可挪动式中子成像探测仪依靠于同位素、中子管、袖珍加快器等袖珍中子源，机关相对紧凑轻量化，造价和保护成本大幅消沉，可终了待检目标的现场或在线探测，补救了X射线等其余无损探测手艺的不够，墟市推行的潜质优秀，但在国内尚是空白。华夏工程物理协商院核物理与化学协商所龚建协商员团队在国度强大科学仪器设置开辟专项职责的撑持下，以旨趣样机为原形，以关系畛域要紧须要为契机，研发了工程化的可挪动式中子成像探测仪。

仪器打算成效图

仪器由袖珍加快器中子源、准直障蔽系统、样本承载系统、成像系统、操纵系统、数据收罗处置系统及氚净化处置系统等模块构成。

仪器什物

一、袖珍加快器中子源

针对成像系统对加快器中子源中子产额和靶点直径的请求，袖珍加快器中子源采纳摹拟、考证、迭代的方法实行打算，明白影响加快器中子源袖珍化、中子产额、靶点等参数的关键部件为离子源、高压电源及加快管，分解构成袖珍加快器中子源的系统，对系统实行打算、实行考证与研发。

研发终了的袖珍加快器

二、准直障蔽系统

准直障蔽系统是终了热/快中子成像双用型成像探测仪的急迫模块，囊括两个组件，即快中子准直障蔽组件和迷恋子慢化准直障蔽组件。准直障蔽系统须要思量成像面处的中子注量率和中子场散布，同时对仪器现场和数字探测设置具备障蔽影响，增加入射到探测器上的散掷中子和二次引发粒子，还需统筹仪器的可挪动性的请求，在分量和体积上有所束缚。

快中子准直障蔽组件打算思量两个方面：其一，提升样本味置中子注量率；其二，束缚散掷中子，增加对后端成像原料的影响，同时消沉范畴处境内的剂量水准。提升样本味置注量率思量将更多的中子反射到成像地方处；对障蔽打算遵照将14MeV快中子消沉至3MeV如下行使中子摄取材料摄取，所孕育的次生伽马射线行使铅障蔽的思绪。是以准直障蔽组件区分为四层，第一层为反射层，取舍反射成效对比好（散射截面较大、摄取截面较小）同时又可较快的将14MeV高能中子慢化到3MeV如下的材料；第二层为摄取层，取舍可较好的慢化和摄取3MeV如下中子的材料；第三层为γ射线障蔽层；最外层采纳钢外壳不变。

采纳蒙特卡洛办法祈望断定了反射层、摄取层的厚度和长度。归纳思量成像地方处视场规模和中子注量率，断定了快中子准直障蔽组件的若干尺寸，引出孔散发角等参数，终了了快中子准直障蔽组件的研发。

快中子准直障蔽器机关

迷恋子成像慢化准直障蔽系统打算紧要思量如下几个成分：第一是需将14MeV氘氚中子源慢化到迷恋子能区；第二是保证引出中子束的迷恋子含量及强度较高；第三是在必然水准上障蔽中子源，消沉处境辐射剂量。经过理论剖析和摹拟祈望断定了迷恋子慢化准直障蔽组件分为六层：第一层为低级慢化层，材料采纳钨，将14MeV快中子慢化到3MeV如下并增殖部份低能快中子；第二层为次级慢化层，材料采纳聚乙烯，将3MeV如下中子慢化到迷恋子；第三层为反射层，材料采纳石墨，将慢化后的中子反射到出口端；第四层为摄取层，采纳硼聚乙烯摄取迷恋子；第五条理生γ障蔽层，采纳铅摄取次生伽马；最外层采纳钢外壳不变。采纳蒙特卡洛办法和正交化打算办法终了了迷恋子准直障蔽系统的打算。

迷恋子准直障蔽器机关

三、成像系统

成像系统是探测仪关键部件，在整套仪器中起承前启后影响，其功能对成像原料、效率和成像方法相当急迫。本系统包罗4套子系统，别离为迷恋子在线成像系统（投影和层析）、快中子在线成像系统、NIP成像系统与胶片式成像系统，能够终了快中子数字成像、迷恋子数字成像、迷恋子层析成像、热/快中子胶片成像与中子成像板成像5种成像方法，别离餍足不同的探测须要，能够按照探测目标的特性不同灵便取舍，构成高下不同设置的成像系统。

（一）中子在线成像系统

中子在线成像系统紧要由中子变换设置（热/快中子变换屏）、光学传输组件（透镜组等）、探测器（CCD等）以及其余隶属组件孕育。在线成像系统既能够开展单帧中子投影成像，也能够终了中子层析成像数据的收罗。中子图象的猎取采纳面阵式探测器一次成像。

中子在线成像系统原形机关示企图

项目以效率优先，只管消沉本底噪声，与系统成像手艺目标相般配为原形打算准绳，通太高效率中子成像变换屏研发、光学系统和障蔽系统优化打算、深制冷大靶面数字成像设置的取舍、全主动层析收罗操纵软件包的研发，胜利研发了中子在线成像系统。

