中子照相技术及其应用(PDF 8页)
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用研究正文：大家好啊，今天咱们聊一聊那个挺有意思的话题——中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用。
这个技术听起来可能有点高大上，但其实它在日常生活中的应用可不少呢！比如，在医疗领域，它可以帮助医生拍出更清晰的X光片；在科研领域，它也能帮科学家们找到那些隐藏得很深的秘密。
不过，说到质子交换膜燃料电池，大家可能会觉得有点陌生。
别急，让我来给你们简单介绍一下。
首先得说说什么是质子交换膜燃料电池（PEMFC）。
这是一种清洁能源装置，它通过让氢气和氧气在电池内部发生反应，产生电能和水蒸气。
听起来是不是挺厉害的？但你知道吗？为了让氢气和氧气更好地结合，还得靠一个神奇的“催化剂”——质子交换膜。
而中子射线照相技术，就能在这个环节发挥作用。
那么，中子射线照相技术到底怎么个神奇法呢？简单来说，就是利用中子射线照射质子交换膜，然后通过测量其衰减情况来判断膜的质量。
这样一来，就能确保燃料电池的工作效率更高，使用寿命更长。
想象一下，如果每个燃料电池都能像智能手机一样，电池用得更久、性能更稳定，那该多好呀！接下来，我们具体来看看中子射线照相技术是如何工作的。
需要准备一个中子源，它能发出非常稳定的中子射线。
然后，将这个中子源对准要检查的质子交换膜。
在这个过程中，中子射线会穿透这个膜，并被内部的氢原子吸收。
由于氢原子核的半径比碳原子核小得多，所以中子射线会被氢原子“抓住”，形成几个小气泡。
这些气泡就像是给氢原子打了个标记，告诉我们哪些地方需要加强。
通过观察这些气泡的位置和大小，就能判断出质子交换膜的质量如何。
如果膜的质量很好，气泡分布均匀，说明它工作得很出色；反之，如果气泡分布不均或者有的地方特别密集，那就说明膜的质量不太好，可能需要更换或维修了。
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用，就像是给这台“能量机器”装上了一双慧眼。
通过它，我们能更精准地监测和评估燃料电池的性能，确保它们能够高效、稳定地运行。
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用嘿，伙计们！今天我们要聊一聊一个非常有趣的话题，那就是中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用。
听起来有点高深吧？别担心，我会用最简单的语言来解释给你们听。
让我们来了解一下什么是质子交换膜燃料电池。
它就像是一个小小的加油站，只不过它给电池充电，而不是给汽车加油。
这个小小的加油站里面有很多种材料，它们就像一群好朋友，一起工作，一起努力，让我们的手机、电脑等设备能够正常运行。
那么，中子射线照相技术又是什么呢？它就像是一个侦探，可以帮助我们观察这些材料的内部结构，了解它们的工作原理。
有了这个侦探，我们就能更好地照顾这些好朋友，让它们保持良好的状态。
现在，让我们来看看中子射线照相技术是如何应用到质子交换膜燃料电池中的。
我们需要让这个侦探进入到燃料电池的内部。
这就像是我们要打开一扇门，让侦探进去。
然后，侦探会开始观察燃料电池的内部结构，找出其中的一些问题。
这就像是我们在寻找一些坏朋友，让他们离开我们的朋友圈。
接下来，侦探会给我们提供一些关于燃料电池的建议。
这就像是我们听从了侦探的建议，让我们的朋友圈变得更加美好。
例如，侦探可能会告诉我们，有些材料可能需要更换一下，或者有些地方可能需要修理一下。
这样一来，我们的燃料电池就会变得更加强大，更加耐用。
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用就像是一个侦探故事。
我们要让侦探进入到燃料电池的内部，找出其中的问题，并给出解决方案。
通过这样的过程，我们的燃料电池就会变得更加强大，更加耐用。
所以，大家一定要记住这个故事哦！下次当你的手机、电脑等设备出现问题时，不妨想想这个故事，也许你会找到解决问题的方法呢！。
中子衍射技术及其应用_夏元华-2019
b(Mg):b(C):b(Ni)=0.538:0.665:1.03, Ne(Mg):Ne(C):Ne(Ni)=12:6:28.
20
MgC Ni
x3
x=1.0 (Neut.)
x=0.95 ( Neut.)
15
x=0.9 (Neut.)
x=1.0 (x-ray)
x=0.95 (x-ray)
x=0.9 (x-ray)
10
1.14% 2.12%
5
0
22.8
23.0
23.2
23.4
23.6
2 theta (deg)
I(C )-I(C ) (%)
1.0
0.9
Differences in Intensities
X-ray:
Fhkl = ∑ fj exp(2i (hx + ky + lz)) e-2W,
where fj is the X-ray atomic scattering factor of atom j for X-ray.
Neutron:
Fhkl = ∑ bj exp(2i (hx + ky + lz)) e-2W,
between successive hkl planes and Bragg angles of reflections, respectively.
Intensity:
I = C|Fhkl|2,
where Fhkl is the amplitude of the diffracted X-ray or neutron hkl reflection.
