利用中子反散射法与中子诱发γ射线法探测隐蔽爆炸物的模拟研究

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可控中子及X射线源测井技术发展现状及趋势

可控中子及X射线源测井技术发展现状及趋势张锋;田立立【摘要】随着核仪器技术的进步以及安全健康的工业发展需求,具有人工可控性的中子源及X射线源逐步在测井领域得到推广应用,为油气等矿产资源的勘探开发提供了关键技术手段.可控中子及X射线源测井技术是以中子发生器或X射线管产生的中子或X射线与地层物质作用,通过探测中子、伽马或X射线从而进行地层孔隙度、密度、油气饱和度和元素含量的测井技术.本文概述了可控中子及X射线源测井技术,回顾了其发展历程;介绍了可控中子及X射线测井技术在数值模拟、仪器研制及数据处理方法方面的研究现状及应用,并展望了可控中子及X射线源测井技术的发展前景,认为未来可控中子及X射线源测井技术可从以下三个方面开展研究:分析不同射线在能量、时间及空间的分布规律,开展探测理论基础研究;联合不同学科优势,开展多类型多模式的新型仪器研制;增强谱数据校正及解析方法研究,开展谱信息综合分析及应用.【期刊名称】《同位素》【年(卷),期】2019(032)003【总页数】18页(P133-150)【关键词】可控中子源;X射线源;测井技术;研究进展【作者】张锋;田立立【作者单位】中国石油大学(华东)深层油气重点实验室,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TL816+.3随着人们对健康、安全及环境(HSE)的重视程度不断提高，基于同位素化学源的核测井技术在实际应用中逐渐受到限制[1]。

可控中子源及X射线源通过电子线路控制中子或X射线的发射与关闭，避免了对环境及人员的放射性危害，成为替代同位素源的有利选择[2-3]。

可控中子源测井技术通过测量中子与地层物质作用后产生的中子及伽马射线，确定地层孔隙度、密度、油气饱和度及地层元素含量，对应的测井技术类别为可控中子孔隙度测井技术、中子伽马密度测井技术、脉冲中子油气饱和度测井技术和可控中子地层元素测井技术。

近地空间强流脉冲中子源大气传输散射γ特性研究

出了散射７探测器相关指标，为相关研究提供了一定参考。
关键词：强流脉冲中子源｝散射射线｝；能谱注量｝空间｝近地同步轨道
中图分类号：Ｏ５１５７．文献标识码：Ａ文章编号：０５－９４２０）２０２＿３２８０３（０７Ｏ＿２７０
中子输运空间为以地球球心为原点，延伸到达地球同步轨道为半径的正球体，具体参数：地球半径取６０ｋ同步轨道距离地球取３６４０ｍ，．
万ｋｍ。考虑到大气密度的分布，该正球体从下至上，由密到疏划分为８层系列同心球面，９
分数不随高度而改变的大气组成，由７．２都５５
假定近地（距离地球３～１０ｍ）间强０２ｋ空
流脉冲中子源在瞬间向４方向发射。在空间某位置（如在距离地球３６ｋ的同步轨道）．万ｍ对脉冲中子源在输运途中与大气产生的散射７
射线进行探测，必须了解到达该位置的散射７
１模拟计算的数学物理模型
１．Ｍｅ而裂变中子能量分布范围较宽，４１Ｖ；峰
收稿日期：０６０－８２０－７０
作者筒介：程金星（９７男，１７一）山东潍坊人，在读博
士，从事核爆探测方面的研究
值能量约为１３Ｖ。．Ｍｅ１２粒子输运的空间模型［＿。
２７２
维普资讯
摘要：于射线与物质的相互作用原理和辐射输运理论，基建立了近地空间强流脉冲中子源在大气
中输运时与气体散射产生７射线传输到同步轨道的数学物理模型，应用ＭＣＰＮ程序对散射７输运至地球同步轨道的特征参数进行了数值模拟，获得了一些规律性的辐射现象，并依据这些辐射特征，初步提

