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宇宙射线μ子成像探测器研究现状与展望

防化研究

防化研究 2023年第6期2卷 13-25页

作者：王振宇王尊刚李志远樊海军李海俊席善学张耀中周春芝国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

宇宙射线μ子成像技术是一种新型无损探测方法,具有无需放射源、穿透性强的优点,可用于关键核设施、核材料的探测核查。本文调研了国内外宇宙射线μ子成像技术的研究现状,从透射成像与散射成像两种方式分析了μ子成像技术的基本原理和特... 详细信息

宇宙射线μ子成像技术是一种新型无损探测方法,具有无需放射源、穿透性强的优点,可用于关键核设施、核材料的探测核查。本文调研了国内外宇宙射线μ子成像技术的研究现状,从透射成像与散射成像两种方式分析了μ子成像技术的基本原理和特点,重点梳理了国内外μ子成像探测器的发展现状,总结了核乳胶探测器、气体探测器、塑料闪烁体探测器等3类μ子探测器的成像原理、系统参数、工作特性、典型应用及优缺点,并对宇宙射线μ子成像探测器的未来发展进行了展望,为μ子探测器的进一步研究提供参考。

关键词：宇宙射线μ子 μ子成像气体探测器闪烁体探测器

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宇宙射线μ子的神经网络材料快速识别算法

电子技术与软件工程 2022年第7期 98-101页

作者：高春宇汤秀章陈欣南李雨芃吕建友中国原子能科学研究院北京市102413

本文根据宇宙射线μ子穿过被探测物体时散射密度与材料原子序数的相关性,构建了包含两个卷积层、两个池化层和一个全连接层的卷积神经网络材料识别模型,最终测试样品在不同时间下的识别准确度。研究结果表明,对于10cm×10cm×10cm的铝... 详细信息

本文根据宇宙射线μ子穿过被探测物体时散射密度与材料原子序数的相关性,构建了包含两个卷积层、两个池化层和一个全连接层的卷积神经网络材料识别模型,最终测试样品在不同时间下的识别准确度。研究结果表明,对于10cm×10cm×10cm的铝、铁、钨三种材料,测量时间10分钟时整体识别准确度约91.9%。这种基于卷积神经网络的方法为μ子成像材料识别提供了一种新途径。

关键词：宇宙射线μ子神经网络材料识别

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宇宙射线μ子探测裂变核材料的模拟研究

辐射防护 2011年第2期31卷 72-75页

作者：庞洪超刘森林王红艳杨宏伟中国原子能科学研究院辐射安全研究部北京102413

平均能量为3-4 GeV的宇宙射线μ子在海平面的通量约为1/（cm2.min）,这些μ子有很强的穿透力,能够穿透目前常用的防护层。μ子与物质作用主要发生小角度库伦散射,散射角与物质的原子序数有关。利用μ子穿过不同物质时所产生的散射角不... 详细信息

平均能量为3-4 GeV的宇宙射线μ子在海平面的通量约为1/（cm2.min）,这些μ子有很强的穿透力,能够穿透目前常用的防护层。μ子与物质作用主要发生小角度库伦散射,散射角与物质的原子序数有关。利用μ子穿过不同物质时所产生的散射角不同来辐射成像,研究μ子的累计通量条件下,辨别低、中、高Z三类物质的可行性。

关键词：宇宙射线μ子 μ子成像裂变核材料高原子序数材料

灰色关联聚类在宇宙射线μ子探测成像中的应用

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灰色关联聚类在宇宙射线μ子探测成像中的应用

作者：王月中国科学技术大学

学位级别：硕士

近年来,作为一种新型的成像检测技术,宇宙射线μ子成像技术在辐射成像领域受到越来越多的重视,发展很快。该技术是通过测量天然宇宙线中的μ子在穿透被检物体的过程中产生散射作用而导致其穿出物体后的飞行信息的变化,并采用一定的算法... 详细信息

近年来,作为一种新型的成像检测技术,宇宙射线μ子成像技术在辐射成像领域受到越来越多的重视,发展很快。该技术是通过测量天然宇宙线中的μ子在穿透被检物体的过程中产生散射作用而导致其穿出物体后的飞行信息的变化,并采用一定的算法实现对被探测物体的散射密度分布进行估计,从而实现判断不同原子序数的物质探测的目的。宇宙射线μ子成像检测技术与现有的检测技术相比,具有很多优势,主要包括穿透能力强、辐射源天然存在且安全、对高Z物质敏感、造价低等,有广泛的应用前景,尤其是对核材料走私偷运的有效监管,意义重大。常用的成像算法都是以概率统计为基础,需要大量的实验数据。而实际情况中,在海平面上,每平方米每分钟约有10000个μ子入射,其平均能量为3-4Gev,本文研究中,粒子源抽样只选3-4Gev,因此,为保证在粒子数偏少的客观条件下实现宇宙射线μ子成像目标,我们将具有解决小样本、贫信息的不确定信息能力的灰色系统理论和方法进行结合,开创性的探索了灰色系统理论中的灰色关联聚类在宇宙射线μ子对物质的探测区分上的应用,取得了初步的成果:实现了对穿过不同物质的宇宙射线μ子的区分聚类,完成了区分物质的初步工作。