3
CMRR中子衍射谱仪
4
中子衍射技术应用实例
中子衍射实验技术—基本原理
中子技术及应用
中子技术及应用嘿，朋友！想象一下这样一个场景：在一个宽敞明亮的实验室里，一群穿着白色大褂的科学家们正忙碌地操作着各种复杂的仪器，他们的眼神专注而充满期待，这里正在进行的就是与中子技术相关的研究。
你可能会好奇，啥是中子技术呀？其实，中子就像是一个个小小的“侦察兵”，它们能帮助我们深入到物质的内部，去探寻那些隐藏的秘密。
比如说，在医学领域，中子技术就大显身手啦。
你知道癌症治疗吧？传统的方法有时候效果不尽如人意，而中子技术就像是一位神奇的医生，带来了新的希望。
它能够更精准地定位肿瘤细胞，然后给予致命一击，这不比那些“摸着石头过河”的治疗方法强多了？再看看材料科学这一块。
科学家们利用中子技术，就好像有了一双“透视眼”，能够清晰地看到材料内部的原子结构和排列方式。
这就好比我们在拼图，以前是闭着眼睛瞎摸索，现在是开着灯一目了然，能大大提高研发新材料的效率和质量。
在工业生产中，中子技术也不甘示弱。
通过它，可以检测出材料中的微小缺陷，就像是给产品做了一次全面而深入的“体检”。
这能提前发现问题，避免在使用过程中出现故障，难道不是给我们的生活加上了一道保险吗？还有在农业领域，中子技术能够帮助我们更好地了解土壤的成分和水分分布，农民伯伯们就像是有了一本“土地秘籍”，可以更科学地种地，提高农作物的产量和质量。
你也许会问，这中子技术这么厉害，是不是离我们的日常生活很远呢？其实不然！说不定哪天你乘坐的更加安全舒适的交通工具、使用的更加节能环保的家居用品，背后都有中子技术的功劳呢。
中子技术就像一个默默付出的超级英雄，虽然不常出现在聚光灯下，但却在各个领域发挥着至关重要的作用，不断推动着社会的进步和发展。
它让我们的生活变得更加美好，更加充满无限可能。
所以说，中子技术可不是什么遥不可及的神秘玩意儿，而是与我们息息相关、实实在在的好帮手！。
中子射线照相技术原理
中子射线照相技术原理小伙伴们！今天咱们来唠唠一个超酷的技术——中子射线照相技术。
这玩意儿可神奇啦，就像一个能看透物体内部秘密的小魔法师呢！咱先来说说射线照相的大概思路哈。
你看，平常咱们想知道一个东西里面是啥样的，要是这东西是透明的就好了，一眼就能瞅见。
但好多东西都不透明呀，这时候射线就派上用场啦。
就像X光，咱们去医院有时候会用到，能看到身体里的骨头啥的。
中子射线照相呢，也是类似的想法，不过它用的是中子射线。
那中子射线是啥呢？这得从原子说起啦。
原子就像一个小小的太阳系，中间有个原子核，周围有电子在转圈圈。
中子就在原子核里面呢。
当中子被释放出来，形成中子射线的时候，就像一群小小的、看不见的精灵跑出来啦。
这些中子精灵可调皮了，它们会到处乱窜。
当这些中子射线遇到物体的时候，就开始了它们的奇妙之旅。
有些物体啊，对中子射线特别热情，就像好客的主人迎接客人一样，会让中子射线很容易地穿过，这时候在照片上就显示得比较亮。
比如说氢元素，它对中子射线就很友好，中子射线遇到氢元素的时候，就像滑滑梯一样，很顺畅地就过去了。
但是呢，有些元素就比较“高冷”啦。
像一些重金属元素，它们就会挡住中子射线的去路，就像一道坚固的城墙，不让中子射线轻易通过。
这时候在中子射线照片上就会显示得比较暗。
你看，这一明一暗的，就把物体内部的结构给显示出来啦。
还有哦，在考古方面，这技术也超厉害的。
比如说有一个古老的陶器，我们想知道它里面有没有隐藏的夹层或者以前装过什么特殊的东西。
中子射线照相就能悄悄地钻进陶器里面，然后把里面的情况给我们展示出来。
就像揭开一个古老的秘密一样，是不是很有趣呢？而且啊，中子射线照相技术还在航空航天领域发挥着大作用呢。
飞机的一些零部件必须要保证内部没有任何隐患，因为在天上飞可容不得一点马虎。
中子射线就像一个超级侦探，能把那些肉眼看不到的问题给找出来。
不过呢，这中子射线照相技术也不是那么容易玩得转的。
它需要特殊的设备来产生中子射线，还得有很精密的探测装置来捕捉穿过物体后的中子射线。
中子成像技术应用
link appraisement贡志锋 张书彦 马艳玲 高建波 温树文 樊卓志 鹏 詹 霞 东莞材料基因高等理工研究院贡志锋（1986 －）男，河北衡水，机械电子工程专业硕士，工程材料中子衍射谱仪设计及应用。
通讯作者：张书彦。
基金：由广东省基础与应用基础研究重大项目资助（项目编号：2019B030302011）；由广东省定了中子成像设备的性能。
这些领域的研究和发展对提高产出至关重要。
由于散裂中子源目前建成的仅有4座，因此大部分中子成像谱仪位于研究型反应堆中子源。
