基于先进神经网络的PGNAA元素成分高精确度分析方法研究

PGNAA technology is a kind of typical nuclear analysis technology. Higher precision and accuracy of material element composition analysis technology based on PGNAA are required by modern industrial production enterprises. In order to improve the precision and accuracy of the elements composition analysis based on the technology of PGNAA, this subject will study the physical mechanism of single element characteristics influence each other. Then single element standard spectrum without background effect is got to remove the background of the multi-element composition spectrum. Subsequently an advanced neural network technology is used in full spectrum resolution and the analysis of element component content for the corrected multi-element composition spectrum. This new method of material element composition analysis based on PGNAA constructed in the subject will improve precision and accuracy of the elements composition analysis. The results of this project will provide support of physical mechanism, complete physical model and rapid data analysis method with high precision and accuracy for improving the level of PGNAA industrial material composition test.

PGNAA技术是一种具有代表性的核分析技术，现代化的工业生产企业对基于PGNAA技术的物料元素成分分析的精密度与准确度提出了更高的要求。为了提高基于PGNAA技术的元素成分分析精密度及准确度，本课题在探究PGNAA技术用于元素分析时所面对的单元素特征谱相互影响的物理机制的基础上，通过构建去除背景影响的单元素标准能谱，对多元素组分能谱进行去除背景影响修正，而后利用先进的神经网络技术对修正后的多元素能谱进行进行全谱的解谱和元素成分含量分析，从而构造基于PGNAA技术的工业物料元素成分分析新方法，提高元素分析的精密度及准确度。该项目的研究结果将为提高PGNAA工业物料成分检测水平提供物理机制的支撑、完整的物理模型以及简单快速高精密度及准确度的数据分析方法。

瞬发伽马射线中子活化分析（Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis，PGNAA）技术由于具有非破坏性、多元素同时分析、在线原位测量等特点，其针对工业物料检测具有巨大优势。本项目针对大体积样品测量，对提高PGNAA技术元素成分分析结果的精密度和精确度进行了研究分析，开展了以下工作：模拟优化了一套PGNAA装置；分析了伽马能谱复杂性的形成机理并建立标准单元素谱获取方法；针对工业物料测量结果结合神经网络对PGNAA测量结果进行分析。项目按照原计划顺利进行，取得以下主要研究进展：（1）利用一枚Cf-252中子源和BGO探测器，基于信噪比最大化利用蒙特卡罗软件优化设计了一套内置式中子元素分析仪；（2）从PGNAA测量的基础原理出发，针对样品的复杂伽马能谱形成物理机制进行分析，在装置信噪比足够大的情况下，对样品中子自屏蔽进行修正，建立标准单元素谱获取方法；（3）对前期工作中的工业物料在线分析仪器结构进行优化调整并对水泥样品进行测量，利用神经网络方法对测量结果进行分析，其结果准确度和精密度得到提升。通过这些研究，揭示了PGNAA技术中测量过程中复杂伽马能谱形成的物理机制，并构建了标准化单元素谱的获取方法，为后续深入研究基于PGNAA技术的新型在线检测仪及其他装置设计提供了必要的实验和理论基础。本项目实施期间以共发表SCI论文4篇；授权发明专利1项；共培养3名研究生，其中2名研究生已经完成学位论文答辩；在国内学术会议做报告2次。