專利名稱：用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及中子共振透射譜測溫中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
脈沖中子束(能量 eV)通過樣品時，滿足一定能量要求的中子被樣品中的特定重金屬核俘獲形成激發(fā)態(tài)的復(fù)合核。置于樣品后面的探測器記錄中子的飛行時間譜，譜中的共振能級位置將出現(xiàn)凹陷。對于特定的吸收核同位素，其共振特征(包括寬度和深度等) 是唯一的。除了依賴于本征性質(zhì)外，共振吸收譜的形狀依賴于多普勒展寬效應(yīng)，即熱運動造成的靶核速度分布或晶格振動模式的影響，通過對中子的共振譜擬合可求得被測樣品的溫度。除了本身的展寬和溫度的因素外，影響線形的主要因素還有1.從中子源中出來的脈沖中子是經(jīng)過慢化劑減速成的過熱中子(印ithermal neutron, I-IOOeV)?？熘凶釉诼瘎┲杏捎诤洼p元素核的碰撞而減速，基于統(tǒng)計的考慮，不同的中子會在不同的地方減速，使得從慢化劑出射的中子即使是同一能量也不一定在同一時刻逸出，這樣，入射到靶之前的中子在時間上存在一個分布，會使峰變寬，變鈍?？梢詫⑦@種影響加入到儀器分辨函數(shù)的展寬中去。2.使用閃爍體作為探測中子的儀器，當中子與探測器作用時，閃爍體放出熒光信號， 但在后面的時間里，還會有熒光放出，這就使得計數(shù)上疊加了積累的熒光背景，使得計數(shù)升高。可以看出，從實驗上要盡量減少這種因素，就要求用于探測的閃爍體有很快的衰減時間，能級結(jié)構(gòu)簡單，雜質(zhì)能級少。3.樣品厚度的影響。忽略中子速度在樣品中的變化，利用常用的e-指數(shù)形式來進行考慮。4.電子儀器的時間滯后。以上的影響最好都以單獨的形式進行考慮，這樣一方面可以明晰各因素對線形的影響方式，也可以將它們分離出去，單純的考察溫度對線形造成的影響。中子共振測溫具有以下主要優(yōu)點1.比較光學(xué)測溫方法， 可以測量內(nèi)部溫度，且可避免數(shù)據(jù)處理與樣品的不透明帶來的限制；2.可以將特定的金屬微量的注入樣品的指定區(qū)域，在測量溫度的同時，對樣品本身造成影響非常??；3.為遠距測溫，不需要與樣品接觸。4.無需校準，且測溫范圍很大。為了通過對實驗中的中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行分析從而得到測試樣品的溫度值， 需要對數(shù)據(jù)進行處理；為了提高測溫精度，需要對不同實驗條件進行模擬研究；為了實驗人員使用簡單方便，數(shù)據(jù)分析軟件需要具有圖形界面功能。迄今為止，國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究處于起步狀態(tài)，國內(nèi)外還未見有針對該特定領(lǐng)域的實驗?zāi)M和數(shù)據(jù)處理的計算機軟件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)和方法，以滿足上述需求。為了達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括擬合分析模塊，用于基于各種共振截面模型、各種晶體模型以及實驗條件描述的中子共振透射譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合；面積法分析求解模塊，用于構(gòu)建中子共振透射譜的時間尺度下的面積函數(shù)，利用該面積函數(shù)對樣品自遮蔽系數(shù)進行定標，對樣品溫度進行求解；優(yōu)化厚度求解模塊，用于對應(yīng)溫度誤差最小的樣品最佳厚度的求解；溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬模塊，用于對共振位的溫度誤差及不同能量處的溫度靈敏度進行求解。其中，該擬合分析模塊基于有效自由氣體模型、諧振晶體模型、愛因斯坦晶格振動模型、擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型、德拜晶格振動模型進行運算；采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布以及高斯函數(shù)描述探測儀器分辨函數(shù)，或者采用，6重自由度的 χ 2"分布函數(shù)描述的慢化劑出射中子的時間展寬，以及e指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器。其中，該面積法分析求解模塊根據(jù)飛行時間數(shù)據(jù)、透射數(shù)據(jù)、參量輸入、參量注釋、 溫度、對應(yīng)溫度下的自遮避系數(shù)值，利用時間尺度下的面積函數(shù)求解得到樣品溫度值。其中，該優(yōu)化厚度求解模塊采用數(shù)值算法求得某一共振位在一定溫度時，不同樣品厚度下的溫度誤差值，從而得到對應(yīng)溫度誤差最小的優(yōu)化厚度值。其中，該溫度誤差模塊運用數(shù)值計算方法求解某一共振位不同能量處的溫度靈敏度，以及整體溫度誤差值。其中，該系統(tǒng)還包括擴展功能模塊用于對某一中子實驗線的慢化參數(shù)及探測器各個熒光成分進行初步標定，其中該模塊在已知用于產(chǎn)生中子的質(zhì)子脈沖峰型和探測時間道寬的情況下，采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過擬合處理實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)，可得到本底比例和整套的慢化參數(shù)，利用以上獲得的慢化參數(shù)，通過對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)的優(yōu)化擬合，得到探測器的不同熒光成分參數(shù)值。