作为中子散射技术应用的一个细小分支，中子源在规划各类谱仪时，成像谱仪未必会被布置在最优的中子束线上。
从本世纪开始，具有较冷光谱的束线也被用于中子成像，如ANTARES、 CONRAD、ICON等。
热中子由于其穿透能力强，较多用于厚重样品成像，如叶片，化石等。
冷中子虽然穿透能力差，但是由于其单色性好，成像分辨率高，因此多用于高精度成像。
散裂中子源由于其可提供连续的白光光束，在布拉格边成像效率方面具有很大优势。
简单来说，中子成像设备一般包括中子源、准直器、探大类：第一类是传统的透射（衰减）成像技术，即利用不同材料中子衰减系数不同，解析材料内部结构。
当中子穿过样品时，由于部分中子被散射，造成经过不同材料的中子通量降低，即幅值变小，如图3a所示。
这种现象反映到中子探测器上就表现为明暗不同，如图3b所示。
透射成像与X射线透射成像相似，但是由于不同原子的反应截面不同，中子对含氢元素比较敏感，因此适用于被金属包裹的含氢物质、植物根系、同位素表征等。
基于透射成像原理，根据不同的应用场景又可分为中子照相、断层扫描成像、快中子照相、时图1 中子及X射线不同元素反应截面图2 中子成像示意图图3 （a）中子通量经过样品降低（b）中子衬度成像原理图4 （a）相位衬度成像原理 （b）相位衬度成像示意图图5 （a）布拉格边成像原理 （b）布拉格边曲线图6 极化中子成像原理 图7 中子成像应用领域子波长的不断增加，在不同的晶面处会出现中子衰减率的陡降（中子通量陡增），如图5b所示。
光中子透射成像原理
光中子透射成像原理
中子是一种中性粒子，它不带电荷，因此可以穿透物质而不受
到电荷的影响。
这使得中子成像技术可以突破传统成像技术在穿透
能力上的限制，能够对金属、陶瓷、塑料等材料进行高分辨率的成像。
光中子透射成像原理的核心是利用中子与物质相互作用的特性。
当中子穿过物质时，它会与物质中的原子核发生散射，不同元素的
原子核对中子的散射效果不同，这就形成了对不同元素的特异性散
射信号。
通过检测和分析这些散射信号，就可以得到物质内部结构
的信息，实现对物质的成像。
光中子透射成像原理在材料科学、生物医学、考古学等领域具
有广泛的应用前景。
在材料科学领域，它可以帮助科学家们研究材
料的微观结构和性能，为新材料的设计和应用提供重要的信息；在
生物医学领域，它可以用于研究生物组织的内部结构，为疾病诊断
和治疗提供重要的辅助信息；在考古学领域，它可以用于非破坏性
地对古代文物进行成像，帮助研究人员了解古代文明的制作工艺和
材料特性。
总之，光中子透射成像原理作为一种先进的成像技术，具有广阔的应用前景和重要的科学意义，相信在未来会为人类社会的发展做出更大的贡献。
中子辐照技术在医学中的应用
中子辐照技术在医学中的应用中子辐照技术是一种利用中子对物质进行照射的技术。
中子具有较强的穿透能力和较弱的电磁相互作用能力，它们可以穿过物质的较厚层并与物质中的原子核相互作用。
由于中子与原子核相互作用的方式与其他形式的射线不同，因此中子辐照技术可以提供一些独特的应用，尤其是在医学领域中。
1. 医学成像由于中子与人体内的组织有很强的反应作用，因此中子辐照技术可以用来进行医学成像。
中子辐照成像技术可以使组织的成像更加清晰，并且对于一些传统成像技术难以观察到的病灶也可以得到诊断。
目前，已经有了一些基于中子成像技术的医疗成像设备，例如：中子成像照相机和中子CT等。
2. 癌症治疗中子辐照的能量深度和照射能力比X射线、γ射线等射线更强，因此可以用于肿瘤组织的治疗。
中子辐射不仅可以在肿瘤附近的正常组织中减少剂量，而且还可以使肿瘤组织受到更高剂量的照射，从而更有效地杀死癌细胞。
此外，中子辐照还可以提高放射治疗对于放射线等化疗药物的敏感性，从而达到更好的治疗效果。
3. 放射性药物的制备中子辐照技术还可以用来制备放射性药物。
目前，已经有一些核反应堆和加速器可以用于中子辐照，可以通过中子辐照反应来制造各种放射性核素。
这些放射性核素可以用于治疗癌症，例如：银-110m、铑-106等。
4. 个性化医学中子辐照技术还可以用于个性化医学。
通过不同的中子辐照能量和剂量，可以照射不同类型的癌症组织、不同病程的疾病、不同组织的器官等等，从而为患者提供个性化的医疗服务。
此外，中子辐照技术还可以用于分析人体内的化学成分和元素，从而帮助医学研究者更好地了解人类生理和病理过程。
总之，中子辐照技术在医学领域中的应用很广泛，可以为医学研究和治疗带来很多益处。
虽然中子辐照技术有很强的剂量和能量，但是作为医学技术，它可以对病患产生很好的治疗效果，所以它的前景是非常广阔的。
中子散射技术及其应用
射 、中子小角散射 、中子反射技术等都是在相应的 X 射线实验方法的基础上发展起来的.
