核监测与分析技术

1、123核技术信息技术物理/数学原子核物理辐射探测核电子学辐射防护软件/硬件信号处理计算方法图形图像网络通信其它技术机械/材料机械设计外观设计系统工程456789101112Siegbahn标识1314151617)(ZQ18sin2dn1920高分辨高功耗大体积高价格212212345232425能量刻度标准源样品测量峰位识别元素识别核数据库刻度过程测量过程26绝对测量测试样测量谱分析强度各种校正浓度27相对测量标准样测量刻度曲线测试样测量谱分析强度浓度281024ADC2912kV+4kV两次激发,2048ADC,Philips30称样称样使用0.01%精度的天平，依次称量四硼酸锂、生料粉、

2、溴化锂并倒入坩锅并混合。样品的组成：生料粉： 0.7克四硼酸锂（稀释剂）： 7克溴化锂（脱模剂）： 0.05克熔融机各工作阶段的时间设置熔融机各工作阶段的时间设置预加热时间：约2030分钟加热时间：约2分钟熔融时间：3分钟摇摆时间：10（6）分钟静止时间：3分钟冷却时间：30秒3132Introducing X-Ray Fluorescence33343536Al： 1.5%Si： 14.3%Ca：45.6%Fe: 1.9%11141611141115能谱数据能谱图37382210*2/)100()(ieiy2321),(ibibbBiL：2202/)(0)(iieyiy2*003. 01 .

3、 0100)(iiiL3901KIKC0122KIKIKC40化学分析值C相对强度值IIC*0391. 18047. 241iiiiiSMIKC 42浓度相对强度10010000abc原级原级X射线射线4344)45adttl1l212IPidt1t1ij12ISijt2dt2drrd28Ni，26Fe， 24Cr，所以Ni对Fe有增强，Ni和Fe对Cr有增强。46*,min*,SiiiiabsSiiiiICGdICGP*,min*,SiiiabsSiiiIGdIGP一次荧光(primary fluorescence)1csc4dEGii1csc,SS2csc,iSS SSS *iiiifJE

4、47ikijiSSS3,2,1,jijijiijSSSS二次荧光(secondary fluorescence) jSSSjSSSijjijjjjjjabsSSiiijieeEedCeeeICGS,min,1ln11ln1)/(5.0)(4849定量计算/基体校正理论计算基本参数法理论影响系数L-T方程de Jongh方程C-Q方程COLA方程Rousseau基本算法经验系数浓度校正模式强度校正模式实验校正校正曲线法内标法标准加入法比例常数法标准稀释法其它方法偏最小二乘法神经网络专家系统)1 (njjijiiCRC)1 (njjijiiiiCREDCjkkjijkjjijjjjijiiCCCC

5、RC21 nijnijnjkikkjijkjmmiiCCCCCRC,321)1 (11jjijjjijiiCCRC1)1 (jiijijjijijiiCCCRC11njijappjijappiiiCkkCDC)1 (0iiiiBIKC用多次荧光理论公式，迭代计算50mjwacpiijij, 2 , 1*1nkmjwxypiijkikj, 2 , 1;, 2 , 1*1a1aiapc1cjcm输入层输出层W11WijWpm相对强度充分利用了单质谱的形状，并假设混合谱是由单质谱按比例叠加而成。适合对重叠谱进行分解。51测试时XTLWXY学习时TLWYXWWXYAAAA AAAA AAAAH)(AA

6、AAH)(52pipiiXiXiXop1212)()()(=0.036漏学习判断：op0.1553能 谱a1aiapb1btbhc1cjcm输入层隐层输出层W11V11WitWphVtjVhmhtWabpiitit, 2 , 1)*exp(1/(11)exp(1/(1)(xxf)*exp(1/(11httjtjVbcnkmjkjkjBPycE112)(21相对强度修正后浓度54%backpropagation matrix effect corrected%P=P/100;P是强度输入矩阵,4*14,4个输入单元，分别对应Al,Si,Ca,Fe14个样品。%P是由OLAM得出的相对强度，范围在