中子散射关键技术及前沿应用研究

中子散射关键技术及前沿应用研究中子散射是一种研究物质结构和性质的重要技术。

通过测量中子与原子或核子相互作用时的散射情况，可以揭示材料内部的结构、动态和磁性等信息。

中子散射技术广泛应用于材料科学、物理、化学、生物学等领域，对于推动科学研究和技术发展起着重要作用。

中子散射技术的研究历史可以追溯到上世纪30年代。

当时，人们已经意识到中子是一种非常适合用于研究原子结构的粒子，因为中子的波长与原子尺度相当，能够深入物质内部。

随着核能技术的发展，中子散射技术逐渐得到了推广和发展。

中子散射技术的关键在于有效控制中子的能谱和散射方向。

为了实现这一目的，科研人员们设计了各种中子源和中子散射实验装置。

常见的中子源包括核反应堆、加速器和中子散裂器等，这些源能够产生足够能量和强度的中子束。

而中子散射装置则通常包括中子散射仪、探测器、样品台等组件，用于测量中子与样品相互作用时的散射信息。

在实际应用中，中子散射技术可以用于多种材料的研究。

例如，通过中子散射技术可以研究晶体材料的晶格结构和缺陷，探测材料的磁性和电荷分布，揭示生物分子的结构和动态等。

中子散射还可以应用于催化剂研究、聚合物材料分析、生物医药领域等。

近年来，随着中子散射技术的不断进步，许多新的应用领域也逐渐展现出来。

例如，中子散射在纳米材料研究中的应用越来越受到关注。

由于中子的波长与纳米尺度相当，中子散射技术可以有效地研究纳米颗粒的结构与动态性质，为纳米材料的设计与制备提供重要信息。

此外，中子散射在生物医学领域的应用也逐渐增多。

通过中子散射技术可以研究生物大分子的结构和功能，了解蛋白质、核酸等生物分子在生物体内的相互作用和运动方式，为药物设计和疾病治疗提供重要参考。

除了基础研究和应用领域外，中子散射技术还在其他领域展现出了广阔的前景。

例如，在材料工程领域，中子散射技术可以用于研究材料的疲劳、腐蚀、变形等问题，为材料设计和工程应用提供重要信息。

在环境科学领域，中子散射技术可以用于研究大气、水体和土壤中的微观过程，为环境保护和资源利用提供支撑。

基于X,γ射线及中子屏蔽探究

基于X，γ射线及中子屏蔽探究摘要介绍了常见的几种具有较强放射性射线的产生机理和特点,详述了防护这些射线的屏蔽材料的种类和屏蔽原理,提出了新型屏蔽材料的发展方向是研究质地轻、体积小和蔽效果好的纤维材料及添加稀土合金的复合材料,指出了目前屏蔽材料的研究方向是通过改材料制备工艺和提高稀土元素在复合材料中所发挥的作用来增强这些材料的屏蔽效果。

关键词辐射屏蔽材料复合材料前言随着国防科研、放射性医学和核技术应用的不断发展,各种放射性射线被广泛应用,射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐被人类所认识。

经常接触放射性射线的人会出现皮肤烧伤、毛发脱落、眼痛、白血球减少甚至骨髓瘤等症状,因此,对防护这些射线的各种屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题,同时也取得了较大的成果。

本文对这些成果进行了简要的介绍,并提出了该领域未来研究和应用的主要方向。

1 防X射线屏蔽材料X射线是一种光子辐射,本质上是一种电磁波,有很强的穿透力[1 ] ,其波长范围为0. 01～100 ! (1 ! = 1 ×10 - 8 cm) ,主要是由原子内层轨道电子跃迁或高能电子减速时与物质的能量交换作用产生,实验室常用具有高真空的X 射线管来产生。

目前对低能X射线的屏蔽一般采用含铅玻璃、有机玻璃及橡胶等制品,考虑到含铅氧化物的毒性,现在一般采用混凝土或纤维织物来防护X 射线。

最初前苏联科研人员用粘胶纤维织物为对象,通过对聚丙烯腈接枝,用硫酸钠溶液处理接枝共聚材料,最后用醋酸铅溶液处理被改性的织物来制成防护服,此防护服屏蔽效果好,但工艺较复杂,制取难度大。

日本和奥地利的研究人员分别将硫酸钡添加到粘胶纤维中制成防辐射纤维,用该纤维加工的织物经层压或在织物中填加含有屏蔽剂的粘合剂后热压制成的层压织物,均是防护X 射线辐射的良好材料;美国一家辐射公司通过对聚乙烯和聚氯乙烯进行改性成功研制出一种叫demron 的防辐射织物,该聚合物基体的分子结构会使任何一种辐射均遭受大量电子云作用,从而减慢和吸收核辐射。

