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作者：张建鸣华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着理论的不断完善和技术的不断发展,缪子成像技术已经发展为一种新型的无损成像技术。天然缪子源具有能量分布广、穿透性强等特点,这使得缪子成像技术可以应用于多种无损成像的场景,包括火山成像,隧道上覆层成像等,在考古领域也具有... 详细信息

随着理论的不断完善和技术的不断发展,缪子成像技术已经发展为一种新型的无损成像技术。天然缪子源具有能量分布广、穿透性强等特点,这使得缪子成像技术可以应用于多种无损成像的场景,包括火山成像,隧道上覆层成像等,在考古领域也具有广阔的应用场景。应用缪子透射成像时,缪子的路径被认为是直线传播,而由于多重库仑散射作用,带电缪子穿过物体的路径一定程度上偏离了直线假设,这种假设可能会影响到缪子透射成像结果的精度。因此本文通过Geant4程序定量的分析了多重库仑散射作用对缪子透射成像结果精度的影响,包括在小尺度物体(数米级别)和大尺度物体(数十米级别)两种观测方式下有无散射过程的成像结果对比分析。本论文首先研究了多重库仑散射作用对数米厚的岩石-空腔模型透射成像结果的影响,结果显示多重库仑散射作用增大了高密度区域与低密度区域的近垂直缪子通量衰减差异,造成在密度差异较大物质边界附近出现通量增加的假象,增大了界面附近的通量衰减差异。通过挑选散射角小于1°的缪子透射成像的方法,可以改善密度差异较大物质边界附近通量增加的假象,但缪子的通量变化更加明显,对于由通量衰减比值恢复密度绝对值的准确性也会产生一定影响。论文研究了多重库仑散射作用对二十米厚的四方体模型、竖条模型、棋盘格模型缪子透射成像结果的影响。模拟过程中还分析了探测器尺寸对成像结果的影响,由于探测器的平均效应,探测器无法准确的分辨出尺寸小于探测器尺寸的异常体模型,并在一定程度上模糊了模型不同密度区域的边界。缪子透射成像模拟结果显示多重库仑散射作用使得缪子穿过物体后的运动方向和位置更加随机,在一定程度上模糊了探测器接收到的缪子通量分布,进而减小了透射成像结果中不同密度区域间的密度差异。总体来说,多重库仑散射作用引起的模型密度恢复差异在模型绝对密度的2%以内,多重库仑散射作用对数十米厚的岩石模型的缪子透射成像结果影响较小。

关键词：缪子多重库仑散射 Geant4 透射成像

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多重库仑散射对小尺度物体缪子透射成像精度的影响

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物理学报 2023年第2期72卷 35-44页

作者：张建鸣李志伟刘芳李景太冒鑫程雅苹庞捷冯鑫茁倪四道欧阳晓平韩然华北电力大学核科学与工程学院北京102206 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程重点实验室北京100094 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 西北核技术研究所西安710024

缪子透射成像方法是一种基于宇宙线缪子穿过目标物体前后的通量变化,进而获得其内部密度结构的无损探测成像方法.缪子透射成像方法假设缪子在低原子序数物质中沿直线运动,但实际上多重库仑散射作用会使缪子路径一定程度上偏离直线,有可... 详细信息

缪子透射成像方法是一种基于宇宙线缪子穿过目标物体前后的通量变化,进而获得其内部密度结构的无损探测成像方法.缪子透射成像方法假设缪子在低原子序数物质中沿直线运动,但实际上多重库仑散射作用会使缪子路径一定程度上偏离直线,有可能对成像精度造成影响.为此,本文使用Geant4软件包开展了缪子透射成像蒙特卡罗模拟,针对数米尺度多种密度结构的模型,定量分析了打开和关闭多重库仑散射物理过程时对成像精度的影响.结果表明:对于数米尺度标准岩石物质,缪子透射成像方法能够很好地恢复内部密度异常几何特征;但多重库仑散射作用对目标物体内部区域近垂向缪子通量造成的偏差可达5%,而在目标物体边界区域的偏差可达13%.因此,需要宇宙线缪子透射成像中考虑多重库仑散射作用的影响,以获得数米尺度目标物体更准确的绝对密度值成像结果.