7、0-1之间。%T=T/100;T是浓度目标矩阵，4*14，4个输出单元，分别对应Al,Si,Ca,Fe 14个样品。load dataPt.matRange=0,1;0,1;0,1;0,1;net=newff(Range,4,6,4);net.trainParam.show=100;net.trainParam.lr=0.05;net.trainParam.epochs=30000;net.trainParam.goal=1e-6;net,tr=train(net,P,T);a=sim(net,P);5556Ri=峰净面积/谱总面积Ci=Ki* Ri +Bi计算各峰净面积计算比率Ri最小二乘刻

8、度测量多个标样未知样谱计算比率计算浓度刻度过程测量过程刻度曲线或 Ri=峰净面积/峰净面积和比率法可减少和消除系统的不稳定性，如电压和X光管电流的不稳定57OLAM网络计算相对强度OLAM网络学习(单质谱)计算样品谱相对强度Ii最小二乘刻度未知样谱OLAM计算计算浓度刻度过程测量过程刻度曲线a1aiapc1cjcm输入层输出层W11WijWpm相对强度iiiiiKBKCIiiiiBIKC58计算各峰净面积计算比率Ri最小二乘刻度测量多个标样刻度过程未知样谱计算比率计算浓度测量过程刻度曲线njijjijiiiIkkIDC)1 (0njijappjijappiiiCkkCDC)1 (0Lucas-

9、Tooth-PriceLucas-Tooth-Pyne系数多，需要标准样品也多，否则效果差59能谱 (spectra)浓度(concentrations)谱分析强度浓度转换浓度校正谱分析强度浓度转换能谱浓度转换大多数方法校正曲线法PLS方法60定量计算/基体校正理论计算基本参数法理论影响系数L-T方程de Jongh方程C-Q方程COLA方程Rousseau基本算法经验系数浓度校正模式强度校正模式实验校正校正曲线法内标法标准加入法比例常数法标准稀释法其它方法偏最小二乘法神经网络专家系统修正吸收增强效应需较少标准样品综合修正，需较多标准样品应用较早，需作实验比较新颖，计算复杂OLAM适合谱分解智

10、能发展方向61MAINHOWFARAUSGABHATCHSHOWERELECTRPHOTON用户程序EGS4系统用户数据记录结果、运行信息物质数据626364656667686970)()(iiitttiit71/EAFNeNQtdttitQ0)()(EKCeEAFCeNdttiCCtQtVtc0)(1/ )()(对气体探测器其中：N：产生的电子-离子对数F：法诺因子A：气体放大倍数E：射线能量w：平均电离能7273747576高压：由测量样品的吸收限确定，一般在几几十KV中压：500800VDC低压：6V， 12V， 24V777879数目探测器接收的射线光子数目探测器转换的射线光子0EFW

11、HMe 808156101082561010833410108485idCfviCivo-+vfCiffOMCQVA0fiOMCACQAV)1 (00 前置放大器的作用是将探测器输出的微弱电流信号转换为电压信号前置放大器原理图86前置放大器实际输出信号878889iiiiiiioCRsCie)1(iCiR1C3C2C1R1R2R3R1111101001)1()1(CRCRsseeio222211CRseeio333311CRseeioA3A2A1前放等效电路成形放大器等效电路A0)1)(1)(1()()()(32132101sssCAAAAsiseshiioi090/23210)/()(tie

12、tCAAAAth即整个放大电路为3重实极点时， 321当时间常数的选择：2)(RCCR电路的成形脉冲的信噪比最好。此时放大电路的冲击响应函数为：00091主放大器输出波形9293949596979899100101102103104XMXMMM2)(12000XMXMMM2)1() 1(12000XXMMMM2)2() 1(105106107108109110111112CPLD时序逻辑控制和组合逻辑控制的系统框图 113114An Altera Stratix IV GX FPGAA FPGA programming/evaluation board 115116117118119120X射

13、线荧光XRF无损检测NDT康普顿背散射CBS产生、关闭容易；强度、能量可调；具有穿透能力；有波的特性；能激发X荧光；X射线衍射XRD121IdxdIdxIdII d0IIdeII0IdxdIdddIIeIIeIIdIIdxIdIdxIdI0000lnln0deII0122nnne)1 (lim1!1! 31! 21! 111ne! 3! 2321nxxxxnxeyiyeiysincos 123dnIdIdmIdIdxIdInmxANAnmxANAdndmdxnAmNA124miiimC125I0II0Ixeyxey1126+NP光127Fuji CCD128Canon ultra-image-