为什么有了 X 射线分析方法还需要发展中子 散射技术呢 ? 原因在于 , 中子散射有自己的特点 , 这些特点恰好弥补了 X射线分析固有的缺点 , 从而 使它和 X射线分析形成了互补的关系. 这些特点可 以归纳为 : (1) X射线对原子序数低的轻元素不灵 敏 ,但中子对轻 、重元素的灵敏度没有明显的差别 ; (2) X射线不能分辨原子序数相近的元素 , 而中子 通常可以分辨 ; ( 3) 中子可以区分同位素 ; ( 4 ) 中 子具有磁矩 ,因而可以研究磁性物质的磁结构和自 旋动力学. 常规 X 射线分析不能提供磁的信息. 近 年来虽然己经可以用同步辐射来研究物质的磁结 构 ,但中子作为微观磁结构的研究工具仍然是其他 方法无法代替的 ; ( 5) 中子对物质有较强的穿透能 力 ; (6) X射线只能研究物质的静态结构 ,不能研究 动力学问题 ,这是因为波长在 0. 1—1 nm 左右的 X 射线 ,其能量比原子 、分子的运动能量高几十万倍 , 所以不可能用它来研究物质的微观动力学特性.
35卷 (2006年 ) 11期 http: ΠΠwww. wuli. ac. cn
Hale Waihona Puke ·961·前沿进展
其中有些反应堆开始用于基础研究. 1946 年 ,美国 Oak R idge实验室的科学家 Wollan, Shull等首先在 Clinton反应堆上开展了中子衍射工作. 这个工作代表 了中子散射的一个方面 , 即用中子散射方法研究物 质的静态结构 ; 1950年前后 ,加拿大 Chalk R iver实验 室科学家 B rockhause开始用中子非弹性散射研究晶 格动力学 , 开创了中子散射技术的另一个方面 , 即利 用中子散射研究物质的微观动力学性质. 通常说的 “中子散射技术 ”是这两方面工作的总称.
中子照相技术及其应用(PDF 8页)
中子照相技术及其应用裴宇阳 唐国有 郭之虞(北京大学物理学院 重离子物理教育部重点实验室 北京 100871)摘 要 本文简述中子照相的原理、方法和特征。
包括中子源,中子转换屏,中子成像技术等关键技术。
给出在415M V静电加速器上快中子照相的结果。
并概述中子照相技术的一些应用实例。
关键词 中子照相 快中子 中子转换屏 无损检测概述我国的中子照相可以追溯到60年代初,中国原子能科学院朱家等人在研究性重水反应堆上由中子通过有关材料的强度变化,完成了我国第一颗原子弹引爆中子源的最终质量检测。
80年代初,清华大学核能研究院等单位曾在反应堆上开展过热中子照相的研究工作,是我国首批建成的能投入正式运行的堆热中子照相系统1,若干年来为航空国防等部门完成许多热中子照相任务。
东北师范大学自1985年起开始进行过小型中子照相装置的实验和研究2。
中子照相对中子源有较高的要求,也制约中子照相的发展,反应堆中子源中子流密度高,可获得优质的中子照相的照片,但费用高,设备笨重,随着中子照相的推广,为满足工业应用,中子照相小型化的要求越来越迫切,以致成为当今中子照相研究中的主要课题之一。
如采用中子管,加速器中子源的可移动式中子照相装置等。
近些年来,中子的成像技术也有迅猛的发展,特别是电成像,实时成像等成为显示中子图像的主要手段,这也是当前该领域的主攻课题之一。
中子照相技术具有其他无损探测技术无可替代的特点和优点,能够获得很多其它传统技术不能得到的重要信息。
射线检测是从X射线开始的,与X 射线无损检测相比较,X射线穿透物体时,受到核外电子作用而被衰减,因此其质量衰减系数,与材料原子序数有确定的函数关系。
与X射线不同,中子不带电,能轻易的穿透电子层,与原子核发生核反应,因此其质量衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关,和原子序数关系复杂。
由于上述机理的区别,使中子照相具有下列X射线所没有的功能:中子能够:a)穿透重元素物质,对大部分重元素,如铁、铅、铀等,质量吸收系数小;b)对某些轻元素,如水、碳氢化合物、硼等质量吸收系数反而特别大;c)区分同位素;d)能对强辐射物质成高质量的图像等。
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用1. 引言质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFCs）作为清洁能源的重要代表，在电动汽车、便携设备等领域具有广泛应用前景。
中子照相技术及其在考古中的应用
中子照相技术及其在考古中的应用作者：刘斯禹郭天超韩雪高瑜郭天飞来源：《科学与财富》2016年第28期摘要：1932年中子被发现后，中子照相技术也逐步发展起来，成为了与X射线照相互补的重要无损检测技术，其对于较厚金属等材料的内部结构成像有着独特的优势。
随着技术的发展，中子照相技术应用在了航天、航空、核工业、生物学、考古等领域。