关键词：多重库仑散射宇宙线缪子密度结构成像精度透射成像

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基于μ子动量谱的多群模型测量平板材料的厚度

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强激光与粒子束 2016年第9期28卷 104-108页

作者：肖洒帅茂兵何伟波韦孟伏兰明聪中国工程物理研究院材料研究所四川江油621907

在基于μ子多重库仑散射的断层成像技术中,天然宇宙射线中不同动量的μ子在同一目标对象中的散射特性存在明显的差异,这在一定程度上影响了成像分辨率。为了减少或消除这种不利影响,建立了一套基于天然宇宙射线μ子动量谱的多群模型,并... 详细信息

在基于μ子多重库仑散射的断层成像技术中,天然宇宙射线中不同动量的μ子在同一目标对象中的散射特性存在明显的差异,这在一定程度上影响了成像分辨率。为了减少或消除这种不利影响,建立了一套基于天然宇宙射线μ子动量谱的多群模型,并检验其用于铅板厚度测量及平板材料识别中的性能和特征。结果表明,采用基于μ子动量谱的多群模型能够实现1~16cm范围内铅板厚度的准确测量,相对误差小于5%。此外,该多群模型还可以通过计算辐射长度来识别未知平板的材料组成,尤其是对于高原子序数材料组成的平板,其辐射长度相对误差小于4%。

关键词： μ子成像多群模型多重库仑散射动量谱 Geant4

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基于MWPC的宇宙射线髙Z物质检测系统研究

基于MWPC的宇宙射线髙Z物质检测系统研究

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作者：李德源兰州大学

学位级别：硕士

宇宙射线u子大部分来源于大气层中的发生电磁相互作用和核碰撞消亡的低能次级粒子。到达地面时,u子的通量很大,因此为实验测量提供了大量的有用粒子。当μ子穿过物质时,受到物质中原子核的电磁作用发生了多次偏转的效应称为多重库仑散... 详细信息

宇宙射线u子大部分来源于大气层中的发生电磁相互作用和核碰撞消亡的低能次级粒子。到达地面时,u子的通量很大,因此为实验测量提供了大量的有用粒子。当μ子穿过物质时,受到物质中原子核的电磁作用发生了多次偏转的效应称为多重库仑散射。多重库伦散射是μ子与物质相互作用的主要形式,这使得宇宙射线μ子在反恐、集装箱物质检测、核物质的成像等方面都应用甚广。MWPC在低本底环境下有着诸多优势,很适合做u子径迹探测器。本文利用u子的多重库仑散射作用设计了以MWPC作为μ子径迹探测器的高Z物质检测系统。MWPC采用延迟线的读出方式,保证了探测器的具有较高的位置分辨率。4组MWPC分别用于测量μ子的穿过物质的前后的入射及出射径迹,根据出入射的径迹来计算出散射角,并与Geant4模拟程序给出的参考角度进行对比,从而确定出所探测的物质。

关键词：宇宙射线μ子多重库仑散射 MWPC 高Z物质

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基于天然μ子散射特征评估铀板内水平狭缝宽度的方法

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核技术 2017年第5期40卷 17-21页

作者：肖洒何伟波帅茂兵兰明聪韦孟伏中国工程物理研究院材料研究所江油621907

针对经典μ子成像方法用于特殊对象结构探测的技术难点,提出了一种通过直接比较对象发生结构变化前后μ子散射特征的差异来进行形变类型和尺度判定的新思路,称为正向参比法。相比于经典的逆向反演法,该方法在原理上对于初始结构已知的... 详细信息

针对经典μ子成像方法用于特殊对象结构探测的技术难点,提出了一种通过直接比较对象发生结构变化前后μ子散射特征的差异来进行形变类型和尺度判定的新思路,称为正向参比法。相比于经典的逆向反演法,该方法在原理上对于初始结构已知的特殊核对象的结构变化探测更有优势。从初步模拟结果来看,在合理的天然μ子通量下,该方法可实现铀板内亚毫米尺度水平狭缝的存在及其尺度的准确判定。

关键词： μ子重核材料多重库仑散射非参数检验接受者操作特征分析

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