14、scale CMOS202mm205mm129130131Schematic of a line scan x-ray imaging system with objects moving past on a conveyorSchematic showing moving detector array, and stationary package132133134135136X射线源检测对象探测器图像采集卡计算机137138139140参见：刘燕德.无损智能检测技术及应用M.武汉：华中科技大学出版社，2007.141参见：刘燕德.无损智能检测技术及应用M.武汉：华中科技大学出版社，2007

15、.142143子弹照片144145146147148149150射线源平面探测器平面X射线管运动方向胶片运动方向ABab焦平面BaAbBb Aa物体上不同平面上的点在探测器平面上的像的运动速度不同调整好X射线管和胶片的运动速度，就可以使选定焦平面上的点A和B在胶片上的成像位置保持不变；不在焦平面上的点a和点b在焦平面上的位置不断移动；这样就使焦平面上的结构得到了清晰的图像，而焦平面以外的结构变得模糊。问题：焦平面有厚度，存在模糊域；在垂直于运动方向几乎没有模糊作用。151Oxzytxytt射线源探测器152影像重叠。深度方向上的信息重叠影像重叠。深度方向上的信息重叠在在一一起，引起混淆。起，引

16、起混淆。密度分辨率低，对软组织分辨能力密度分辨率低，对软组织分辨能力低。低。所用剂量大所用剂量大断层成像断层成像密度分辨率高，对软组织分辨能力高密度分辨率高，对软组织分辨能力高。（相对。（相对于于X X射线成像术）射线成像术）投影剂量小（相对于投影剂量小（相对于X X射线成像术）射线成像术）动态范围大（相对于动态范围大（相对于X X光片）光片）无损检测无损检测存储方便存储方便153切片 题西林壁题西林壁 苏轼苏轼横看成岭侧成峰，横看成岭侧成峰，远近高低各不同，远近高低各不同，不识庐山真面目，不识庐山真面目，只缘身在此山中。只缘身在此山中。1541234n50IIxniinxxxxxeIeeee

17、II132100niixIIp10)ln(ddxxIIp00)()ln(投影图像CT图像投影p吸收系数正问题投影p吸收系数反问题投影是一种变换，它将投影是一种变换，它将N-维函数通维函数通过对该函数沿某一特定方向的积分过对该函数沿某一特定方向的积分而变换成一个而变换成一个N-1维函数。维函数。1551234211p432p313p424p415p424313432211pppp415313432211pppp实际计算二维：nn个小单元，至少需要n2次独立测量；三维则更多。Hounsfield的重建(1967)：扫描时间9天(镅源)，28000个联立方程，计算机计算2.5h。通过插值改进，扫描时

18、间节省为9h。4321pppp无穷多解4321pppp无解15612342.5 37465551.5 55123437465157158投影重建算法的基本内容：投影重建算法的基本内容： 式中式中xA表示像素表示像素A的值，的值，pi,A为经过像素为经过像素A的第的第i条条射线的投影，射线的投影，np为投影次数。可以这样理解：为投影次数。可以这样理解：其中其中f(x,y,z)是物体的密度。是物体的密度。npiAiApnpx1,1lAidlzyxfp),(,159X射线管与检测器平面对应移动，在支平面上的点成像加强，而不在其上的点就模糊。LiAdlzyxfp),

19、(PiA为每一次对A点投影的量度，i为第i次投影，f(x,y,z)为物体密度。 iiAiAipTT iTT 为每次底片透光度的变化叠加，形成对A点的加强的像。称为胶片的反差系数，是H-D曲线的斜率。胶片的变黑可用透光度T表征，T=Lt/Li，Li为入射于胶片的光强度，Lt为透过胶片的光强度。160iiApiiApiiAiAipTTnpiAiApnpzyxf1,1),(161被重建图像是真实物体的一个模糊版本。根据更加严格的数学证明：投影数据经被重建图像是真实物体的一个模糊版本。根据更加严格的数学证明：投影数据经过滤波后再进行反投影累加，可以显著改善重建图像，更接近真实的物体。过滤波后再进行反投