本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的方法，包括擬合分析，基于各種共振截面模型、各種晶體模型以及實驗條件描述的中子共振透射譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合；面積法分析求解，利用該面積函數(shù)對樣品自遮蔽系數(shù)進行定標，對樣品溫度進行求解；優(yōu)化厚度求解，對應(yīng)溫度誤差最小的樣品最佳厚度的求解；溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬，對共振位的溫度誤差及不同能量處的溫度靈敏度進行求解。其中，該擬合分析步驟基于有效自由氣體模型、諧振晶體模型、愛因斯坦晶格振動模型、擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型、德拜晶格振動模型進行運算，采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布以及高斯函數(shù)描述探測儀器分辨函數(shù)，或者采用，6重自由度的 χ 2"分布函數(shù)描述的慢化劑出射中子的時間展寬，以及e指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器。其中，該面積法分析求解步驟中，根據(jù)飛行時間數(shù)據(jù)、透射數(shù)據(jù)、參量輸入、參量注釋、溫度、對應(yīng)溫度下的自遮避系數(shù)值，利用時間尺度下的面積函數(shù)求解得到樣品溫度值。其中，該優(yōu)化厚度求解步驟采用數(shù)值算法求得某一共振位在一定溫度時，不同樣品厚度下的溫度誤差值，從而得到對應(yīng)溫度誤差最小的優(yōu)化厚度值。其中，該溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬步驟運用數(shù)值計算方法求解某一共振位不同能量處的溫度靈敏度，以及整體溫度誤差值。其中，該方法還包括擴展處理步驟，對某一中子實驗線的慢化參數(shù)及探測器各個熒光成分進行初步標定，其中在已知用于產(chǎn)生中子的質(zhì)子脈沖峰型和探測時間道寬的情況下，采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過擬合處理實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)，可得到本底比例和整套的慢化參數(shù)，利用以上獲得的慢化參數(shù)，通過對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)的優(yōu)化擬合，得到探測器的不同熒光成分參數(shù)值。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的特點是提供一種包含了多個功能模塊的實驗數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)的不同功能模塊，可對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行多種方法的處理分析獲得樣品溫度等關(guān)鍵參數(shù)值，也可對共振測溫實驗進行數(shù)值模擬，以優(yōu)化實驗方案。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖。圖2是本發(fā)明的方法的流程圖。圖3是計算實驗透射譜下面積值所需要的特征量曲線圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所述，一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)100，其特征在于，該系統(tǒng)100包括擬合分析模塊110，用于基于各種共振截面模型、各種晶體模型以及實驗條件描述的中子共振透射譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合；面積法分析求解模塊120，用于構(gòu)建中子共振透射譜的時間尺度下的面積函數(shù)，利用該面積函數(shù)對樣品自遮蔽系數(shù)進行定標，對樣品溫度進行求解；優(yōu)化厚度求解模塊130，用于對應(yīng)溫度誤差最小的樣品最佳厚度的求解；溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬模塊140，用于對共振位的溫度誤差及不同能量處的溫度靈敏度進行求解。其中，該擬合分析模塊110基于有效自由氣體模型、諧振晶體模型、愛因斯坦晶格振動模型、擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型、德拜晶格振動模型進行運算，采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布以及高斯函數(shù)描述探測儀器分辨函數(shù)，或者采用，6重自由度的χ 2_分布函數(shù)描述的慢化劑出射中子能量分布，以及e指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器。