本文介绍了中子照相技术的基本原理，中子照相系统的三个主要装置：中子源、准直器和像探测器。
列举了中子照相技术在考古中的应用。
关键词：中子照相；无损检测；考古；中子源0引言中子照相技术是一种无损检测技术。
其原理是基于中子穿过物体时与原子核发生作用而发生衰减。
中子射线衰减规律遵循指数衰减规律：（1）式中I为出射的中子强度，I0为入射中子强度，α为样品对中子的衰减系数，d为样品在辐射方向的厚度。
对于重元素物质，中子的衰减系数较小，可以对较厚的金属材料实现透射成像[1]。
而对于一些原子序数小的元素，其衰减系数反而较大[2]。
由于不同元素对中子的衰减系数不同，所以透射中子束中含有了被照射样品的内部信息，利用相关的影像技术就可得到样品内部各种材料的空间分布及材料性质的综合信息，从而实现中子照相。
1中子照相的装置系统1.1 中子源中子源是产生自由中子的装置。
按照中子能量的不同，分为冷中子、热中子和快中子。
而因为热中子与物质作用的截面较大，且不同物质区分度高，并且一定强度的中子源容易获得等原因，热中子照相技术发展得较为成熟，应用较广。
但由于其衰减系数较大，在对较厚的金属材料成像时图像不够清晰[3]。
相比之下，快中子由于衰减系数较小，其穿透能力强的特点可以弥补热中子照相的不足。
而国外也在积极发展这项技术[4，5]。
中子源主要有以下几种：反应堆中子源、加速器中子源、中子管中子源和同位素中子源。
其中反应堆中子源产生热中子，能获得高精度影像，运行稳定；但造价高，缺乏灵活性，只能依托大型装置照相。
加速器中子源和中子管中子源能产生快中子，可用于快中子照相；将上述源产生的快中子慢化可得到热中子，即可得到可移动式小型热中子照相装置。
中子照相技术及其在核工程中的应用
中子照相技术及其在核工程中的应用
张俊哲
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】1991(12)2
【摘要】一、概述在40年代初期,德国H.Kallman和E.Kune利用小型加速器中子源首次进行热中子照相的研究并给出了有关数据。
1956年,英国J.Thewlis在反应堆中子源上成功地进行了中子照相。
后来美国H.Betger等人又对中子照相做了大量研究工作并且使用了放射性同位素中子源。
到70年代初期。
【总页数】5页(P92-96)
【关键词】中子照相;核工程;无损检测
【作者】张俊哲
【作者单位】中国工程物理研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TL375.6
【相关文献】
1.中子照相技术及其在考古中的应用 [J], 刘斯禹;郭天超;韩雪;高瑜;郭天飞
2.中子照相技术及其在混凝土材料研究中的应用 [J], 张鹏;Wittmann F.H.;赵铁军;Lehmann E.H.;金祖权
3.中子照相技术及其在无损检测中的应用研究 [J], 郭广平;陈启芳;邬冠华
4.国外热中子照相技术在锂离子电池无损检测中的应用 [J], 韩松柏;刘蕴韬;陈东风;
王洪立;武梅梅;郝丽杰;贺林峰;魏国海;王雨
5.中子照相技术在核燃料元件无损检测中的应用 [J], 魏国海;孙凯;赵志祥;韩松柏;陈东风;王洪立;郝丽杰;武梅梅;贺林峰;王雨;刘蕴韬
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
中子照相技术及其在无损检测中的应用研究
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｎｅ ｕ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｒａ ｄ ｉ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ＮＤ Ｔ Ｇ Ｕ Ｏ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ — ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｑ ｉ — ｆ ａ ｎ ｇ ，ＷＵ Ｇ ｕ ａ ｎ — ｈ ｕ ａ
种子射线成像技术
4.3 中子射线成像技术(NT)4.3.1 概念和原理中子射线成像技术(Neutron Tomography)，简称NT，是一种结合射线检测技术和计算机处理技术的新兴无损检测技术，它的原理和X射线检测的原理基本相同，不同点是射线检测的放射源是中子而不是X射线，结合计算机三维断层摄影术（3D-Tomography），照片信息经过计算机处理后可以得到被检测构件的三维断层照片。
NT很早就得到业界的认同，但是长期以来获得中子的难度远远高于X射线，中子射线源来自核反应堆、加速器或放射性同位素（如锎252）的热中子。
