пролета нейтронов (e).
[0037] Фиг. 2 - это схематичный чертеж процесса визуализации согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 показывает вид в поперечном разрезе детектора нейтронов. Детектор 170 нейтронов, применяемый в устройстве согласно настоящему варианту осуществления, может быть чувствительным к нейтронам микроканальным анодным детектором, который поддерживается посредством удерживающего кольца, и может принимать во внимание требования по эффективности обнаружения нейтронов, позиционному разрешению и временному разрешению. Схематичный чертеж принципа измерения нейтронов посредством чувствительной к нейтронам микроканальной пластины показан на фиг. 2. Падающие нейтроны поглощаются в чувствительной к нейтронам микроканальной пластине (nMCP), чтобы генерировать электроны внутренней конверсии. Электроны внутренней конверсии индуцируют процесс размножения в MCP, формирующий облако электронов, и считывающие электроды (например, линия_X задержки и линия_Y задержки, размещенные перекрестным образом) анализируют положение облака электронов, с тем, чтобы получать количественную, информацию о положении и времени нейтронов, которая собирается и преобразуется в цифровой сигнал посредством схемы 180 сбора данных, как показано на фиг. 1, и изображения под воздействиям нейтронов различных энергетических уровней отображаются на дисплее аппарата 190 обработки данных.
[0038] По существу информация о положении и информация о времени у нейтронов, которые проникают в изучаемый объект, измеряются посредством чувствительного к положению и времени детектора 170 нейтронов, схемы 180 сбора данных, соединенной с детектором 170 нейтронов, и аппаратом 190 обработки данных, соединенных со схемой 180 сбора данных. С помощью импульсного образца линейного ускорителя высокоэнергетических электронов высокой энергии, используемого в качестве нулевой точки отсчета времени, измеряется энергия нейтронов на основе времени, в которое нейтроны достигают детектора, а изображения под воздействием нейтронов различных энергий сохраняются соответствующим образом. Например, детектор 170 нейтронов принимает пучок нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, для получения электрического сигнала. Схема 180 сбора данных соединяется с детектором 170 нейтронов, чтобы преобразовывать электрический сигнал в цифровой сигнал. Аппарат 190 обработки данных, такое как компьютер, соединяется со схемой 180 сбора данных, чтобы получать изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергий на основе цифрового сигнала. Согласно некоторым вариантам осуществления аппарат 190 обработки данных дополнительно получает изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе времяпролетного метода, при этом время, в которое посредством линейного ускорителя высокоэнергетических электронов генерируется импульс рентгеновского излучения, используется в качестве опорного.
[0039] Фиг. 3 показывает схематичный чертеж, изображающий времена прибытия нейтронов с различными энергетическими уровнями согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, образец линейного ускорителя высокоэнергетических электронов является нулевой точкой t0 отсчета. Различия скорости между нейтронным пучком (a), нейтронным пучком (b), нейтронным пучком (c), нейтронным пучком (d) и нейтронным пучком (e) приводят в результате к распределению их соответствующих времен пролета, как показано на фиг. 4, т.е., время пролета te нейтронного пучка (e) меньше времени пролета td нейтронного пучка (d), а td меньше времени пролета tc нейтронного пучка (c), tc меньше времени пролета tb нейтронного пучка (b), tb меньше времени пролета ta нейтронного пучка (a). По существу, данные изображения под воздействием нейтронных пучков соответствующих энергий могут быть получены посредством считывания данных детектором 170 нейтронов в течение конкретного периода времени после нулевой точки t0 отсчета.
[0040] Фиг. 4 показывает схематичную блок-схему аппарата 190 обработки данных, как показано на фиг. 1. Как показано на фиг. 4, данные, собранные посредством коллектора данных, сохраняются в память 191 через интерфейсный блок 198 и шину 194. Постоянное запоминающее устройство (ROM) 192 хранит конфигурационную информацию и программу процессора данных компьютера. Оперативное запоминающее устройство (RAM) 193 используется, чтобы временно хранить различные данные во время работы процессора 196. Кроме того, память 191 также хранит компьютерную программу для выполнения обработки данных, такую как программы для обработки изображений и отображения, и т.д. Внутренняя шина 194 соединяется с памятью 191, постоянным запоминающим устройством 192, оперативным запоминающим устройством 193, аппарат 195 ввода, процессором 196, аппаратом 197 отображения и интерфейсным блоком 198.
