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1、據(jù)國(guó)際反地雷組織ICBL統(tǒng)計(jì),全球每年都會(huì)新增數(shù)千名殘余地雷導(dǎo)致的受害者。為了緩解這一狀況,各國(guó)開展了多種探雷技術(shù)的研究,其中可進(jìn)行無損元素分析的核技術(shù)探雷手段顯示出了多方面的優(yōu)勢(shì)。脈沖快熱中子分析(PFTNA)探雷技術(shù)是一種新興的核技術(shù)探雷手段,該技術(shù)可對(duì)目標(biāo)物元素含量或含量比進(jìn)行定量分析。近年來,以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域開展了很多相關(guān)研究。美國(guó)西部肯塔基大學(xué)開發(fā)的脈沖中子元素分析儀(PELAN)已經(jīng)成功開展了雷場(chǎng)試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)關(guān)于
2、PFTNA的研究起步較晚,本論文是國(guó)內(nèi)首次嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于地雷探測(cè)。
首先,采用蒙卡程序模擬了源中子從產(chǎn)生到與目標(biāo)物核素發(fā)生核反應(yīng)的全過程。通過模擬獲取慢化、衰減等過程的時(shí)間尺度,從理論上驗(yàn)證了PFTNA分時(shí)測(cè)量原理。然后,基于“熱譜最優(yōu)化”的時(shí)序優(yōu)化原則,首次提出了PFTNA時(shí)序參數(shù)量化優(yōu)化的理論模型。通過該模型可獲取不同應(yīng)用場(chǎng)景下的PFTNA最優(yōu)時(shí)序參數(shù),本文還從理論上詳細(xì)論證了該模型的可行性及對(duì)環(huán)境、探測(cè)布局的適應(yīng)性。
3、
基于國(guó)產(chǎn)ZDF-1型脈沖d-T中子發(fā)生器,設(shè)計(jì)并搭建了PFTNA探雷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。設(shè)計(jì)了中子源反射慢化體、屏蔽體等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元,并對(duì)系統(tǒng)探測(cè)布局進(jìn)行了優(yōu)化。成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的PFTNA分時(shí)測(cè)量系統(tǒng)?;谏鲜鱿到y(tǒng),在不同土壤背景下,開展了探雷實(shí)驗(yàn)研究,成功獲取了具有高信噪比的典型目標(biāo)物的快中子誘發(fā)譜與熱中子誘發(fā)譜。能譜分析結(jié)果表明,該系統(tǒng)適用于不同土壤背景下的地雷探測(cè),可準(zhǔn)確區(qū)分地雷樣品與常見干擾物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PFTNA應(yīng)用于地
4、雷探測(cè)的可行性,但在探測(cè)速度方面,現(xiàn)有的探雷系統(tǒng)尚不能滿足地雷探測(cè)的實(shí)際需求。
在能譜分析方面,本文對(duì)比了傳統(tǒng)的最小二乘擬合(LS)與新型的主成分分析(PCA)兩種解譜算法。對(duì)比結(jié)果表明PCA算法更適合用于PFTNA地雷探測(cè)的能譜解析,并對(duì)PCA算法進(jìn)行了理論上的探索。采用geant4程序搭建了簡(jiǎn)化的探測(cè)模型,通過對(duì)9種已知樣品特征能譜的學(xué)習(xí),系統(tǒng)具備了區(qū)分炸藥與普通有機(jī)物的能力,這一過程從理論上證明了PCA解譜算法的可行性。
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