在使用方面，中子射线的照相作用小，不能直接在胶片上形成图像记录，需要使用铟或钇荧光屏作为转换屏，在中子撞击转换屏时产生γ射线或电子束再与感光胶片作用才能形成中子射线照相图像，因此属于间接照相检测法。
此外中子射线要求射线源有很高的稳定性，这是因为NT检测在高度空间定位的条件下对射线瞄准精确度和每次检测的持续时间都有很高的要求，移动式的NT 看来可能性不大。
所以在大面积的检测中NT难以与X射线检测竞争，多数国家都只会在国内少数几个地点设置可以进行NT检测的车间。
4.3.2 NT的应用常规的NT检测的布局如图4-4，固定的射线束提供射线源，固定的检测屏接收射线，被检测构件在中间的可旋转载物台，可根据需要转动载物台。
图 4-4 常规的NT检测布局图4-5到图4-7分别显示了几项NT对一些物件的检测效果。
图4-5为一汽车发动机燃烧室的NT检测，中间图是X射线检测得出的二维X射线照片，右图则是NT检测后通过电脑处理得出的三维断层照片。
图 4-5 汽车发动机燃烧室的NT检测图4-6为NT三维断层摄影技术测得的轴承及其附件的三维断层照片。
图 4-6 轴承及其附件的NT检测图4-7为NT三维断层摄影技术摄得的计算机软盘驱动器。
图 4-7 软盘驱动器的NT检测4.3.3 NT的应用相对于X射线检测，NT拥有更强的交互作用率，因为X射线在透视工件中的吸收是随透视材料的原子量增加而均匀增大的，但是中子射线有以下特点：在重元素中衰减小，在轻元素中衰减大，在空气中电离能力弱，不能直接使胶片感光，却能被原子量小的材料，例如锂、硼、镉、铀、钐、钚、铕、钇、镝以及碳、氢、氧等强烈吸收和散射。
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用
中子射线照相技术在质子交换膜燃料电池中的应用大家好，今天咱们来聊聊那个既高科技又接地气儿的话题——中子射线照相技术。
这个技术听起来是不是有点高大上？其实它就像是个魔法棒，轻轻一挥，就能给质子交换膜燃料电池“照个相”，看看它的内部世界。
别急，让我慢慢道来。
咱们得知道，质子交换膜燃料电池是一种清洁能源，它的能量转换效率高得惊人，简直就像是个能量小精灵，把氢气和氧气这两个小伙伴的能量合二为一，变成了电能。
但是，这小精灵有时候也会闹点小脾气，比如它自己内部的一些小伙伴闹矛盾了，或者环境变化了，这时候就得靠中子射线照相技术来帮忙啦！那么，中子射线照相技术到底是怎么帮上忙的呢？简单来说，就是通过发射一束穿透力超强的中子射线，去“侦察”燃料电池的内部结构。
想象一下，这些射线就像是一个神奇的探针，它们能够深入到燃料电池的内部，像侦探一样，找出那些隐藏的问题，比如气泡、裂缝或者不均匀的化学反应。
有了这些线索，工程师们就能对症下药，对燃料电池进行维修或者升级，保证它能够继续高效地工作。
而且，中子射线照相技术不仅实用，还特别环保。
因为它使用的是放射性物质，所以在使用过程中需要格外小心，不能让它们随意泄露。
不过，现在的科学家们已经发明了一种叫做“中子屏蔽”的技术，它就像是给这些小精灵穿上了一件隐形衣，既能保护它们不被外界干扰，又能确保它们能够顺利地完成“侦察任务”。
说到这里，你是不是已经迫不及待想要亲自体验一下中子射线照相技术的神奇之处了呢？别急，我们还得再深入了解一下这项技术。
中子射线照相技术分为两种类型：一种是直接成像法，另一种是间接成像法。
直接成像法就是直接用中子射线照射燃料电池，然后通过图像处理技术来获得照片；而间接成像法则是通过测量反应气体的流量和压力，再结合反应动力学模型来推断出燃料电池的状态。
这两种方法各有千秋，直接成像法更加直观，但成本较高；间接成像法则成本较低，但需要更复杂的计算和分析。
不过，无论哪种方法，都离不开一个共同点——那就是它们都是为了让质子交换膜燃料电池变得更加健康、更加强大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中子照相技术及其应用裴宇阳 唐国有 郭之虞(北京大学物理学院 重离子物理教育部重点实验室 北京 100871)摘 要 本文简述中子照相的原理、方法和特征。
包括中子源,中子转换屏,中子成像技术等关键技术。
给出在415M V静电加速器上快中子照相的结果。
并概述中子照相技术的一些应用实例。
关键词 中子照相 快中子 中子转换屏 无损检测概述我国的中子照相可以追溯到60年代初,中国原子能科学院朱家等人在研究性重水反应堆上由中子通过有关材料的强度变化,完成了我国第一颗原子弹引爆中子源的最终质量检测。
80年代初,清华大学核能研究院等单位曾在反应堆上开展过热中子照相的研究工作,是我国首批建成的能投入正式运行的堆热中子照相系统1,若干年来为航空国防等部门完成许多热中子照相任务。
东北师范大学自1985年起开始进行过小型中子照相装置的实验和研究2。