[0041] После того как пользователь вводит операционную команду посредством аппарата 195 ввода, такого как клавиатура и мышь, процессор 196 считывает информацию о положении нейтронов, полученную посредством детектора 170 нейтронов в конкретном периоде времени, и отображает на аппарате 197 отображения, таком как LCD-дисплей, или выводит результат обработки непосредственно в форме твердой копии, такой как печатная форма.
[0042] Фиг. 5 показывает график, изображающий макроскопические эффективные сечения поглощения нейтронов лопатки турбины и оставшегося сердечника, которые показывают их различные характеристики, т.е., эффективное сечение нейтрона для оставшегося сердечника больше в области нейтронов низкой энергии, в то время как эффективное сечение нейтрона лопатки турбины больше в области высокой энергии. Для того чтобы получать хорошую способность обнаружения оставшегося сердечника, может быть использована способность выбора энергии нейтронов системы, чтобы выбирать нейтроны в области низкой энергии (0,3 эВ или меньше) для формирования изображения оставшегося сердечника, так чтобы обнаруживать потенциальный оставшийся сердечник. Если лопатка турбины должна быть изображена, для формирования изображения могут быть выбраны нейтроны области высокой энергии (0,3 эВ или более). С помощью такой технологии нейтронографии различающейся энергии может быть получена улучшенная способность различения материала. Таким образом, когда оставшийся сердечник обнаруживается посредством нейтронографии, формирование изображения может выполняться посредством выбора области оптимизированной энергии нейтронов, чтобы получать более высокую чувствительность оставшегося сердечника.
[0043] Хотя настоящее изобретение было объяснено с точки зрения проверки лопаток авиационного двигателя, в качестве примера в вышеописанных вариантах осуществления, специалисты в области техники поймут, что вышеописанные варианты осуществления могут быть использованы для других прикладных задач, таких как проверка аккумулятора и т.п.
[0044] В то время как настоящее изобретение было описано со ссылкой на несколько типичных вариантов осуществления, должно быть понятно, что термины, использованные здесь, являются иллюстративными и примерными, а не ограничивающими. Поскольку настоящее изобретение может быть осуществлено во многих формах без отступления от духа или сущности настоящего изобретения, должно быть понятно, что вышеописанные варианты осуществления не ограничиваются какими-либо из вышеупомянутых деталей, а должны истолковываться широко в духе и рамках настоящего изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, все вариации и модификации, которые попадают в рамки формулы изобретения или ее эквивалентов, предполагаются как охваченные прилагаемой формулой изобретения.

Claims (34)

1. Устройство нейтронографии, содержащее:
аппарат генерирования нейтронов, выполненный с возможностью генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра;
детектор нейтронов, выполненный с возможностью принимать пучок нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, с получением электрического сигнала;
схему сбора данных, соединенную с детектором нейтронов и выполненную с возможностью преобразовывать электрический сигнал в цифровой сигнал; и
аппарат обработки данных, соединенный со схемой получения данных и выполненный с возможностью получать изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала,
причем устройство нейтронографии дополнительно содержит:
линейный ускоритель высокоэнергетических электронов, выполненный с возможностью генерировать рентгеновское излучение;
мишень нейтронного преобразования, которая бомбардируется рентгеновским излучением, для генерации пучка нейтронов;
сглаживающий отражатель, окружающий по меньшей мере частично мишень нейтронного преобразования и выполненный с возможностью замедления и отражения нейтронов, генерируемых мишенью нейтронного преобразования, так что формируется отраженный пучок нейтронов, испускаемый в одном направлении,
фильтр, размещенный ниже по потоку от мишени нейтронного преобразования и выполненный с возможностью фильтровать рентгеновское излучение, содержащееся в пучке нейтронов, и генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра.
