水体中悬浮颗粒物的光散射特性是影响基于直接光谱法水质检测结果准确性的一个重要参数。 依据T矩阵模型, 研究了紫外-可见光照射下水体中非球形悬浮颗粒物的光散射强度特性。 以藻类和泥沙类颗粒物为例, 构造了椭球、 圆柱和广义Chebyshev三种非球形粒子光散射模型, 分析了入射光波长、 悬浮颗粒物形状、 复折射率与相对散射光强之间的关系, 计算了不同悬浮颗粒物相对散射光强随波长、 颗粒物尺寸以及旋转角变化的情况。 数值仿真结果表明, 不同种类非球形悬浮颗粒物的散射光强度均呈现出显著的变化。 在200～800 nm波长范围内, 随入射波长的增大, 粒子几何尺寸所带来影响逐渐减小, 散射特性主要由复折射率决定。 当粒子尺寸小于0.2 μm或接近1 μm时, 在入射光波长位于紫外或红外的条件下, 散射光强度较大且呈现强烈振荡; 而当粒子尺寸r=0.3~0.9 μm, 散射强度较稳定, 接近于0且受到入射光波长的干扰较小。 这可为提高紫外-可见吸收光谱法的检测精度、 抑制散射干扰提供一定依据。

针对252Cf源驱动噪声分析测量法中核材料浓度识别问题,采用压缩感知理论,在K最近邻(KNN)识别算法基础上,研究了一种基于压缩采样的K最近邻(CSKNN)分类识别方法,进而研究并分析了CSKNN方法的识别概率.实验结果表明,CSKNN分类识别方法只需少量的观测值(观测比M/N≥0.1),即可达到分类识别的目的;当信噪比提高时,识别概率将会以更快的速度收敛至100%,且对K值的敏感程度也会随之降低.这样,不仅提高了核军控核查的实时性,而且还有效降低了采样成本,为核材料浓度的在线判读提供了一种新的理论基础和实现方法.

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于区分材质细微差别的关键技术问题, 基于MARS X射线能谱CT系统, 开展了彩色CT成像技术研究。研究结果表明, 对被碘溶液腐蚀的橡胶管和注射有新型造影剂(金纳米微粒)的小老鼠进行多个X射线能量段的CT断层扫描, 提取和量化不同能量范围橡胶管投影数据和小老鼠的CT图像, 重建出橡胶管彩色投影图像和小老鼠胸腔彩色CT图像, 展现了橡胶管内部复杂结构及金纳米微粒主要集中于小老鼠胸腔上部血管的信息, 显示了X射线能谱CT刻画物质信息的细微差别能力和呈现物质不同组成成分的能力。

针对252Cf源驱动核材料产生裂变中子脉冲信号具有脉冲序列特殊的“0,1”稀疏结构之特点,采用压缩感知理论,通过巧妙引入图论中的二分图模型,同时结合二分图的最小覆盖性质,适当添加约束条件,构建了稀疏均匀的观测矩阵。研究结果表明,利用压缩感知理论对“0,1”中子脉冲序列特殊稀疏结构的信号重构算法不仅可行,而且还获得了优于l1范数最小化方法重构结果,这对252Cf驱动核材料的中子脉冲信号分析与处理提供了一种新的途径或方法。

消除浊度影响是直接光谱法检测水质COD的关键技术问题。 此源于紫外-可见光谱法检测水质参数的关键依赖于化学计量法所建立的准确的水质参数分析模型, 而浊度是影响其建模的一个重要参数。 为此, 选取福尔马肼浊度液和邻苯二甲酸氢钾标准溶液, 开展了紫外-可见吸收光谱法检测水质COD的浊度影响实验研究, 获得了选定溶液在245, 300, 360和560 nm几个特征波长点的吸光度随浊度变化的最小二乘法拟合曲线, 分析了吸光度随浊度的变化规律。 研究结果表明, 在240～380 nm的紫外光谱段, 由于引起浊度的颗粒物对有机物产生了吸附, 致使浊度对水样的紫外光谱影响较为复杂; 在380～780 nm的可见光谱区域, 浊度对光谱的影响则是随着波长的增大而减弱。 基于此, 开展了多元散射校正法对受浊度影响的水样光谱进行校正试验。 对某溪水水样的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正, 通过处理前后光谱对比表明, 浊度引起各个波长点的基线偏移都得到了有效的校正, 而在紫外区域特征并未减弱。 接着对选取的三种液体的紫外-可见吸收光谱进行多元散射校正, 实验结果表明: 该方法可在不影响水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下对其吸收曲线进行有效的校正, 这不仅提高了光谱法检测水质COD的信噪比, 而且还为化学计量法建立准确、 有效的水质检测COD分析模型进行数据预处理提供了一种新途径。

针对高浓缩铀部件外加的反射层材质及厚度之效应可以巧妙避开核查这一问题,依据252Cf中子源驱动噪声分析法原理,采用蒙特卡罗方法模拟研究了高浓缩球形金属铀部件的不同材料、厚度的反射层的效应,获得了相应的时间关联符合计数分布和中子产额。研究结果表明,对同一材料的反射层,反射层厚度愈大,中子产额愈大,即反射效果愈好。对于同一厚度的反射层,反射层材料的密度愈大,中子产额愈大,反射效果愈好。

针对基于传统核材料识别系统中特征值易受系统噪声影响且精确度不够的问题, 将高阶统计特征概念引入252Cf源驱动核系统特征提取和识别之中, 提出了一种基于互相关函数与高阶统计特征的252Cf源驱动核材料富集度识别方法。通过互相关运算及高阶统计分析, 得到核系统信息的三维特征图像, 并在此基础上开展了待测核材料(235U)的富集度实验研究与分析识别工作。实验研究结果表明, 该识别方法能够较好地降低背景辐射噪声与电子学系统噪声。与传统识别方法相比, 对于核部件富集度变化, 该算法的敏感性与鲁棒性均有大幅提高。

针对探测器通道和待测核材料探测通道之间相对几何位置与待测核材料富集度变化之间的相互关系问题，开展了基于探测通道间协方差幅值进行核材料富集度判别的研究工作。实验中，选取富集度分别为85.15%，90.15%和93.15%的235U核材料，模拟研究了多个位置不同的探测通道所得到的协方差运算结果。研究结果表明:随着235U核材料富集度的增加，互相关的幅值也随之增大并与国外文献结果相吻合，率先在国内证明了基于探测器相对几何位置变化的探测通道互相关幅值可以推断核材料富集度的可行性。

针对252Cf自发裂变中子源构成的核信息系统，以实际所测随机中子脉冲数据的自相关函数为研究对象，借助仿真实验， 利用Elman神经网络对不同质量核材料进行识别。在实测数据的基础上，通过叠加随机抖动，模拟产生了不同质量核材料的相关函数样本，并将其用于神经网络的训练与测试，实验结果表明，训练过的Elman神经网络能够较好地识别相关函数的特征，分辨不同质量的核材料，平均识别率达到85%，综合平均误差为0.04，且具有较高的鲁棒性。

从252Cf中子源频谱测量系统的基本原理出发，针对中子脉冲序列本身“0，1”数据结构的特点，设计了自、互相关快速算法。采用LabVIEW多核处理器、多线程编程技术构建了基于LabVIEW的252Cf中子源频谱分析系统，不仅获得了自、互相关的快速计算结果，而且获得了自、互功率谱及谱密度比。研究结果表明：基于LabVIEW分析工具，既提升了自、互相关算法代码25%~35%的执行效率，又验证了LabVIEW用于进行频谱系统分析的可行性。