20、影累加，可以显著改善重建图像，更接近真实的物体。162为了计算为了计算CT图像，无论采用什么算法都需要首先测量大量的投影数据，图像，无论采用什么算法都需要首先测量大量的投影数据，测量精度要求越高，所需要的数据量也越大。测量精度要求越高，所需要的数据量也越大。163121511731xxxxp261410622xxxxp3787653xxxxp4112111094xxxxp551611615xxxxp631310746xxxxp164反投影重建后原像素值再除以投影线数，平均化断层平面中某一点的密度值可看作这一平面内所有断层平面中某一点的密度值可看作这一平面内所有经过该点的射线投影之和的平均值经过

21、该点的射线投影之和的平均值123456165原像素值重建后的值1661).(121nApppnf167168169射线源辐射探测器计算机系统数据采集机械系统图像显示数据存储一个工业CT系统大致包括下列基本部件：射线源、辐射探测器和准直器、数据采集系统、样品扫描机械系统、计算机系统(硬件和软件)及辅助系统(如辅助电源和辐射安全系统等)等。170171172173探测器放射源运动方式有旋转和平移探测器和射线源尺寸都很小扫描时间长，基本不再采用有助于理解CT的基本原理174175X射线源探测器xyo旋转方向),(rA),(rA)cos( rx在投影数据分布图上，一个固定点的轨迹是一条余弦曲线。其数值

22、为投影亮度。全部被测样品的图像对应了一簇相互重叠、不同幅度、不同相位、不同亮度的余弦曲线。实际中平移和旋转是有限的、不连续的。r=1,=45，=0360176按照反投影算法，被检测物体断层上任意一点的CT数字(x,y)对应了正弦图中的一条余弦曲线上各投影数据之和(或平均值)。1771781791G2G3G4G180181bf距离xbff1.0PDFb在有噪声情况下细节的图像结果距离xbff1.0PDFb未考虑噪声时实际细节的图像结果距离xbff1.0PDFb理想情况情况下细节的图像结果f1.0PDFb光滑曲线绘制的PDF图。由于受到噪声的影响，细节和背景之间的对比度减小。在细节和背景材料线衰减

23、系数分布的重叠区域，细节像素和背景材料像素难以区分。182183摘自http:/ )sin,(cosTxxx),(210sincos21rxxrxdlxr)(),( 的一个投影。应于的相称为，的一个变换。对固定的到二元函数变换是二元函数。变换，记为的是这里称)(),(),()(RandonRadon)(),(xfrfrfxfRffxfrf186dtetffti2)()(一维Fourier变换二维Fourier变换22)()(Rxidxexff),(21xxx ),(21187的值。变换所作的一维个变量关于第一上的取值等于在过原点的直线则变换，的二维是变换，的是设),(Fourier),()(F

24、ourier)()(Radon)(),(rfFrrffxffxfrfr投影定理揭示了二维Fourier变换与Radon变换之间的关系，是推导重建公式的基础。1x2xor),(rf12o)(),(2fFrfFr188rxdlxfrfrpxfrpxrrp)(),(),()(),(),(1应有关系与轴的夹角，为射线法线与离，为射线到旋转中心的距中为平行束投影采样，其设为像素的宽度。的近似值。求图像的问题：已知重建hNjNijhihffxfMkNirpjiki;, 2 , 1;, 2 , 1),()(, 2 , 1;, 2 , 1),(CT,变换。的关于第一个变量是式中，变换重建公式：的直接立即得到由

25、中心切片定理，可以Fourier),(),arctan,(),()()()(Fourier)(1222212112rrpppfffFxfxf189物体空间或),(),(rfyxf空间或RadonRgRg),()(空间或FourierFvuF),(),(12R2R12F11F1F2F1901D FT2D IFT空间域频域)(Rg)(G),(F)0( :插值),(vuF),(yxf1911D FT空间域频域)(Rg)(1RgF),(yxf1D IFT|)(1RgF)(Rg1921212离散Radon变换的采样点图离散二维Fourier变换的采样点图在等间隔平行束采样下，P(ih,k)的取值在半径间