2. Устройство нейтронографии по п. 1, причем аппарат генерирования нейтронов содержит:
коллиматор, размещенный ниже по потоку от фильтра и выполненный с возможностью упорядочивать отфильтрованный пучок нейтронов так, чтобы генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, который испускается в одном направлении.
3. Устройство нейтронографии по п. 2, причем аппарат обработки данных дополнительно выполнен с возможностью получать изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе времяпролетного метода, при этом время, в которое посредством линейного ускорителя высокоэнергетических электронов генерируется импульс рентгеновского излучения, используется в качестве опорного.
4. Устройство нейтронографии по п. 1, причем детектор нейтронов содержит чувствительный к нейтронам микроканальный анодный детектор.
5. Устройство нейтронографии по п. 2, причем фильтр содержит материал, имеющий меньшее эффективное сечение для нейтронов и большее эффективное сечение для фотонов.
6. Устройство нейтронографии по п. 5, причем фильтр содержит Bi или Pb.
7. Устройство нейтронографии по п. 2, причем мишень нейтронного преобразования является тяжелой водой.
8. Устройство нейтронографии по п. 1, причем время пролета нейтронов различных энергетических спектров вычисляется по формуле ниже
Figure 00000002
,
где L обозначает расстояние пролета, En обозначает энергетический уровень нейтрона, а mn обозначает массу покоя нейтрона.
9. Устройство нейтронографии по п. 2, причем коллиматор вакуумируется.
10. Способ визуализации нейтронографического изображения, содержащий этапы, на которых:
генерируют пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, причем непрерывный энергетический спектр пучка нейтронов формируется замедлением и отражением посредством сглаживающего отражателя пучка нейтронов, который генерируется бомбардированием мишени нейтронного преобразования с помощью рентгеновского излучения и фильтрации отраженного пучка нейтронов через фильтр;
принимают посредством детектора нейтронов пучок нейтронов, который пронизывает изучаемый объект, с получением электрического сигнала;
преобразуют электрический сигнал в цифровой сигнал; и
получают изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров на основе цифрового сигнала.
11. Способ визуализации по п. 10, причем изображения изучаемого объекта под воздействием нейтронов различных энергетических спектров получают на основе времяпролетного метода, при этом время, в которое посредством линейного ускорителя высокоэнергетических электронов генерируется импульсное рентгеновское излучение, используют в качестве опорного.
12. Аппарат генерирования нейтронов, содержащий:
линейный ускоритель высокоэнергетических электронов, выполненный с возможностью генерировать рентгеновское излучение;
мишень нейтронного преобразования, которая бомбардируется рентгеновским излучением, для генерации пучка нейтронов;
фильтр, размещенный ниже по потоку от мишени нейтронного преобразования и выполненный с возможностью фильтровать рентгеновское излучение, содержащееся в пучке нейтронов, и генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра; и
коллиматор, размещенный ниже по потоку от фильтра и выполненный с возможностью упорядочивать отфильтрованный пучок нейтронов, чтобы генерировать пучок нейтронов непрерывного энергетического спектра, который испускается в одном направлении,
причем аппарат генерирования нейтронов дополнительно содержит сглаживающий отражатель, окружающий по меньшей мере частично мишень нейтронного преобразования и выполненный с возможностью замедления и отражения нейтронов, генерируемых мишенью нейтронного преобразования, так что формируется отраженный пучок нейтронов, испускаемый в одном направлении.
13. Аппарат генерирования нейтронов по п. 12, причем фильтр содержит материал, имеющий меньшее эффективное сечение для нейтронов и большее эффективное сечение для фотонов.