其中，包括如下組合方式1)采用愛因斯坦晶格振動模型，有效自由氣體模型(EFGM)，冪函數(shù)描述的入射中子束的能量分布，以及高斯函數(shù)描述的探測器分辨率函數(shù)，對中子共振透射譜進行模擬；對中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合?？梢赃x用多種擬合模式溫度單變量擬合可得到實驗樣品溫度；分步擬合用于在已知實驗溫度的情況下，對實驗參數(shù)，即入射中子能量分布，探測器分辨寬度以及樣品核數(shù)密度進行標定；手動擬合用于對以上兩種擬合模式中的所有參數(shù)進行擬合。2)采用愛因斯坦晶格振動模型，有效自由氣體模型，6重自由度的X2-分布函數(shù)描述的慢化劑出射中子的時間展寬，以及e指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器， 對中子共振透射譜進行模擬；對中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合。用戶可以選用多種擬合模式溫度單變量擬合可得到實驗樣品溫度；手動擬合用于對樣品溫度和實驗參數(shù)，即慢化劑參數(shù)與探測器熒光成分進行擬合。3)采用擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型代替以上1)中的愛因斯坦晶格振動模型，該模型描述晶體振動的雙特征頻率，以及這兩個頻率各自的權(quán)重。
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4)采用擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型代替以上2)中的愛因斯坦晶格振動模型。5)采用德拜晶格振動模型代替以上1)中的愛因斯坦晶格振動模型，其中該模型描述晶體振動的頻率譜(準連續(xù)值)，以及各個頻率對應(yīng)的權(quán)重。6)采用德拜晶格振動模型代替以上2)中的愛因斯坦晶格振動模型。7)采用諧振晶體模型(HCM)代替以上1)中的有效自由氣體模型，該模型在運算時考慮多聲子項的貢獻。8)采用諧振晶體模型代替以上2)中的有效自由氣體模型。9)采用諧振晶體模型代替以上3)中的有效自由氣體模型。10)采用諧振晶體模型代替以上4)中的有效自由氣體模型。11)采用諧振晶體模型代替以上5)中的有效自由氣體模型。12)采用諧振晶體模型代替以上6)中的有效自由氣體模型。對于有效自由氣體模型，溫度較高時，該模型自動過渡成為自由氣體模型 FGM(Free GasModel)。例如，對于高的Debye溫度400K，室溫300K時，采用FGM代替EFGM， 實際溫度和有效溫度的相對差別< 2%0。對于晶體全諧振模型，該模型用于描述晶體中鍵能不能忽略的情況；該模型下的中子共振截面首項為EFGM描述的截面，其它項由系數(shù)和包含Hermite多項式的積分組成， 這些系數(shù)都與溫度的高次項成反比，Hermite多項式對應(yīng)一些聲子過程，其起伏比系數(shù)小一個量級以上，因此，當溫度較高時，HCM自動過渡為EFGM。對于愛因斯坦模型，當中子共振自然展寬較Debye頻率(能量單位)為大時，可忽略低頻模對共振譜型的影響而采用該模型描述晶格。對于實際的測溫實驗，幾十K以上皆可采用該模型。分步擬合是指首先已知準確溫度擬合實驗描述參數(shù)(入射中子能量分布參數(shù)， 靶核密度，儀器分辨率寬度)，在以后的擬合中固定這些參數(shù)，擬合溫度值。手動擬合是對所有參數(shù)(包括實驗描述參數(shù)和溫度)同時進行擬合。具體示例如下實驗環(huán)境1 采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布
權(quán)利要求
1.一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括擬合分析模塊，用于基于各種共振截面模型、各種晶體模型以及實驗條件描述的中子共振透射譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合；面積法分析求解模塊，用于構(gòu)建中子共振透射譜的時間尺度下的面積函數(shù)，利用該面積函數(shù)對樣品自遮蔽系數(shù)進行定標，對樣品溫度進行求解；優(yōu)化厚度求解模塊，用于對應(yīng)于溫度誤差最小的樣品最佳厚度的求解；溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬模塊，用于對共振位的溫度誤差及不同能量處的溫度靈敏度進行求解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該擬合分析模塊基于有效自由氣體模型、 諧振晶體模型、愛因斯坦晶格振動模型、擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型、德拜晶格振動模型進行運算；采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布以及高斯函數(shù)描述探測儀器分辨函數(shù)，或者采用，6重自由度的χ2-分布函數(shù)描述的慢化劑出射中子能量分布，以及e 