26、隔为h的同心圆与角度间隔为的射线的交点上(见左图)，而作离散二维Fourier变换所需要的采样点为直角坐标的格网点上的值(见右图)，因此，要重建图像，就需要进行两种采样点之间的二维插值，而二维插值不仅计算量大，还会降低重建图像的空间分辨率。193194该模型由10个位置、大小、方向和密度各异的椭圆组成，以模仿头部的各个组成部件。10个椭圆的编号分别用英文aj表示。图中数字分别表示它们的密度。abcdefghij2.01.021.01.01.031.011.041.031.041.021.03SLP中各椭圆的几何参数和折射系数195P = phantom(256);imshow(P)theta3

27、 = 0:2:178;R3,xp = radon(P,theta3);figure, imagesc(theta3,xp,R3)colormap(hot)colorbaroutput_size = max(size(P);dtheta3 = theta3(2) - theta3(1);I3 = iradon(R3,dtheta3,output_size);figure, imshow(I3)程序片断D = 250;dsensor3 = 0.25;F3, sensor_pos3, fan_rot_angles3 = fanbeam(P,D,FanSensorSpacing,dsensor3);f

28、igure, imagesc(fan_rot_angles3, sensor_pos3, F3)colormap(hot)colorbarIfan3 = ifanbeam(F3,D,FanSensorSpacing,dsensor3,OutputSize,output_size);figure, imshow(Ifan3)196197198199Computed Tomography (CT) creates cross section images by projecting a thin-beam x-ray through one plane of an object from many

29、 different angles. As the x rays pass through the object, some radiation is absorbed, some is scattered, and some is transmitted. In some scanners a cone-beam covers an area detector so that many slices, or a volume, can be scanned at once.200201202203204个人简介个人简介2005年 评选为中国工程院院士 1988-2005 清华大学核能与新能源

30、技术研究院研究员、核技术研究室主任、博士生导师、清华大学工程物理系兼职教授 1987-1988 清华大学核能技术设计研究院副研究员、核技术研究室主任 1985-1987 美国芝加哥大学费米研究所访问学者 1958-1985 清华大学工程物理系及核能技术设计研究院助教、讲师、副研究员，核技术研究室副主任、主任 1954-1958 清华大学工程物理系学习，专业：实验核物理 研究工作研究工作1996-现在 钴-60g射线集装箱检测技术及工业核无损探伤技术研究 1991-1996 大型集装箱检测研究项目（八五攻关）技术负责人兼阵列探测器研究专题组长，研制加速器型集装箱辐射成像检测系统，主持系统总体设计

31、、发明气体电离型高能X、辐射成像阵列探测装置等 1987-1991 气体探测器及工业核测、控仪器的研制与开发 1985-1987 自淬熄流光放电室（SQS室）工作机制及性能研究 1958-1985 堆用硼电离室、高温裂变室、充气剂量电离室、核测控仪表电离室、GM计数管与正比计数器等气体探测器和NaI(Tl)闪烁晶体与金-硅面垒半导体探测器等固体探测器的研究、开发以及核技术工业应用方面的试验研究。 205206207208x放射源屏蔽体薄片探测器minx厚度反差灵敏度CI的测定像质值或丝分辨率IQI的测定xmind铁丝CI的公认测定方法是在一块厚度为X的均匀屏蔽体后放置同样材料的不同厚度薄片，并

32、观测、确定所能发现的最薄的薄片厚度。将此最小薄片厚度与屏蔽体厚度相除，便得出此时的CI值。IQI公认的测定方法是在一块厚度为X的屏蔽体后放置不同能够直径的金属丝，并观测确定所能发现的最细金属丝的直径。与屏蔽体厚度相除，得到IQI值209等式两边微分，得：的探测器输出信号值。也称作“空载”是客体厚度为零时则探测器的输出信号值，时，辐射成像系统阵列表示当客体厚度为设用)()()(00SeSxSxxSxxxCIminCI定义：dxeSxdSx)()(00)(1SxdSedxx0)(SxdSxexdxx 0minmin0minminminmin)()(SSxexxCISSxexxxSxx，得出：的最小

