慣性約束聚變中的快中子半影成像研究.pdf

1、在解決能源危機(jī)和國(guó)防方面的重要作用，使得慣性約束聚變受到各國(guó)的普遍重視。慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)中，驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)聚變靶丸內(nèi)爆，內(nèi)爆過(guò)程中燃料的流體力學(xué)不穩(wěn)定性和冷熱燃料的混合有可能導(dǎo)致靶丸點(diǎn)火失敗，這些問(wèn)題都和驅(qū)動(dòng)源的不均勻性密切相關(guān)。驅(qū)動(dòng)源對(duì)靶丸的壓縮情況將最終反映到靶丸熱核反應(yīng)區(qū)的形狀上，因而可以通過(guò)熱核反應(yīng)區(qū)的形狀來(lái)研究驅(qū)動(dòng)源對(duì)稱(chēng)性對(duì)靶丸內(nèi)爆過(guò)程的影響。作為熱核反應(yīng)產(chǎn)物的快中子直接從熱核反應(yīng)區(qū)發(fā)出，由于它們不帶電、射程長(zhǎng)，出射過(guò)程中基本不受

2、干擾，人們可以利用它們對(duì)反應(yīng)區(qū)直接成像，從而觀察靶丸內(nèi)爆的原始情況，研究?jī)?nèi)爆成敗的起因。 通過(guò)中子成像技術(shù)可以對(duì)靶丸內(nèi)爆過(guò)程中的熱核反應(yīng)區(qū)進(jìn)行成像。中子產(chǎn)額較低時(shí)，中子成像技術(shù)宜采用中子半影成像方式。為配合我國(guó)神光-Ⅲ重點(diǎn)工程的建設(shè)，中子半影成像作為將來(lái)神光-Ⅲ打靶試驗(yàn)的一項(xiàng)重要診斷手段，一些前期準(zhǔn)備工作有待完成，本論文工作正是基于這個(gè)目的開(kāi)展的。中子半影成像技術(shù)包括兩方面工作內(nèi)容：裝置搭建和反演程序編寫(xiě)。反演程序方面，目前普遍

3、采用線性反演方法(如維納濾波反演方法)；但該方法對(duì)成像過(guò)程進(jìn)行的線性近似，往往會(huì)引起反演結(jié)果的嚴(yán)重畸變。最近，通過(guò)引入虛原子和虛團(tuán)簇的概念，分子動(dòng)力學(xué)方法被用到放射調(diào)強(qiáng)治療計(jì)劃優(yōu)化上，得到了很好的結(jié)果。而中子半影成像反演實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題，同樣通過(guò)引入虛原子、虛團(tuán)簇的概念，可以將分子動(dòng)力學(xué)方法運(yùn)用到中子半影成像反演上來(lái)，我們成功地完成了中子半影成像分子動(dòng)力學(xué)方法反演程序的編寫(xiě)，并通過(guò)該方法對(duì)不同噪聲水平的模擬中子半影像進(jìn)行了反演

4、，很快地得到了合適的物理解。采用該方法本論文得到了20微米空間分辨率的中子源像，并配合蒙特卡洛方法對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了一些討論。本論文重點(diǎn)介紹介紹分子動(dòng)力學(xué)方法在中子半影成像反演方面的運(yùn)用，第一章主要介紹該論文的研究背景，第二章介紹中子半影成像的原理，第三、四章通過(guò)比較維納濾波反演方法和分子動(dòng)力學(xué)方法，重點(diǎn)介紹分子動(dòng)力學(xué)方法在反演中子半影像方面的一些優(yōu)勢(shì)；并通過(guò)該方法對(duì)裝置進(jìn)行了一些討論，還討論了指向精度和中子產(chǎn)額對(duì)裝置半影像反演結(jié)果的影響