RU2017132672A 2016-09-20 2017-09-19 Аппараты генерирования нейтронов, устройства нейтронографии и способы визуализации RU2676393C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610835790.4A CN106226339A (zh) 2016-09-20 2016-09-20 中子产生设备，中子成像设备以及成像方法
CN201610835790.4 2016-09-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676393C1 true RU2676393C1 (ru) 2018-12-28

Family

ID=58076894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132672A RU2676393C1 (ru) 2016-09-20 2017-09-19 Аппараты генерирования нейтронов, устройства нейтронографии и способы визуализации

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180084632A1 (ru)
EP (1) EP3296770A1 (ru)
CN (1) CN106226339A (ru)
RU (1) RU2676393C1 (ru)
WO (1) WO2018054289A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106226339A (zh) * 2016-09-20 2016-12-14 清华大学 中子产生设备，中子成像设备以及成像方法
CN106970412A (zh) * 2017-04-07 2017-07-21 西北核技术研究所 一种基于聚乙烯的mcp中子探测器
CN107607568A (zh) * 2017-10-20 2018-01-19 清华大学 光中子源和中子检查系统
CN110779939B (zh) * 2018-07-11 2020-12-29 同方威视技术股份有限公司 双模探测方法、控制器和系统
CN110988971B (zh) * 2019-12-30 2022-02-22 中国科学院高能物理研究所 一种宽能谱白光中子共振照相探测器及探测方法
WO2024018249A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-25 Photonis France Dual neutron and x ray imaging
CN115611513B (zh) * 2022-10-28 2024-06-04 南京玻璃纤维研究设计院有限公司 一种耐辐射玻璃材料及其制备方法与应用
CN117214944B (zh) * 2023-11-09 2024-02-09 山东大学 慢中子探测结构及测量慢中子能谱的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158900C2 (ru) * 1998-01-15 2000-11-10 Войсковая часть 75360 Способ измерения толщины стенок деталей
US7983388B2 (en) * 2008-10-08 2011-07-19 Incoatec Gmbh X-ray analysis instrument with adjustable aperture window
US7995706B2 (en) * 2008-03-13 2011-08-09 Inter-University Research Institute Corporation National Institutes Of Natural Sciences Electromagnetic wave/particle beam spectroscopic method and electromagnetic wave/particle beam spectroscopic instrument
US8173967B2 (en) * 2007-03-07 2012-05-08 Nova Scientific, Inc. Radiation detectors and related methods
US8648314B1 (en) * 2011-07-22 2014-02-11 Jefferson Science Associates, Llc Fast neutron imaging device and method
US8841627B2 (en) * 2009-12-29 2014-09-23 Nuctech Company Limited Method for imaging object using photoneutron transmission and detector arrays using the same
US20140361179A1 (en) * 2011-11-22 2014-12-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for neutron imagery in immersion and imaging method using said device

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5802137A (en) * 1993-08-16 1998-09-01 Commonwealth Scientific And Industrial Research X-ray optics, especially for phase contrast imaging
US5838759A (en) * 1996-07-03 1998-11-17 Advanced Research And Applications Corporation Single beam photoneutron probe and X-ray imaging system for contraband detection and identification
JP3717685B2 (ja) * 1998-09-22 2005-11-16 日本原子力研究所 イメージングプレートの放射線画像読み出し装置及びその読み出し方法
AU2001228205A1 (en) * 2000-01-14 2001-07-24 Neutron Therapy And Imaging Inc. Linac neutron therapy and imaging
US6693281B2 (en) * 2001-05-02 2004-02-17 Massachusetts Institute Of Technology Fast neutron resonance radiography for elemental mapping
AU2002953244A0 (en) * 2002-12-10 2003-01-02 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A detection system
CN100582758C (zh) * 2005-11-03 2010-01-20 清华大学 用快中子和连续能谱x射线进行材料识别的方法及其装置
RU2408942C1 (ru) * 2007-06-21 2011-01-10 Цингхуа Унивесити Мишень, преобразующая излучение в фотонейтроны, и источник рентгеновского излучения и фотонейтронов
GB0803640D0 (en) * 2008-02-28 2008-04-02 Rapiscan Security Products Inc Scanning systems
CN202031585U (zh) * 2011-01-14 2011-11-09 太平洋远景石油技术(北京)有限公司 Tnis过套管成像储层流体评价系统
