[发明专利]一种基于252Cf源驱动的核部件材料特征预判别方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理及核查技术领域，涉及一种基于²⁵²Cf源驱动的未知核部件材料预判别方法。

  

背景技术

核查技术领域中的核材料/核武器识别系统（Nuclear Material Identified System, NMIS），即核材料核查系统，其宗旨在于测量核材料的特征参数，从而推断其使用领域。其重要功能是检测核材料的富集度（核材料的富集度是区分武器级和民用级的重要标志，并可以从中推断出其拥有国核工业水平）。从获取核材料辐射信号的途径而言，核查技术路线通常分为被动式和主动式两种。限于铀（U, Uranium）材料自发辐射能量较低，针对其的核查技术需采取主动式测量，即通过外加激励源注入能量引起核材料的链式反应，通过探测其裂变产物来取得必须的信息，又称为源驱动式测量方法。

源驱动噪声分析系统核查原理如图1所示。首先，#1通道中的自发裂变源²⁵²Cf为驱动中子源，其出射的自发裂变中子入射至待测核部件并诱发链式反应。链式反应会产生若干中子和γ射线，并被#2和#3通道的探测器所捕获。²⁵²Cf源平均每次裂变放出4个自发裂变中子和6个γ光子。自发裂变中子进入待测核材料中诱发链式反应产生一系列诱发裂变中子，即待测核材料“受激”后，携带其相关信息的中子被探测器探测，得到多通道的脉冲中子信号。通过源驱动方法获得的脉冲中子信号，经NMIS时域信号分析处理后，即可得到相应的时域相关信号标签。传统NMIS时域相关信号粒子计数组成如图2所示。图中左边斜率较大的尖峰是最先被探测到的直射γ光子，它直接穿过了待测核部件而未经过任何碰撞；在一个波谷后较平缓的第二个峰值区分别由散射γ光子、直射中子、散射中子和诱发裂变中子组成，它们如图中标注的那样在时间轴上大致依次排列。直射中子、散射中子以及诱发裂变中子的产生机制与能量都有所不同，因此到达探测器的时间也有差异，并造成了时域上的展宽。显然，源-探测器信号间时域相关函数在诱发裂变中子的时间区间（通常取20-100ns）的计数值对被测²³⁵U材料的富集度存在敏感性，随着核材料的富集度升高而增大，故可利用核信号时域相关信号的这一特性来识别核材料富集度。

虽然理论上针对系统相关函数的数学分析已经相对较为完备，然而仅限于相对理想的情况。NMIS的工作原理决定了现场取得的特征函数必须与标定值相比较才能得出结论——显然，传统的NMIS无法得知待测部件是不是核部件、是否值得测量，而只是机械地将其“当作”核材料产生的信号，并套用固定的时间区间来进行富集度判断。这样不仅带有相当大的盲目性，可能浪费大量宝贵的时间和系统资源，并且可能引入非常大的误差，最终影响NMIS的识别和判读结果，造成严重的后果。图3是NMIS测量下几种不同情况下源-探测器互相关函数仿真结果，其中包括：                                                不同物质，包括核材料与非核材料； 不同材料厚度； 不同核材料富集度。为了突出欲说明的问题，图中对γ峰做了一定的截幅处理，重点比较中子峰间的区别。从图中可以看出，即使是在无噪声的情况下，无论是中子峰的幅度、下降趋势还是出现的时间，核材料与非核材料间、不同富集度核材料间乃至不同厚度材料间均不一样，相互纠缠在一起。如果按照传统NMIS通过积分方式来判别富集度，很可能将其中某些非核材料当作核材料判断，抑或将同等富集度而厚度不同的核材料判断为富集度不同的核材料，等等。可见，单纯凭借时域相关函数的积分值来进行富集度的判断存在着其本质的缺陷。

因此，提出一种基于γ及中子时域相关波形分辨的材料预判方法，利用其对未知核部件的性质进行预判，能够在NMIS运作之前剔除无用信息并获取核部件材料特征参数的核部件材料特征预判别方法，就成为了本发明所关注的问题。

  

发明内容

本发明解决的技术问题是如何获取未知核部件厚度信息、去除非核材料的干扰，确定未知核部件材料特征，判断材料厚度和材质，从而克服现有系统无预判机制、易受非核材料干扰且特征参数单一的缺点。