[發明專利]一種基于SRAM的中子能譜探測器及測量中子能譜的反演算法

有效

• 申請號: 201910303766.X
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110018514B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 樊瑞睿;蔣偉;易晗
• 申請（專利權）人: 東莞中子科學中心;中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T3/08
• 分類號: G01T3/08
• 代理公司: 廣東騰銳律師事務所 44473
• 代理人: 張雪華

1.一種基于SRAM的中子能譜探測方法，其特征在于：包括硬件設備和反演算法兩部分，其中硬件設備是一套基于SRAM的中子能譜探測器；反演算法是通過統計若干不同種類且SEU截面函數已知的SRAM翻轉次數，反推出未知中子能譜；

所述的反演算法內容如下：

(1)確定單個SRAM芯片的翻轉概率

確認一個SRAM芯片的單粒子翻轉截面曲線，用Weibull函數來擬合，函數定義為：

其中，f_sat為芯片飽和翻轉截面，f(E)為芯片翻轉截面函數，E為中子能量，E_th為芯片翻轉閾值常在MeV量級，s和W是擬合參數；設一個中子源通量隨能量分布函數為ρ(E)，則一個芯片在這個中子源上的翻轉概率k為：

k＝∫f(E)*ρ(E)dE

由于ρ(E)常使用劃分的區間來表示，所以在離散條件下上面的公式可以重新表示為：

k＝∑f(E_i)×ρ(E_i)

(2)確定一組SRAM芯片的翻轉概率

假設測試中共采用的一組芯片數量為N，每塊芯片的翻轉概率為k_i,根據離散條件下芯片翻轉概率的表達式，k_i可以表達為：

該公式中E_j表示中子能譜第j道對應的能量；

從該公式可以看出，芯片的翻轉概率是所有能量值的線性組合；

采用矩陣的方式，將一組中所有芯片的翻轉概率表示為：

k＝Fρ

其中k和ρ為列向量，F被稱為芯片的能譜響應矩陣；

(3)求解原始能譜

通過所有芯片的翻轉概率分布和響應矩陣情況，采用貝葉斯方法進行求解原始能譜，根據貝葉斯條件概率理論進行推導，可以得到能譜分布的后驗概率迭代評估值為：

其中N為芯片總數，M為能譜的總道數，ρ^(s+1)(E_i)為第(s+1)次迭代得到的能譜分布。

2.根據權利要求1所述的一種基于SRAM的中子能譜探測方法，其特征在于：測量中子能譜時主要包括以下步驟：

(1)將反演算法基于計算機語言及部分開源代碼庫進行構建；

(2)將通過采用基于SRAM的中子能譜探測器積累一定數量的統計，得到一組芯片的翻轉概率；

(3)將這組芯片中每塊芯片的翻轉概率分布代入能譜反演程序，得到中子能譜。

3.根據權利要求2所述的一種基于SRAM的中子能譜探測方法，其特征在于：在能譜反演程序啟動時先設置能譜反演的參數，包括芯片總數、響應矩陣維度、迭代次數和能譜區間等參數，然后輸入測量得到的芯片翻轉概率分布和芯片的響應矩陣；之后開始通過貝葉斯算法進行能譜的反演迭代計算過程；當迭代結果滿足設定的收斂條件或迭代次數達到設定值之后，停止迭代過程并輸出反演得到的中子能譜。

4.根據權利要求1至3任一項權利要求所述的一種基于SRAM的中子能譜探測方法，其特征在于：所述的中子能譜探測器為一塊具備芯片讀寫能力的電路板，使用若干SRAM作為靈敏探頭。

5.根據權利要求4所述的一種基于SRAM的中子能譜探測方法，其特征在于：所述的探頭上安裝的SRAM所發生的SEU從宏觀上看表象為觀測到寄存器位(bit)由“0”變為“1”或由“1”變為“0”，可通過指令對存儲器中單元進行讀寫并通過對比讀寫字節確認SRAM內部是否發生了單粒子翻轉。