Новая термография с использованием анализа неупругого рассеяния длины волны.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 688 (2023) Цитировать эту статью

1281 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Термография с использованием энергозависимой визуализации передачи нейтронов может неинвазивно и неразрушающе визуализировать распределение внутренних температур материала в контейнере в реальном пространстве. Ранее были разработаны анализ расширения резонансного поглощения и анализ брэгговского сдвига с использованием пропускания нейтронов с энергетическим разрешением, однако остаются некоторые проблемы, например, эффективность визуализации, ограничение количества веществ и температурная чувствительность. По этой причине мы предлагаем новую нейтронную термографию, использующую температурную зависимость неупругого рассеяния холодных нейтронов. Этот метод имеет некоторые преимущества, например, высокая эффективность визуализации, поскольку холодные нейтроны измеряются с умеренным разрешением по длине волны, а легкие элементы в принципе можно анализировать. Мы исследовали возможность использования этой новой нейтронной термографии на импульсных нейтронных времяпролетных приборах для визуализации в ISIS в Великобритании и HUNS в Японии. Программа анализа спектра пропускания типа Ритвельда (RITS) использовалась для уточнения параметров температуры и смещения атомов на основе анализа сечения неупругого рассеяния. Наконец, мы продемонстрировали внутреннюю термографию образца α-Fe толщиной 10 мм внутри вакуумной камеры с использованием детектора временипролетной визуализации нейтронов на компактном импульсном источнике нейтронов с ускорителем HUNS.

Ожидается, что нейтронная термография с использованием энергозависимой визуализации передачи нейтронов станет новым методом дистанционного зондирования, который сможет измерять пространственное распределение внутренних температур по большому веществу неинвазивным и неразрушающим способом. На данный момент методы эпитепловой нейтронно-резонансной абсорбционной термометрии/термографии с использованием ядерного эффекта Доплера были разработаны как первый тип нейтронной термометрии с использованием нейтронной визуализации с энергетическим разрешением1,2,3,4,5,6,7. Этот метод имеет некоторые проблемы, поскольку спектроскопия поглощения эпитепловых нейтронов с энергетическим разрешением имеет низкую статистику с точки зрения количества нейтронов, поскольку метод времени пролета (TOF) требует тонкой ширины TOF-канала в диапазоне наносекунд. Эффективность регистрации эпитепловых нейтронов ниже, чем медленных нейтронов, из-за закона поглощения нейтронов 1/v. Измерения температуры с помощью резонансного анализа невозможны для некоторых нуклидов, которые не демонстрируют сепарабельных нейтронно-ядерных резонансов. С другой стороны, передача нейтронов по Брэггу с использованием TOF-анализа тепловых или холодных нейтронов также может рассматриваться для нейтронной термометрии8,9,10,11. Этот метод использует тепловое расширение кристаллической решетки и анализирует брэгговские сдвиги длины волны, которые отражают параметры решетки. Однако оценка сдвига края Брэгга требует высокого разрешения по длине волны нейтронов, лучше 1%, и времяпролетного анализа в значительном диапазоне десятков микросекунд. Кроме того, эффективность экспериментальной визуализации низка, и метод ограничен кристаллическими материалами с брэгговскими краями в спектре пропускания нейтронов.

Мы разработали новую нейтронную термографию с использованием TOF-анализа холодных нейтронов в качестве третьего типа нейтронной термометрии с использованием энергозависимой визуализации пропускания нейтронов. Эта новая нейтронная термография основана на анализе неупругого рассеяния холодных нейтронов12, которые имеют более низкую энергию, т.е. более длинные волны, чем нейтроны, захваченные в резонанс и дифрагированные по Брэггу нейтроны. Для холодных нейтронов эффективность регистрации повышается, а анализ профиля неупруго рассеянных нейтронов не требует высокого разрешения по длине волны и тонкого времяпролетного анализа, последние из которых являются необходимыми условиями для анализа профиля брэгговских краев и пиков резонансного поглощения. По этим причинам новая нейтронная термография может выполняться на нейтронных установках с относительно низкой интенсивностью, таких как компактные импульсные источники нейтронов с ускорительным приводом13,14, и на нейтронных установках с относительно низким энергетическим разрешением, таких как приборы энергоселективной нейтронной визуализации, которые не используют метод TOF15. ,16,17. Одним из преимуществ этой новой термометрии является то, что ее можно применять к ряду материалов и в принципе при отсутствии пиков нейтронного резонансного поглощения.