中子散射简介

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中子与中子源
The application of slow neutron scattering to the study of condensed matter had its birth in the work of Wollan and Shull (1948) on neutron powder diffraction.
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中子散射的特点

热中子散射正是充分发挥了中子所具有的独特性，使之成为在许多科学问题的探索上用其它技术手段无法替代的工具。它既有广泛的应用性，又具有基础研究的能力。
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中子散射的缺点

中子源设备庞大，造价高。强度不够，对小样品或表面的研究困难。
在样品处：一般中子源的单色中子强度≤108/cm2· s 而同步辐射的光子强度可达≤1017/mm2· s
10
中子散射的重要性及国际现状
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中子散射的重要性及国际现状
2 - Backscattering Spectrometer – SNS Funded – Commission 2006 1B - Disordered Mat’ls Diffractometer – DOE Funded (SING) – Commission 2010
1中子散射简介20055172内容?中子散射的重要性及国际现状?中子散射的特点?中子与中子源?中子散射的基本概念?中子散射技术的应用及典型设备?我国中子散射的现状与未来3中子散射的重要性及国际现状?当今人类的生活质量极大的依赖于我们对材料性能的了解和控制而材料的性能最终取决于其微观结构
中子散射简介
2005.5.17
3 - High Pressure Diffractometer – DOE Funded (SING) – Commission 2007