US9239303B2 (en) * 2011-09-01 2016-01-19 L-3 Communications Security And Detection Systems, Inc. Material discrimination system
JP6206948B2 (ja) * 2012-06-26 2017-10-04 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 二次元ｔｏｆパルス中性子検出器
CN103245680A (zh) * 2013-05-08 2013-08-14 中国原子能科学研究院 基于飞行时间法的快中子成像方法及系统
CN103641308B (zh) * 2013-12-06 2015-08-12 北方夜视技术股份有限公司 一种皮玻璃及其制造的中子敏感微通道板
CN104754852B (zh) * 2013-12-27 2019-11-29 清华大学 核素识别方法、核素识别系统及光中子发射器
US9151852B1 (en) * 2014-06-04 2015-10-06 Sandia Corporation Material identification based upon energy-dependent attenuation of neutrons
CN105388169B (zh) * 2015-11-10 2018-11-30 中国原子能科学研究院 中子束过滤器过滤性能测量装置及方法
CN106226339A (zh) * 2016-09-20 2016-12-14 清华大学 中子产生设备，中子成像设备以及成像方法
CN206696205U (zh) * 2016-09-20 2017-12-01 清华大学 中子产生设备和中子成像设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158900C2 (ru) * 1998-01-15 2000-11-10 Войсковая часть 75360 Способ измерения толщины стенок деталей
US8173967B2 (en) * 2007-03-07 2012-05-08 Nova Scientific, Inc. Radiation detectors and related methods
US7995706B2 (en) * 2008-03-13 2011-08-09 Inter-University Research Institute Corporation National Institutes Of Natural Sciences Electromagnetic wave/particle beam spectroscopic method and electromagnetic wave/particle beam spectroscopic instrument
US7983388B2 (en) * 2008-10-08 2011-07-19 Incoatec Gmbh X-ray analysis instrument with adjustable aperture window
US8841627B2 (en) * 2009-12-29 2014-09-23 Nuctech Company Limited Method for imaging object using photoneutron transmission and detector arrays using the same
US8648314B1 (en) * 2011-07-22 2014-02-11 Jefferson Science Associates, Llc Fast neutron imaging device and method
US20140361179A1 (en) * 2011-11-22 2014-12-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for neutron imagery in immersion and imaging method using said device

Also Published As

Publication number Publication date
CN106226339A (zh) 2016-12-14
US20180084632A1 (en) 2018-03-22
WO2018054289A1 (zh) 2018-03-29
EP3296770A1 (en) 2018-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2676393C1 (ru) Аппараты генерирования нейтронов, устройства нейтронографии и способы визуализации
Tremsin et al. Unique capabilities and applications of Microchannel Plate (MCP) detectors with Medipix/Timepix readout
US4864131A (en) Positron microscopy
US10401308B2 (en) Dual-energy detection apparatus, system and method
CN106855522B (zh) 白光中子成像方法及采用其的材料组成无损检测方法
Tremsin et al. High resolution neutron resonance absorption imaging at a pulsed neutron beamline
Schenkel et al. Investigation of light ion fusion reactions with plasma discharges
Bishnoi et al. Preliminary experimentation of fast neutron radiography with DT neutron generator at BARC
US5063293A (en) Positron microscopy
CN206696205U (zh) 中子产生设备和中子成像设备
CN116087239A (zh) 一种探测物体内部多元素分布的方法和系统
JP5553308B2 (ja) 軽元素分析装置及び分析方法
JP5414033B2 (ja) 原子核分析方法及び原子核分析装置
WO2021109313A1 (zh) 中子强度关联成像的方法和装置
Harada et al. Study of Neutron Capture Reactions Using the 4p Ge Spectrometer
JP2013231640A (ja) 加速器によるパルスビーム陽電子寿命計測方法および装置
JP7019166B2 (ja) 試料分析装置
Grozdanov et al. Elemental analysis of engine parts of the proton rocket carrier with resonance neutrons
Bacak Time-of-Flight resolved neutron imaging from thermal to fast neutron energies at n\_TOF EAR2
Tan et al. Performance evaluation of boron doped nMCP used in neutron radiography
Bacak et al. Application of energy resolved neutron imaging at n TOF EAR2
Wilson et al. LICORNE: A new and unique facility for producing intense, kinematically focused neutron beams at the IPN Orsay
Avetisyan et al. Investigation of pulse shape neutron-gamma discrimination
Kimura et al. Development of coincidence transmission electron microscope (I) coincidence image construction system
Gorini et al. Neutron resonance imaging