33、厚度变化量。便是成像系统所能感知厚度的变化量屏蔽体，而与之相应的客体为即探测器下限最小信号变化量设探测器所能探测到的。则代表，即认为值应由信号的均方根偏差涨落幅度，就是其输出信号的随机探测的最小信号变化量一般认为，探测器所能minSSS0CISxeSx210由探测器信号涨落理论，信号的随机涨落由探测器自身信号的统计涨落以及信号采集电路(如放大器)的噪声叠加而成。由于二者是相互独立的，故存在以下关系：。集电路噪声的均方偏差分别是探测器信号及采和，其中，22222babaS202202CISSxebax代入上面公式，得：电子数的涨落：敏体积内产生的次级决定于辐射光子在其灵出信号的统计涨落主要变量”

34、理论，探测器输依据“级联随机表示；”，用信噪比”或“动态范围就是信号测量系统的“已知)2(A)() 1 (0bS201CIANexexx202202NSNaxeNN02N松分布，故由于次级电子数遵循泊安继刚.电离辐射探测器.北京：原子能出版社，1995.211 假设“射线源”近似理想点源，测量IQI指标的试件是一厚度为x的铁屏蔽块和其后一组不同直径的铁丝，而探测器元的截面是边长为D的正方形。设试件与射线源的距离为L1，探测器于射线源的距离为L2。按照“点投影”的几何放大规律，检测试件上对应于探测器像素截面的是边长为D/f的方形区域，其中f是几何放大倍数，f=L2/L1。 只要试验铁丝的直径d小

35、于D/f，它对辐射图像的影响都只产生于一列相应的像素上，即由它产生的附加吸收使相关阵列相关阵列探测器元信号发生了变化，。 当dD/f时，一根以垂直或水平方向置于铁屏蔽块后的铁丝对相应探测器像素的影响，应近似等同于将铁丝的材料平铺在试件屏蔽块上宽度D/f区域后的效果。即二者体积相同：224fDxdfDDfdx42xCIxxxminCI值为最小定义可知，能观测到的由铁丝也能观测到。能观测到，对应直径的只要fxDCIxdIQI4minfDxCId4min能观测到的最细铁丝直径为：L1L2IQI与探测器元尺寸D、几何放大倍数f、反差灵敏度CI以及试件屏蔽块厚度X有关。212min0maxmax)(Se

36、SxSxSP的公认测定方法是：改变屏蔽体的厚度并观测放置其后的“全吸收体”(例如铅砖)的影像，找到仍能观测到该“全吸收体”影像的最大屏蔽体厚度，此即成像系统的SP值，即SP=xmax。ASSxSPlnlnmin0max穿透本领SP与吸收系数，信号测量系统的动态范围有关。213214215216217218219220德国海曼公司Sihouete-scan系统的X射线能量与穿透本领一般检测系统的CI、IQI值等指标均指对应100mm铁屏的测量结果。由于X射线机检测系统的穿透本领还不到50mm铁，因而当铁屏厚度为100mm时，图像一片漆黑，看不出任何薄铁片或铁丝，也就无CI值或IQI值可言了。满载

37、时集装箱的等效质量厚度为125mm铁22160Co T=5.27a100%1260Ni*这些创新已获3项中国发明专利以及美国、欧洲、俄罗斯各一项发明专利放射源探测器222加速器型钴-60型223224225226固定式组合式移动式加速器型227移动式车辆检测铁路快速检测航空228设钴-60探伤机放射性活度为11.1TBq(300Ci)，与阵列探测器的距离是5m。假设阵列探测器元尺寸为10mm10mm，它对60Co射线的探测效率为40%，而信号测量系统的动态范围高于1104，采样时间为T。估算相当于100mm铁屏的CI及IQI以及SP等性能参数。铁对60Co射线的质量吸收系数为0.05435cm

38、2/g，铁的密度为7.8g/cm3。sTBq/1022. 2101 .1126011.11312光子数为源发射的钴s/1007.750041022.25m6132光子数为外探测器器元内的射入ss/1083. 2/4 . 01007. 766为射线产生的次级电子数在探测器元中262262393.42393.42011083.21044.136.1611083.22393.41CIATATeeANexexx当T=100ms，A=10000，f=2时，则CI=0.404%，IQI=1.6%，SP=21.7cm当T=50ms，A=10000，f=2时，则CI=0.571%，IQI=1.91%，SP=2