指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該面積法分析求解模塊根據(jù)飛行時間數(shù)據(jù)、透射數(shù)據(jù)、參量輸入、參量注釋、溫度、對應(yīng)溫度下的自遮避系數(shù)值，利用時間尺度下的面積函數(shù)求解得到樣品溫度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該優(yōu)化厚度求解模塊采用數(shù)值算法求得某一共振位在一定溫度時，不同樣品厚度下的溫度誤差值，從而得到對應(yīng)溫度誤差最小的優(yōu)化厚度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該溫度誤差模塊運用數(shù)值計算方法求解某一共振位不同能量處的溫度靈敏度，以及整體溫度誤差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括擴展功能模塊用于對某一中子實驗線的慢化參數(shù)及探測器各個熒光成分進行初步標定，其中該模塊在已知用于產(chǎn)生中子的質(zhì)子脈沖峰型和探測時間道寬的情況下，采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過擬合處理實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)，可得到本底比例和整套的慢化參數(shù)，利用以上獲得的慢化參數(shù)，通過對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)的優(yōu)化擬合，得到探測器的不同熒光成分參數(shù)值。
7.一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的方法，包括擬合分析，基于各種共振截面模型、各種晶體模型以及實驗條件描述的中子共振透射譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合；面積法分析求解，利用該面積函數(shù)對樣品自遮蔽系數(shù)進行定標，對樣品溫度進行求解；優(yōu)化厚度求解，對應(yīng)溫度誤差最小的樣品最佳厚度的求解；溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬，對共振位的溫度誤差及不同能量處的溫度靈敏度進行求解。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該擬合分析步驟基于愛因斯坦晶格振動模型、有效自由氣體模型、擴展Nernst-Lindemarm晶格振動模型、德拜晶格振動模型、諧振晶體模型計算，采用冪函數(shù)形式描述入射中子的能量分布以及高斯函數(shù)描述探測儀器分辨函數(shù)，或者采用，6重自由度的χ 2-函數(shù)描述的慢化劑出射中子的時間展寬，以及e指數(shù)多項式描述的具有多熒光信號的探測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該面積法分析求解步驟中，根據(jù)飛行時間數(shù)據(jù)、透射數(shù)據(jù)、參量輸入、參量注釋、溫度、對應(yīng)溫度下的自遮避系數(shù)，利用時間尺度下的面積函數(shù)求解得到樣品溫度值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該優(yōu)化厚度求解步驟采用數(shù)值算法求得某一共振位在一定溫度時，不同樣品厚度下的溫度誤差值，從而得到對應(yīng)溫度誤差最小的優(yōu)化厚度值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬步驟運用數(shù)值計算方法求解某一共振位不同能量處的溫度靈敏度，以及整體溫度誤差值。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11任一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括擴展處理步驟， 對某一中子實驗線的慢化參數(shù)及探測器各個熒光成分進行初步標定，其中在已知用于產(chǎn)生中子的質(zhì)子脈沖峰型和探測時間道寬的情況下，采用數(shù)值優(yōu)化方法，通過擬合處理實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)，可得到本底比例和整套的慢化參數(shù)，利用以上獲得的慢化參數(shù)，通過對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)的優(yōu)化擬合，得到探測器的不同熒光成分參數(shù)值。
全文摘要
一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括擬合分析模塊、面積法分析求解模塊、優(yōu)化厚度求解模塊、溫度靈敏度與誤差數(shù)值模擬模塊、以及擴展功能模塊。應(yīng)用該系統(tǒng)可對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行多種方法的處理分析獲得樣品溫度等關(guān)鍵參數(shù)值，也可對共振測溫實驗進行數(shù)值模擬，以優(yōu)化實驗方案。本發(fā)明還公開了一種用于中子共振透射譜測溫數(shù)據(jù)處理分析的方法。使用本發(fā)明系統(tǒng)的不同功能模塊，可對實驗中子共振透射譜數(shù)據(jù)進行多種方法的處理分析，獲得樣品溫度等關(guān)鍵參數(shù)值，也可對共振測溫實驗進行數(shù)值模擬，以優(yōu)化實驗方案。
文檔編號G01K11/30GK102466527SQ201010533348
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者倪晨, 劉小林, 劉波, 方弘, 顧牡, 黃世明 申請人:同濟大學(xué)