能量选择法中子照相技术.PDF

第 38 卷 第 5 期 核 技 术 Vol.38, No.5 2015 年 5 月 NUCLEAR TECHNIQUES May 2015 能量选择法中子照相技术 王 雨 王洪立 贺林峰 魏国海 郝丽杰 刘蕴韬 韩松柏 陈东风 （中国原子能科学研究院核物理研究所 北京 102413 ） 摘要 能量选择中子照相是近年来新兴的中子照相技术，具有广泛的潜在应用前景。介绍了能量选择中子照 相技术的基本原理，比较分析了机械速度选择器法、双晶单色器法、飞行时间法以及超镜和晶体过滤器结合 法 4 种获取单色中子束的方法。介绍了能量选择中子照相技术在增强图像对比度、应力测量、织构分析以及 相变过程研究等方面体现的优异特性和应用潜力。 关键词 中子照相，能量选择，应力，织构，相变 中图分类号 TL99 ，O571.56 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.050201 传统的中子照相技术利用“白光”中子束对物 2180° ；当 2dhkl 时，2=180° ，即衍射束的方 体进行透射成像[1–6]，探测样品内部的成分和结构信 向和入射束的方向正好相反，相当于入射中子束被 息。近年来，三维断层扫描成像、实时成像、相位 直接反射回去，对应此波长会有一个最大吸收截面 衬度成像、暗场成像、极化中子成像以及能量选择 值；当2dhkl 时，将不再发生衍射，因此在吸收 成像等先进的中子照相技术[7–9]得到了快速发展。其 截面上将出现一个明显的下降边，对应着透射信号 中，能量选择照相技术利用单色中子束进行成像， 的显著增强，此现象即所谓的布拉格边效应。图 2 能够获取常规中子照相方法难以获取的信息，在众 为 Fe(bcc, fcc) 、Al 、Ni 、Cu、Zr 、Pb 等工程材料的 多领域中有着非常广泛的应用前景[10–13]，尤其适用 布拉格边效应曲线。利用布拉格边效应选择特定中 于 Fe(bcc, fcc) 、Al 、Ni 、Cu、Zr 、Pb 等具有明显布 子波长进行成像，同时配合适当的数据处理方式， 拉格边效应的工程材料。本文从基本原理、实现方 能够实现常规“白光”中子照相技术无法实现的功 法、应用领域和发展趋势等方面对该技术进行介绍 能，如提高对比度、应变/应力分布、织构测量和相 和分析。 变分析等。 1 基本原理 能量选择中子照相的光路如图 1 所示，与传统 方法相比，其最显著的特点是采用单色中子束并利 用了布拉格边效应。入射单色中子束的波长和晶格 间距dhkl 满足布拉格定律，即： 2d sin  n (1) hkl   图1 能量选择中子照相光路示意图 Fig.1 Energy selective neutron radiography schematic 图2 多晶材料 Fe(bcc, fcc) 、Al 、Ni 、Cu、Zr 、Pb 等工程 diagram. 材料的布拉格边效应 Fig.2 Bragg edge effect of the Fe(bcc, fcc), Al, Ni, Cu, Zr and 当2dhkl 时，入射束和衍射束之间的角度