中子物理中的中子散射实验与中子谱

中子物理中的中子散射实验与中子谱中子是构成原子核的基本粒子之一，它们不带电荷，因此能够穿透物质，具有很好的穿透性和相互作用能力。

中子散射实验是一种重要的方法，用于研究中子与物质的相互作用，通过观察散射前后中子的能量变化和散射角度来研究物质的结构和性质。

本文将介绍中子散射实验的基本原理，以及中子谱的概念和应用。

一、中子散射实验基本原理中子散射实验是利用中子与物质之间的相互作用，通过测量中子的散射角度和能量变化，来研究物质的结构和性质的实验方法。

1. 中子的散射过程中子与物质之间的相互作用可以通过弹性散射、非弹性散射和吸收等方式发生。

在弹性散射中，中子与物质发生碰撞，改变运动方向和能量，但不改变其内部结构。

在非弹性散射中，中子与物质发生碰撞后，能量转化为其他形式，例如使物质产生振动、激发或离子化等。

吸收是指中子被物质吸收，不再存在。

2. 中子散射实验的装置中子散射实验通常使用中子束、样品和探测器三个主要部分。

中子束由中子源产生，并经过适当的减速和调节后形成一束平行或相对单色的中子。

样品用于接受中子束，中子与样品相互作用后发生散射。

探测器用于测量散射中子的角度和能量，并将其转化为电信号进行记录和分析。

3. 中子散射实验的原理中子散射实验中，通过测量散射中子的角度和能量变化，可以获得物质的结构和性质信息。

根据散射角度的大小和能量的变化，可以推断出物质的晶格结构、原子间距离等。

二、中子谱的概念和应用中子谱是指通过中子散射实验获得的中子能量分布谱图。

中子谱可以用于分析物质的结构、性质和相互作用等方面的信息。

1. 中子谱的获得中子谱可以通过中子散射实验中的能量分析器获得。

能量分析器可以根据中子的能量将其分离成不同能量的组分，并通过探测器进行记录和分析。

从中子谱中可以获得中子的能量分布和能级结构等信息。

2. 中子谱的应用中子谱在物质研究中有着广泛的应用。

例如，在材料科学中，通过分析中子谱可以研究材料的晶格结构、组分和杂质等信息，对材料的性能进行评估和优化。

8陈涵德—探测爆炸品和放射性材料

探测爆炸品和放射性材料中国工程物理研究院核物理与化学研究所陈涵德摘要：报告分两大部分，一是探测爆炸品，二是检测放射性材料，重点叙述隐藏爆炸品的探测。

引言近年来，随着国际形势复杂多变，各种方式的恐怖活动有增无减。

为了有效防范和打击这些犯罪活动的发生和扩展，各国警方和安检部门都使用安全检查技术装备对危险物品、违禁物品有针对性地进行防范安全检查。

传统的安全检查设备，例如：X射线检查仪、金属武器检测门等，能发现金属武器和普通炸药等危险物品，在安全检查工作中发挥了重要作用。

但由于近年恐怖分子配备的武器越来越先进，如：Semtex可塑炸药、Glock17塑料枪、高精度炸断等，促使世界各国都在探索研究更先进的安全检查新技术、新装备。

爆炸物的定义：在外部影响下，能够以气体和热的方式迅速释放能量的一种物质或者多种物质的混合物。

爆炸弹药的定义：包括爆炸物、核裂变或聚变材料和生物和化学物剂在内的所有弹药。

其中包括炸弹和弹头、导弹和弹道导弹、炮弹、迫击炮弹、火箭和小武器弹药、所有地雷（水雷）、鱼雷、深水弹、烟火剂、集束炸弹和子母弹箱、弹药筒、和推进剂起爆装置、电动爆炸装置、秘密爆炸装置和简易爆炸装置、以及所有类似或相关物品或性能上属于爆炸物组成部分的物品。

核科学家的才能（才干）及其所拥有的工具、技术和基本核物理信息（知识），对反恐怖活动有着极为重要的作用。

这包括：核辐射探测器，加速器，去污和杀菌，基本核信息（知识），辐射在物质（材料）中的输运过程计算机模拟，新技术和新装置（设备）的仿真（模拟）试验及评估（鉴定），各种信息（资料、数据）的分析和提取（开挖）技术，各类人员技术培训，对未来挑战的科学工作能力的培植，有害物质（材料）的受控和安保，系统（如探测器、加速器等）设计、建造和实现使用等诸多方面。

核技术能提供一种确定物质（材料）的相关元素和同位素的组成（成分）的分析手段，这是基于有很高灵敏性且可远距离检测到的核反应、放射性衰变、核探测器，等等。

基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术的蒙特卡罗方法模拟

０
图５
探测器上的能量沉积谱的
０５１０ｔｏｉｎｆｓ１５２０
品探测的模拟计算
为研究快中子探测隐藏在墙内的爆炸物的
能力，设计如图６所示方案进行模拟计算。在样品前面放置一水泥墙，厚度２ＣＩＴＩ，对墙后有ＴＮＴ和无ＴＮＴ两种情况进行模拟计算，结果如
图８所示。
§ ２００
ｌ５０
１００
５０
０
．
５０２０００３０００４０００５０００６０００Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅＶ
７０００８０００
３２２蝴口Ｉｉ口ｌ㈣
ｓ０探测器的能谱上的相应位置有明显的特征峰，从而初步验证了模拟计算的正确性。并且，将模拟计算的石墨样品的特征射线在探测器内的脉冲幅度谱与实验测量数据按特征峰最高计数相等进行比较（图５），可以看出，实验结果和模拟计算结果符合较好。
４Ｏ０３５０３００２５０
产生的特征谱线，可很大程度降低本底，便于对谱的分析。
＝１００
砉８０
６Ｏ４０
４实验
为实现利用伴随Ｏｔ粒子技术检测爆炸物，进行了如下实验。采用装有阵列探测器的
中子发生器，中子产额约５Ｘ１０／ｓ。使用
２４Ｅｕｅｒｇｙ／ＭｅＶ６８

