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基于宇宙射线缪子的土壤含水率监测

农业工程学报 2022年第6期38卷 330-336页

作者：姜山刘国睿刘军涛李晓鹏钱湘萍付治强王宝祥刘志毅兰州大学核科学与技术学院兰州730000 中国科学院南京土壤研究所南京210008 生态环境部核与辐射安全中心北京100082

为了丰富土壤含水率的测量手段,拓展宇宙射线缪子技术在农业工程领域的应用,该研究提出了利用宇宙射线缪子监测土壤含水率的方法,即通过放置在土壤中的缪子探测器测得的宇宙射线缪子计数来反推出土壤含水率。利用蒙特卡罗程序FLUKA对不... 详细信息

为了丰富土壤含水率的测量手段,拓展宇宙射线缪子技术在农业工程领域的应用,该研究提出了利用宇宙射线缪子监测土壤含水率的方法,即通过放置在土壤中的缪子探测器测得的宇宙射线缪子计数来反推出土壤含水率。利用蒙特卡罗程序FLUKA对不同含水率的土壤建模并进行数值模拟,得出土壤含水率的探测分辨率,进一步得到最佳的缪子探测器放置深度。结果表明,探测半径与探测器放置深度相关,将探测器放置在地表下方80 cm深度处时,探测半径为6.2 m,此时当探测时长为2 h时,对土壤含水率的探测分辨率可以达到0.1 cm^(3)/cm^(3);当探测时长达到8 h时,探测分辨率可以达到0.05 cm^(3)/cm^(3)。相较于60、70、80、100、110、120 cm等不同深度,探测器放置在地表下方90 cm处时,在相同探测时长条件下,土壤含水率的探测分辨精度最高,达到0.038 cm^(3)/cm^(3)。验证试验结果表明,缪子计数值的变化可以反映出待测物质质量厚度的较小变化。相较于传统的点测量方法和宇宙射线中子法,该方法的探测范围适中(探测半径为6~8 m),且测量结果不易受土壤密度之外的因素影响,可以作为其他监测技术的重要补充,具有广阔的应用前景。

关键词：土壤水分宇宙射线缪子蒙特卡罗方法 FLUKA

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宇宙射线缪子核材料快速检测算法研究

原子能科学技术 2021年第12期55卷 2339-2345页

作者：钱祎剑张立军陈灵新王冠鹰中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学微电子学院北京100190

根据宇宙射线缪子库伦散射角进行核材料快速检测具有重要意义。本文利用Geant4获取的U、Pb、Fe的缪子库伦散射角数据集,分析缪子散射探测数据的分布特征。使用支持向量机测试了缪子散射探测数据的概率分布函数参数和峭度对不同材料分类... 详细信息

根据宇宙射线缪子库伦散射角进行核材料快速检测具有重要意义。本文利用Geant4获取的U、Pb、Fe的缪子库伦散射角数据集,分析缪子散射探测数据的分布特征。使用支持向量机测试了缪子散射探测数据的概率分布函数参数和峭度对不同材料分类的性能,提出基于分布特征的宇宙射线缪子核材料快速检测算法。结果表明,该算法仅用数量为10 000的缪子散射探测数据,能实现对相同厚度的U、Pb、Fe的分类,分类准确率达到98.9%以上。

关键词：宇宙射线缪子核材料快速检测分布特征峭度支持向量机

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基于缪子离散能量的材料鉴别实验研究

物理学报 2023年第2期72卷 373-379页

作者：李雨芃汤秀章陈欣南高春宇陈雁南范澄军吕建友中国原子能科学研究院北京102413

宇宙射线缪子具有穿透力强、对重核材料敏感的特点,近年来被广泛应用于核材料检查等领域.缪子与不同原子序数材料发生的多重库仑散射效果不同,利用这点可以对被测物体进行成像以及材料鉴别,而在该过程中引入缪子的能量信息可以提高材料... 详细信息

宇宙射线缪子具有穿透力强、对重核材料敏感的特点,近年来被广泛应用于核材料检查等领域.缪子与不同原子序数材料发生的多重库仑散射效果不同,利用这点可以对被测物体进行成像以及材料鉴别,而在该过程中引入缪子的能量信息可以提高材料鉴别的准确度.本文基于原子能院研制的缪子成像装置开展了5种样品的材料鉴别实验,使用离散能量拟合近似连续能量的缪子散射角分布,进而测量出各材料的辐射长度并以此作为特征量进行材料鉴别.实验结果表明,在约1400个有效缪子事例下,Al-Fe和Fe-Pb可以在95%的置信水平下有效区分,该方法相比于不引入缪子能量信息对Pb-W鉴别的准确率提高了18.5%.

关键词：宇宙射线缪子缪子成像离散能量材料鉴别

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缪子成像及元素成分分析

物理 2021年第4期50卷 248-256页

作者：叶邦角李样周志浩中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室合肥230026 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803

缪子为轻子的一种,主要来源于宇宙射线和加速器。宇宙射线缪子能量高、穿透性强,是一种天然的非破坏性基本粒子“探针”,可以对物体进行成像和无损检测。加速器缪子强度高、能量可调,可以对物体快速成像。加速器产生的负缪粒子进入材料... 详细信息

缪子为轻子的一种,主要来源于宇宙射线和加速器。宇宙射线缪子能量高、穿透性强,是一种天然的非破坏性基本粒子“探针”,可以对物体进行成像和无损检测。加速器缪子强度高、能量可调,可以对物体快速成像。加速器产生的负缪粒子进入材料会形成缪子原子,级联跃迁产生的X射线可以对材料进行元素分析。文章介绍了宇宙射线缪子成像、加速器缪子成像和缪子原子X射线元素分析三种技术的基本原理、成像手段或分析方法,以及其主要应用、发展现状与趋势,特别介绍了中国散裂中子源在加速器缪子成像和缪子原子X射线应用研究的规划。

关键词：宇宙射线缪子加速器缪子缪子成像 X射线元素分析