中子照相对中子源有较高的要求,也制约中子照相的发展,反应堆中子源中子流密度高,可获得优质的中子照相的照片,但费用高,设备笨重,随着中子照相的推广,为满足工业应用,中子照相小型化的要求越来越迫切,以致成为当今中子照相研究中的主要课题之一。
如采用中子管,加速器中子源的可移动式中子照相装置等。
近些年来,中子的成像技术也有迅猛的发展,特别是电成像,实时成像等成为显示中子图像的主要手段,这也是当前该领域的主攻课题之一。
中子照相技术具有其他无损探测技术无可替代的特点和优点,能够获得很多其它传统技术不能得到的重要信息。
射线检测是从X射线开始的,与X 射线无损检测相比较,X射线穿透物体时,受到核外电子作用而被衰减,因此其质量衰减系数,与材料原子序数有确定的函数关系。
与X射线不同,中子不带电,能轻易的穿透电子层,与原子核发生核反应,因此其质量衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关,和原子序数关系复杂。
由于上述机理的区别,使中子照相具有下列X射线所没有的功能:中子能够:a)穿透重元素物质,对大部分重元素,如铁、铅、铀等,质量吸收系数小;b)对某些轻元素,如水、碳氢化合物、硼等质量吸收系数反而特别大;c)区分同位素;d)能对强辐射物质成高质量的图像等。
特别是在能够穿透许多金属、重金属检测内部有机物质状况上具有非常大的优势,中子照相与X 射线照相比较(见图1)。
中子照相 X射线图1 中子照相与X射线照相比较 中子源主要可分为四种,放射性同位素,如252C f,加速器,反应堆和中子管,可使用的中子能量变化范围很大,有冷中子、热中子、中能中子、快中子等,它们对同一核素的相互作用截面变化也很大,这些特性都可利用来进行无损检测工作,这也造成中子照相技术的多样性和复杂性。
可根据实际情况和需要利用这些特性来进行无损检测工作。
由于上述优点,1955年中子照相就在质量检测上有广泛的应用,包括武器部件的质量检测和库存武器的可靠性常规检测,到20世纪70年代初,中子照相已进入工业实用阶段特别在核电和宇航工业中应用已十分广泛,现在,中子照相作为一种常规的无损检测方法已经确立。
在众多学科研究和工业领域有着广泛和重要的应用。
1 中子照相的原理和装置111 中子照相的原理中子照相是基于射线穿过物体时会发生衰减的基本原理。
当中子入射到待照的样品后,由于中子与样品中的原子核发生相互作用(散射和核反应),透射中子的强度和空间分布将发生变化(见图2),71二○○四年·第五期新技术应用图2 中子照相原理示意图 I x =I 0e -μX B (E ,Z ,μx )(1)式中,I 0为射线入射强度,I x 为射线出射强度,μ=n σ物质的射线线性吸收系数,n 物质的核密度,σ物质核的中子全截面,B (E ,Z ,μx )物质的中子散射积累因子。
因为不同的材料对中子束有不同的衰减特性,这种作用的强弱与发生作用局部区域中样品所包含材料的性质(组成元素、密度、空穴等)有关,所以透射中子束即包含样品内部成分和结构的信息,再利用特定的技术和相关的影像技术,将透射中子注量率I x 的空间分布显示出来,就可获得待照样品内部所含材料的空间分布、密度变化、各种缺陷的综合信息,这就是中子照相的基本原理。
112 中子照相的装置中子照相系统的构成主要有三大部件:中子源2准直器2像探测器系统(包括中子转换屏),其基本部件(见图3)。
如何构成这个系统有许多种方案可供选择,它们的性质不同,投资费用不同,应用范围也有很大的不同。
图3 中子照相装置示意图2 中子照相系统的主要部件及相关技术中子按能量的不同可分为:冷中子、热中子、共振中子、快中子等。
其中热中子照相分辨率高,目前在中子照相中应用最为普遍,技术也比较成熟。
但热中子只能穿透较薄的金属层,对于象炮弹这样的物体,就难以得到清晰的图像。
快中子可以穿透较厚的金属层,故快中子照相在这方面可以弥补热中子的不足。
但快中子照相的分辨率较热中子要差一些,快中子照相因为它独特的优点和实际的需要近年来也取得了很大的发展和广泛的应用,成为中子照相的一个热点。
在一些特殊情况下,超热中子照相和冷中子照相也有其独特的优点。
构成不同能量的中子照相系统,所包含的部件及相关技术都不尽相同,但共同的主要组成部分为中子源、准直器和像探测器。
这三部分也称为中子照相的三要素,选择这些基本部件各自的性能特点,再加上一些各自的专有装置,如热中子照相系统的慢化体等,就组合成适用于不同应用要求的热中子、快中子、冷中子照相系统等。
以下分别对这些主要部件及相关技术就应用最为广泛的热中子和快中子照相为例进行介绍:211 中子源能产生自由中子的装置称为中子源。
作为中子照相的中子源主要有四种:反应堆中子源、加速器中子源、中子管中子源和同位素中子源。
