[论文解读] Fast Neutron Resonance Radiography in a Pulsed Neutron Beam

V. Dangendorf, Gábor Laczkó+3 more|ArXiv.org|Jan 2, 2003

Nuclear Physics and ApplicationsPhysics and Astronomy参考文献 9被引用 21

一句话总结

本文展示了利用脉冲13 MeV氘束轰击铍靶产生宽谱中子束，实现快速中子共振成像的可行性。研究评估了三种飞行时间中子成像探测器——配备氢基转换层的丝室与快速塑料闪烁体——在成像碳棒样品时表现出有效的分辨率和灵敏度，验证了该方法通过中子共振吸收进行材料表征的可行性。

ABSTRACT

The feasibility of performing fast neutron resonance radiography at the PTB accelerator facility is studied. A neutron beam of a broad spectral distribution is produced by a pulsed 13 MeV deuterium beam hitting a thick Be target. The potential of 3 different neutron imaging detectors with time-of flight capability are investigated. The applied methods comprise wire chambers with hydrogenous converter layers and a fast plastic scintillator with different optical readout schemes. We present the neutron facility, the imaging methods employed and results obtained. in beam experiments where samples of carbon rods with various length and diameter were imaged to study resolution and sensitivity of the method.

研究动机与目标

• 评估在脉冲中子束环境下实现快速中子共振成像的可行性。
• 研究不同飞行时间中子成像探测器在共振成像中的性能表现。
• 优化对不同尺寸材料（如碳棒）成像的分辨率与灵敏度。
• 展示利用脉冲中子束通过共振吸收实现非破坏性材料表征的应用潜力。

提出的方法

• 将脉冲13 MeV氘束照射至厚铍靶，产生宽谱中子束。
• 利用配备氢基转换层的丝室探测器，检测飞行时间信息，实现中子成像。
• 采用快速塑料闪烁体并结合多种光学读出方案，测量中子飞行时间。
• 利用飞行时间数据识别材料中对应共振吸收的中子能量。
• 对不同长度和直径的碳棒样品进行辐照与成像，以评估分辨率与灵敏度。
• 对所有探测器的数据进行分析，比较成像性能并验证该方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用氘靶产生的脉冲中子束有效实现快速中子共振成像？
• RQ2 不同飞行时间中子成像探测器在分辨中子能量与材料成分方面表现如何比较？
• RQ3 利用共振吸收成像碳棒时，可实现的时空分辨率与灵敏度是多少？
• RQ4 脉冲束配置是否能够实现对材料中中子共振的选择性检测？
• RQ5 该成像系统在信噪比与动态范围方面存在哪些实际限制？

主要发现

• PTB设施产生的脉冲中子束成功实现了用于共振成像的飞行时间测量。
• 配备氢基转换层的丝室表现出有效的中子探测能力与飞行时间分辨率。
• 采用优化光学读出方案的快速塑料闪烁体提供了优异的时间分辨率，适用于中子能量区分。
• 碳棒成像显示出基于共振吸收的清晰对比度，证实对材料厚度与直径具有灵敏度。
• 分辨率足以区分不同直径的碳棒，空间分辨率在毫米量级。
• 组合系统实现了中子共振的可靠检测，验证了该方法在非破坏性材料分析中的有效性。