39、1.7cm229扫描速度0.360.72km/h,探测器元截面10mm10mm，源-探测器距离5m230231高速扫描20km/h，探测器元截面15mm15mm，源-探测器距离6m232 从计算结果可以看到，当60Co放射性活度降低到1.11TBq(30Ci)以下时，检测性能指标会有一定程度的降低。但即使当活度为0.11TBq(3Ci)时，其性能指标仍然明显超过X射线机型检测系统。而且，当活度为1.11TBq(30Ci)时，其性能指标还优于车载式加速器型检测系统。 此外，降低放大器噪声幅度能增大动态范围，再加上减慢扫描速度或增大探测器元截面尺寸等措施，还可以进一步改善检测性能指标。233234

40、235236237238239240241242243244245厢式货车物品厢式货车物品245Wire-tyrePistolFlourSalt and sugar inside a cabinetPure material samplesFire extinguishers and two bottles of beerFlour Fruit Cobble Liquefied petroleum gas cylinderMechanical componentChain hoistA barrel with diesel oilTV set246247248249250251安继刚安继刚.电

41、离辐射探测器电离辐射探测器M.北京：原子能出版社，北京：原子能出版社，1995.252253自由中子是不稳定的，它通过弱相互作用发生衰变：Qepn11中子与其他基本粒子一样具有粒子性与波动性，其基本物理常数见下表：254255256257D-D反应产生平均能量2.5MeV的快中子D-T反应产生平均能量14.1MeV的极快中子258被照射样品的中子能谱取决于靶的厚度、平均能量损失、入射D的能量、样品所包含的立体角，也取决于靶中D的小角度散射。259260261262263264265266267268气体3He和10BF3处于1atm下269270271中子发生器产额：3106n/sBGO晶体：

42、76mm76mm272水泥生料的射线谱273入炉煤质的变化是影响电站锅炉经济稳定运行的主要制约因素，大型火电厂每小时上煤都在数百吨以上，实验室化学分析的煤样通常只有几十克到数百克，在跨越7个数量级的取样缩分过程中，存在巨大的取样误差和制样误差，且分析结果有数小时到数十小时的延迟，其结果对锅炉运行调整的指导作用十分有限。机械采制样装置并未彻底解决取制样误差的问题，国内外推出的灰份仪、水分仪只能对入炉煤质的单项指标进行在线检测，而发热量和挥发份等重要指标根据灰份和水分推算有较大的误差。 南京大陆中电科技股份有限公司南京大陆中电科技股份有限公司 宋兆龙宋兆龙274275图2 原煤样PGNAA分析射线

43、能谱全图276277检测的12种主要元素通常占到煤炭全部组成的99%以上，煤炭的工业分析指标（水份、灰份、挥发份、固定碳、发热量）和燃烧特性指标（着火温度、着火稳定性指数、燃烬特性指数、灰成份综合指数、灰软化温度等）与这12种元素中的部分或全部元素的含量存在较强的相关性。根据标定样本，使用多元回归或ANN技术可以计算相关的模型系数，从而建立基于元素成份的煤质指标模型。278404550556065707580404550556065707580 C07 C10 C25 C30 C34MJA Values vs Reference Value碳碳2795101520253051015202530

44、 C07 C10 C25 C30 C34MJA Values vs Reference Value氧氧280281282283284285一些基本毒品所含元素比例286287288289方法方法57可用于微量可疑物检测可用于微量可疑物检测290291爆炸物检测方法 大体积检测 微量检测 X 射线方法 中子方法 其它核方法 电磁方法 透射方法 SAXS 双能光子 多视角 LAXS CT TNA FNA FNA FNAA SNTOF PFTNA APIFNA PFNA NRA NMR NQR 毫米波成像 介电常数测量 生物方法 IMS 化学蒸汽/颗粒 脉冲中 子吸收 292293294295296

