第十七届全国科学计算与信息化会议暨智慧科研论坛

基于Geant4的中子慢化准直系统设计

Not scheduled

15m

核能安全研究所 (中国-合肥)

Speaker

Mr Baochen Wang (University of Science and Technology of China)

Description

(征文范围：4.数据处理与分析方法) 关联成像是新兴的量子信息与成像光学的交叉前沿热点，中子关联成像在理论上被证明可以实现。中子关联成像要求中子处于热中子能区且能达到一定的通量。为了得到一定通量的热中子束流，就需要对中子源产生的14MeV热中子束流进行慢化并进入准直系统。 如果用实验室试验的方法来研究中子与材料的相互作用，既需要耗费大量的实验材料，又需要进行长期的多次的实验。这样的方法不仅效率低下，需要大量的人力物力，而且数据的获取和处理分析任务也很繁重，并且会在试验过程中受到种种不利因素的影响，导致结果不够理想和准确。而应用基于蒙特卡洛方法的Geant4应用程序包在计算机上做模拟实验来研究材料的慢化效率，就可以省去进行长期、多次实验的过程，直接就不同情况得到相应的模拟结果，并且结果也比较准确。 利用Geant4仿真工具，对不同材料对中子的慢化能力进行仿真，以确定慢化层的结构。最终仿真结果：铅可以很快地将14MeV的快中子慢化至1MeV能级，慢化效率随厚度增加呈先增后减趋势，存在最佳慢化厚度；聚乙烯的慢化效率与厚度和密度有关，若用于慢化1MeV能级的中子时，慢化效率比直接慢化14MeV的快中子要高。最终选取铅和聚乙烯组合作为慢化层材料。 准直系统需要完成准直的功能，因此准直通道的外壁材料应能够尽量多地反射中子，使中子能够一直在孔道中行进。利用Geant4仿真工具，对不同材料对中子的反射能力进行仿真，发现铝、铅等材料对中子有不同程度的反射能力。其中，铅对中子的反射能力已经通过实验得到验证。因此准直通道采用铝、铅组合的材料构成。 中子慢化准直系统主要由以上慢化部分和准直部分组成，最终准直通道出射的热中子束的通量可以满足实验研究的需求。同时这一结构仍有改善的余地，今后将对这一结构继续进行改进。