（二）胶片离线成像系统

胶片式成像系统属于离线成像系统，没法终了对实行样本的时刻探测，但其具备行使前提容易灵便、可永劫间暴光、本征分辩率高、成本便宜等显著益处，是一种不成或缺的成像手艺伎俩。

胶片成像系统囊括感光胶片、摄片盒、摄片架、冲刷套药、胶片存贮柜、胶片枯燥箱、观片灯等部件。系统以低灰雾度、高感光度为准绳甄选特定型号胶片，选定与胶片性格协做最好的冲刷套药，并采纳铝材质以容易易用为准绳打算加工摄片架和摄片盒。

胶片摄片架打算图

（三）中子成像板系统

中子成像板成像是近十年进展的新式中子成像手艺，其空间分辩率介于胶片成像和数字成像之间，对外界看来光并不特地敏锐，取放成像板无需在暗室内实行，暴光光阴较胶片短，易于数字化，成像灰阶到达16bit，高于胶片，在某些特定前提下是一种抱负的胶片替换产物。

以富士公司专用于中子成像的ND型中子成像板为原形，经过挑选制备成像层微晶、撑持层、庇护层及铁磁层，寻求Eu2+离子含量对BaFBr:Eu2+的光勉励发光功能的影响，Gd2O2S:Tb3+的尺寸优化及比例调控，成型工艺的取舍，胜利研发了实用于探测仪行使前提的专用中子成像板，连系高精度中子成像板读出系统孕育中子成像板系统。

四、图象收罗处置系统

关于在线中子成像探测，数据收罗处置系统相当急迫，由于中子产额较低，系统记号较弱，收罗到的图象不经后续处置难以判读。

图象收罗处置系统紧要成效是操纵成像系统实行图象主动化收罗并对图象数据实行校订处置、图象显示及猎取层析重修图象。该职责经过对电子耦合成像器件实行了二次开辟终了电子耦合成像器件的状况监测和参数调整、操纵、中子图象数据的猎取、显示；针对不同的噪声研发不同的校订手艺，紧要囊括：暗电流校订、平场校订、白疵点校订、加快器功率摇动校订、扭转轴校订、环形伪影校订、射线强硬校订等，在终了数据校订的原形上，操纵FBP（滤波反投影算法）、SART（迭代重修算法）或FDK（锥形束重修算法）等重修算法对正弦图实行重修获得中子层析重修图象。

五、操纵系统的研发

操纵系统的紧要成效是终了对加快器、样本承载系统及成像系统的长途操纵，相当于整套设置的神经中心，是探测仪特别急迫的构成部份。操纵系统囊括加快器操纵和样本承载系统及成像系统操纵两部份，为平安和操纵的便当性，两部份操纵维持相对自力又谐和统一。

DTS-袖珍加快器系统主工艺过程图

袖珍加快器中子源操纵系统设置分三个站，个中主题处置处置主站和长途I/O子站B在束线上，长途I/O子站A在高压头部内。三个站点经过光纤相易机以光纤介质邻接，长途I/O子站将收罗到的电记号变换为光记号传输回主题处置主站实行逻辑处置，再将主题处置主站处置后发送来的光记号变换为电记号送往各个电源，终了操纵参数和连锁操纵记号的收罗、断绝、处置、逻辑运算和启动输出。长途I/O子站放在适合EMC请求等第的机箱内，主题处置主站放置在操纵台上。系统经过操纵器接入主操纵系统，上位机行使prodove插件直接拜候操纵器数据块处置须要的讯息。系统公有76路输入输出量，个中I/O子站A稀有字量16路、摹拟量20路，I/O子站B稀有字量24路、摹拟量16路。

六、氚净化处置系统

按照袖珍加快器的特性和办事处境，打算正当的工艺过程，并在此原形上研发适合其请求的DTS-加快器的特系统，使袖珍加快器运转进程排放的含氚废气餍足氚排放办理限值。

氚净化与处置主体制统

氚净化与处置尾气搜集部份

采纳氢催化变化实行摹拟。将氚尾气净化处置系统中的催化氧化反响床加热并恒温到℃后，查核单程氢处置效率，行使氢气产生器孕育mL/min的氢气，与mL/min的Ar混杂后经过净化系统，行使气相色谱议衡量净化系统先后的氢含量，试验除氢效率是不是到达了99％以上；查核轮回处置成效，向30L钢罐注入约2.80×10-2体积比的氢，实行轮回处置。

七、成绩推行运用

仪器的胜利研发带动了高产额袖珍加快器打算建造、中子探测手艺以及航空带动机空腹涡轮叶片、航天火工品的探测手艺的提升。打垮了海外对遍及运用于核能、航空航天等高端手艺畛域的特种探测设置——中子成像探测仪的手艺封闭和禁运。项目仪器在航空带动机空腹涡轮叶片残存型芯探测和航天火工品系列产物原料探测中获得了胜利运用，在我国航空带动机和载人航天工程中表现了影响，孕育了优秀的经济效力和社会效力。

编纂：薛飞彪校阅：苗婷婷稽核：何佳恒