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ｔｅｅｉｔｏａｅｔｅｐｏｉｅｈｘｓｆｌｔｎｘｌｓｖ．
Ｋｅｒｓｅｐｏｉｅ；ｂａｋｓａｔｒｎｇ；ｎｕｒｎｃｐｔｒｙｗｏｄ：ｘｌｓｖｃｃｔｅｉｅｔｏａｕｅ；ｓｅｔｕｍｐｃｒ
王冬，彬，何张全虎
（二炮兵２程学）１０５
摘要：用中子反散射法与中子俘获特征７射线法，计了１利用小型脉冲中子源检测隐蔽爆炸物的应设种原型装置，并进行了仿真研究。仿真结果表明，在爆炸物时，散射中子计数明显增加，应于碳、、存反对氮氧的中子诱发７射线能量的计数大幅增加。关键词：炸物；散射；子俘获；谱爆反中能中图分类号：６７４０５．文献标志码：Ａ文章编号：００６３（０８Ｓ一３８０１０９１２０）Ｏ０１—４
ＡｂｔａｔＡｏｏｔｅｄｖｃｓｐｒｐｅｏｄｅｅｔｌｔｎｔｅｐｏｓｖｓｂａｅｎｎｅｒｎｓｒｃ：ｐｒｔｙｐｅｉｅｗａｏｏｓｄｔｔｃａｅｘｌｉｅｓｄｏｕｔｏｂａｋｓａｔｒｎｇｎｄｃｉａｉｎｃｃｔｅｉａａｔｖｔｏｍｅｈｓＭｏｅＣａｌｓｍｕｌｔｏｗａｍａｅ，ａｔｔｏｄ．ｎｔ — ｒｏｉａｉｎｓｄｎｄｈｅｒｓｌｓｉｉａｅｈｔｈｂａｋｃｔｅｉｇｅｕｔｎｄｃｔｔａｔｅｃｓａｔｒｎｎｅｒａｄｈｇｍｍａａｃｕｎｓｎｃｅｓｕｔｏｎｎｔｅａｒｙｏｔｉｒａｅｃｒｅｐｎｄｎｏｃｒｎ，ｏｘｇｅｎｄｎｉｒｇｅｏｒｓｏｉｇｔａｂｏｙｎａｔｏｎ．Ｔｈｉｎｒａｅｃｎｂｅｕｅｏｄｔｒｉｓｉｃｅｓａｓｄｔｅｅｍｎｅ
第４卷增刊２
２０年９０８月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ．２，ｐｐ．１４Ｓｕ１
Ｓｐ２０ｅ．０８
ＡｔｍｉｏｃＥｎｅｇｃｅｅａｄＴｅｈｎｏｏｙｒｙＳｉｎｃｎｃｌｇ
利用中子反散射法与中子诱发射线法探测隐蔽爆炸物的模拟研究
近年来，利用炸药进行的恐怖活动渐增，世
界各国均开展了隐蔽爆炸物的探测技术研究。
激光检测法等口］。中子检测炸药的研究始于２Ｏ世纪８Ｏ年
目前，场、站、头等关键场所均设置了Ｘ机车码射线行李检测仪等用于检测隐藏在行李中的爆炸物。另外，他检测隐蔽爆炸物的方法正在其进行深入研究，要有金属探测器法（ｔｌ主ｍｅａ
（ｅｔｏｉｄｃｄ－ａ、中子共振俘获ｎｕｒｎｎｕｅ７ｒｙ）
（ｅｔｏｅｏａｃａｔｒ）。经过２ｎｕｒｎｒｓｎｎｅｃｐｕｅ等０多年
的发展，已提出了多种技术方案，现主要有热中
７射线检测法、电磁测量法、电四极矩法、核分子颗粒分析法、电化学检测法、生物圈检测法、
ｄｔｃｏ，要用于探测地雷）中子检测法、ｅｅｔｒ主、
代，它通过中子与炸药中碳、、、氢氧氮发生的核
反应探测炸药，利用的核反应主要有：所中子散
射（ｅｔｏｓａｔｒｇ）ｎｕｒｎｃｔｉ、中子诱发射线ｅｎ
子法（ＴＮＡ）快中子法（ＮＡ）脉冲快中子法、Ｆ、
收稿日期：０８０６修回日期：０８０２２０ —６２；２０—７２作者简介：王冬（９０）男，北深泽人，士研究生，技术应用专业１８一，河博核
ＳｍｕａｉｎＳｕｆＬａｅｐｏｉｅＤｅｅｔｏｙＵｓｎｕｒｎｉｌｔｏｔｄｙｏｔｎｔＥｘｌｓｖｔｃｉｎｂｉｇＮｅｔｏ
ＢａｋＳａｔｒｎｎｕｒｎＩｄｕｅ。ａｅｈｄｓｃｃｔｅｉｇａｄＮｅｔｏｎｃｄＹｒｙＭｔｏ
增刊
王
冬等：用中子反散射法与中子诱发７射线法探测隐蔽爆炸物的模拟研究利
ＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＨＥｎ，ＺＨＡＮＧａ — ｕＢｉＱｕｎｈ
’ １２ｎ（ｔｆｏ１２，ＴｈｅｏｄＡｒｉｌｒｇｉｅｒｎｌｅ，ｘｉａｎ７００５，Ｃｈｉａ）ＳａｆＲｏｍ０ｅＳｃｎｔｌｙＥｎｎｅｉｇＣｏｌｇｅｅ