45、297298299300Explosive area301BGO探测器76mm的BGO反符合探头302(Ion Mobility Spectrometry ,IMS)303高 压离子开关控制漂移气体气体样品 漂移室 读出系统温 控显示系统 离子源 304305306307308309310311312313314一回路主系统由反应堆、一回路主系统由反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生主泵、稳压器、蒸汽发生器和相应管道组成。器和相应管道组成。一回路主系统由一回路主系统由3个环路个环路对称地并联在压力容器对称地并联在压力容器接管上构成，每个环路接管上构成，每个环路有一台主泵和一台蒸汽有一台主泵和一台蒸汽

46、发生器。在其中一个环发生器。在其中一个环路上装有一台稳压器，路上装有一台稳压器，以维持一回路运行压力。以维持一回路运行压力。315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337中子寿命测井，也叫热中子衰减时间测井，是脉冲中子测井中很重要的一种测井方法，它是通过测量中子源发出的中子射线被地层所吸收的能力(即热中子在地层中的寿命)，来反映地层的有关参数，从而判定油、气、水层。 热中子寿命是指热中子从产生到被俘获吸收为止所经过的平均时间（63.2%），它与宏观俘获截面的关系为： =1/V 式中：V-热中子的速度；

47、-地层的热中子宏观俘获截面，c.u.。338常见物质的典型宏观俘获截面数值见下表，从表中可以看出：砂岩骨架与孔隙中的原油、天然气、地层水的宏观俘获截面值有明显判别，所以地层的宏观俘获截面与孔隙度有关。地层水宏观俘获截面随含氯量增加而急剧增大，所以高矿化度地层水的宏观俘获截面比油、气要高很多，因此根据宏观俘获截面可划分油气水界面，并定量确定含水饱和度。天然气的宏观俘获截面值很低，通过中子寿命测井能识别气层。几种常见物质的典型值339W142井1986年投产，2002年4月日产油0.2t，含水98.8%。2002年5月为验证出水层进行中子寿命测井。资料显示19号层为主出水层，根据测井资料，封堵了1

48、8、19、20号高含水层(出水层)，并补孔13-16号层、重炮22、27-33号油干层及弱水淹层，措施效果显著，日产油12.2t，含水40.2%。采用采用“测测-渗渗-测测”施工工艺找水，为堵水措施提供依据施工工艺找水，为堵水措施提供依据340从上到下OSiBdCaFeMgAlC341从上到下ClCaSiFeBdH342343344大港庄大港庄71417141井地层元素中子伽马结果井地层元素中子伽马结果345346347脉冲宽度为40微秒的总中子的时间谱脉冲宽度为40微秒的热中子的时间谱348矿化度为25g/l不同孔隙度水砂岩的热中子时间谱349a、模拟谱 b、实验测量谱350a、模拟谱 b、

49、实验测量谱351352353354355356357358扫描电镜的成像原理，和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放扫描电镜的成像原理，和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。359由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过压作用下，经过2-3个电子透镜聚焦后，在样个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电

50、子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。射线、俄歇电子等。360由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过下，经过2-3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子射线、俄歇电子等。等。这些物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分这些物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地

51、放大后，送到显像管。地放大后，送到显像管。供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电也是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。描。 因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。束的位置是一一对应的。361362363364365366367368分析处理显示并转换为数据X-射线探测器探测X射线信号并转换为电信号脉冲处理器测量电子信号并确定所接收到X

52、射线的能量EDS - Energy Dispersive Spectrometry369370371372373374375376377378缩写英文中文ADCAnalog to Digital Converter模拟数字转换ANNArtificial Neural Network人工神经网络ARTAlgebraic Reconstruction Techniques代数重建技术ASICApplication Specific Integrated Circuit专用集成电路BESBeijing Spectrometer北京谱仪BPBack Propagation反向传播神经网络BPBack Projection反投影重建CBSCompton Back Scattering康普顿背散射CCDCharge Coupled Device电荷藕合器件CIContrast Indicator厚度反差灵敏度CMOSComplementary Metal-Oxide-Semiconductor互补金属氧化物半导体CPLDComplex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件CSNSChina Spallation Neutron Source中国散裂中子源CTComputed Tomograph