关键词：宇宙射线μ子灰色系统理论灰色关联聚类物质区分

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天然宇宙射线μ子成像检测技术

天然宇宙射线μ子成像检测技术

第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会

作者：马玲玲王文欣张小东胡碧涛兰州大学核科学与技术学院

宇宙射线μ子成像检测技术可以用来探测核材料。μ子与物质的作用主要有三种,其中一种是当高能μ子通过物体时与物质的原子不断发生库伦散射,即多重库伦散射。μ子成像检测技术主要利用这一散射过程来探测核材料。当μ子穿过被探测物体... 详细信息

宇宙射线μ子成像检测技术可以用来探测核材料。μ子与物质的作用主要有三种,其中一种是当高能μ子通过物体时与物质的原子不断发生库伦散射,即多重库伦散射。μ子成像检测技术主要利用这一散射过程来探测核材料。当μ子穿过被探测物体时,通过测量μ

关键词：宇宙射线μ子 μ子成像 PoCA算法高Z物质多重散射

来源： cnki会议评论

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基于能损计算的快速μ子吸收成像模拟研究

原子能科学技术 2022年第12期56卷 2765-2772页

作者：丁文婉刘圆圆王力苏宁程建平韩建武甄刚北京师范大学核科学与技术学院生态环境部北京师范大学锦屏极低辐射本底测量联合实验室射线束技术教育部重点实验室北京100875 北京师范大学物理学系北京100875 陕西省文物保护研究院陕西西安710075

μ子吸收成像技术使用天然存在的宇宙射线μ子作为辐射源,能够对大尺寸物体实现无损探测。在μ子吸收成像的应用研究中,进行成像的模拟分析是重要的一步。目前大部分的成像模拟通过蒙特卡罗方法模拟μ子在待测物体中的输运来实现,但使... 详细信息

μ子吸收成像技术使用天然存在的宇宙射线μ子作为辐射源,能够对大尺寸物体实现无损探测。在μ子吸收成像的应用研究中,进行成像的模拟分析是重要的一步。目前大部分的成像模拟通过蒙特卡罗方法模拟μ子在待测物体中的输运来实现,但使用蒙特卡罗方法进行模拟一般需要较长时间,不适用于一些需要快速得到模拟结果的场景。本文基于μ子在待测物体中的能损计算,实现了快速μ子吸收成像模拟,弥补了蒙特卡罗模拟用时过长的不足。具体地,本文根据待测物体的已知结构,通过能损与通量计算,获得μ子剩余通量的分布,进而实现成像。本文以胡夫金字塔为例,将构建的快速模拟过程与蒙特卡罗模拟进行比较,初步结果表明,使用本文的快速μ子吸收成像模拟获得的胡夫金字塔内部成像结果与蒙特卡罗模拟基本一致,快速模拟得到的通量值与蒙特卡罗模拟得到的通量值平均相差小于5%,快速模拟用时约为蒙特卡罗模拟的1/240。

关键词： μ子吸收成像宇宙射线μ子能量损失

基于卷积神经网络的μ子散射成像材料识别方法研究

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原子能科学技术 2023年第2期57卷 353-361页

作者：高春宇汤秀章陈欣南范澄军陈雁南李雨芃吕建友中国原子能科学研究院北京102413

本文采用卷积神经网络的机器学习方法进行了μ子成像的材料识别,通过迭代训练数据获得最优模型并测试样品在不同测量时间下的识别准确度。在中国原子能科学研究院的μ子散射成像装置上开展了不同材料的测试实验,根据实验测量数据进行径... 详细信息

本文采用卷积神经网络的机器学习方法进行了μ子成像的材料识别,通过迭代训练数据获得最优模型并测试样品在不同测量时间下的识别准确度。在中国原子能科学研究院的μ子散射成像装置上开展了不同材料的测试实验,根据实验测量数据进行径迹重建并计算μ子的入射和散射角,构建基于卷积神经网络结构的材料识别模型进行特征提取,实现对材料的分类识别,并进一步引入残差和特征矩阵提高了材料的识别准确度。实验结果表明,对于10 cm×10 cm×10 cm的钨块,材料识别准确度在测量5 min时达到99.1%,在测量10 min时达到100.0%。这种基于卷积神经网络的方法为μ子散射成像材料识别提供了一种新途径。

关键词：宇宙射线μ子卷积神经网络散射密度材料识别

基于MWPC的宇宙射线髙Z物质检测系统研究

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基于MWPC的宇宙射线髙Z物质检测系统研究

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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μ子的速度测量

大学物理 2016年第7期35卷 56-58页

作者：刘文斌李海鹏李明肖杨孙保华张高龙北京航空航天大学物理科学与核能工程学院北京100191

地球上的生物每时每刻都受到μ子照射.本文介绍了一个测量μ子平均速度的实验.基于两套闪烁体探测器,利用飞行时间方法,测得海平面附近μ子的平均速度为29.72(3)cm/ns.本实验具有较强的探索性、创新性和综合性,需要学生掌握高能宇宙射... 详细信息

地球上的生物每时每刻都受到μ子照射.本文介绍了一个测量μ子平均速度的实验.基于两套闪烁体探测器,利用飞行时间方法,测得海平面附近μ子的平均速度为29.72(3)cm/ns.本实验具有较强的探索性、创新性和综合性,需要学生掌握高能宇宙射线、辐射探测和测量的基本知识,可以作为近代物理和前沿物理类实验课程的一个重要内容.

关键词：宇宙射线μ子飞行时间方法塑料闪烁体探测器