21111 反应堆中子源 以235U 为燃料的热中子反应堆中子能谱为裂变谱,可引出能量在01005eV 到0105eV 的之间高通量的热中子束,引出孔热中子可达106～108n/cm 2·s -1,是当代进行热中子照相并能获取高精度影像最强的热中子源,是目前能实现快速实时成像的最强的热中子源。
但造价高,运行费用也高,设备庞大和昂贵,只能依托大型的反应堆建造热中子照相系统,缺乏灵活性。
堆中子源也包含一定的快中子成分,采用一定的技术也可提取快中子束。
但这种快中子束的能谱不单一,靶点大,γ射线成分高,所以不是理想的快中子照相的中子源。
21112 加速器中子源和中子管中子源 采用核反应产生单能或连续能谱的快中子,用于静电加速器和RFQ 直线等加速器等产生中子的核反应有:D (d ,n );T (d ,n );9Be (d ,n );9Be (p ,n )等。
倍加器中子发生器和中子管中子源主要采用D (d ,n ),T (d ,n )反应产生快中子。
目前RFQ 直线加速器最大快中子产额可达1013/s.4π。
中子管中子源主要利用T (d ,n )产生14MeV 快中子,当前国际上可用于中子照相的中子管最大快中子产额接近1011/s.4π。
使用寿命超过500h 。
加速器和中子管中子源产生的快中子束可直接用于快中子照相,加速器快中子源由于快中子产额高,中子靶点小(接近点源)不需要特殊的中子准直系统,是进行快中子照相首选的快中子源。
除堆中子源外,所有上述的快中子源用于热中子照相时,这些源发出的快中子必须经过慢化才可得到热中子。
81现代仪器二○○四年·第五期加速器源用于热中子照相,与反应堆中子源相比,虽然源的强度稍低,但造价低、安全性好,有一定的灵活性,因此便于推广。
与中子管中子源相比,源的强度高、使用寿命长,但移动性稍差。
将中子管中子源快中子慢化为热中子后实现热中子照相,有利于建立可移动式的紧凑型中子照相装置。
21113 同位素中子源 常用于中子照相的同位素252C f(锎)是一种自发裂变中子源,平均中子能量为2116MeV,252C f中子源寿命为2165年。
它是一种极紧凑,中子产额较高的同位素中子源,可是目前全世界252C f的产量很少(每年不过几克),价格昂贵,很难得到中子产额超过109n/s.4π的252C f中子源。
而且它的寿命比较短,运输、贮存等安全问题严重。
所以紧凑型热中子照相装置的配套中子源已多采用紧凑型中子管。
212 慢化体其功能是将快中子慢化为热中子,同时尽量提高热化效率,经慢化后,产生一个峰热中子所消耗的源中子数称为热化系数,它反映对源中子的利用效率,其大小主要与慢化体材料有关,要求当快中子与慢化剂的原子核作用时损失能量大,被吸收的几率小,常用于慢化中子的慢化体多为富氢的材料如:重水、普通水、石腊、聚乙烯等。
当然源中子的能谱和慢化装置的几何结构也是影响慢化效率的重要因素。
一般采用蒙特卡罗方法及相应的程序,如mcnp 程序进行慢化体物理上的初步优化设计,结合实验对工程设计进行调整从而获得最佳的慢化装置。
213 中子准直器中子照相中要求投射到待照样品的中子束尽可能为均匀分布的平行束,中子准直器就是为达这一目的关键部件。
作为热中子照相,为从反应堆孔道或加速器中子照相系统的慢化装置中提取平行度好的均匀热中子束,必须配备相应的热中子准直器,常见的中子准直器有圆管型、多束圆管型、多束平板型、发散型等。
加速器中子照相系统,一般采用发散型准直器,当准直器入口直径为D,长度为L的准直孔道引出中子束,定义L/D为准直比。
准直比愈大提取的热中子束的平行度愈好,对于加速器热中子照相系统的准直器的准直比,一般在20～100之间,对于反应堆热中子照相系统的准直器的准直比可达100～500。
准直比越大则图像的几何分辨率越好,但同时中子通量则会越小,所以要根据应用的需要和中子源的实际情况,综合考虑设计准直比的大小。
加速器快中子源近似于点源,当待照样品距中子靶一定距离时,可获得平行度和均匀性极好的中子束。
因此进行快中子照相不需要设计特殊的中子准直器。
214 转换屏探测透过样品的中子空间分布的关键部件为位置灵敏中子探测器,在中子照相技术中称为中子转换屏。
由于中子不能被胶片等像探测器直接探测,因此研制和选择合适的转换屏是十分关键的。
它的好坏对中子照相的性能有决定性的影响,中子转换屏中含有中子转化物质和荧光物质,中子转化物质可吸收热中子或快中子通过相互作用后放出α、β或γ射线或反冲质子。
这些次级射线或荷电粒子,使荧光物质发光,从而产生可被探测的物质影像。
对应不同类型的中子照相系统,中子与转换屏的作用机理不完全相同,在此仅介绍热中子和快中子转换屏。
21411 适合热中子照相的中子转换物质主要有两类 热中子照相可采用直接曝光和间接曝光获取中子空间分布的影像,因此适合热中子照相的中子转换物质主要有两类。
(1)含锂、硼、镉和钆与萤光材料均匀混合制作的热中子转换屏,配合高灵敏的感光胶片或其他数码成像技术(CC D,IP板)直接获取中子空间分布的影像。