活化法测量中子活化在线分析系统样品处的中子能谱

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1、第２６卷第１期原子核物理评论Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１２００９年３月ＮｕｃｌｅａｒＰｈｙｓｉｃｓＲｅｖｉｅｗＭａｒ．，２００９文章编号：１００７－４６２７（２００９）０１－００２７－０６活化法测量中子活化在线分析系统样品处的中子能谱王松林１，孔祥忠１，邓勇军２，拓飞１，王琦１，位金锋１，李永明１（１兰州大学核科学与技术学院，甘肃兰州７３００００；２中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳６２１９００）摘要：用多箔活化法测定了由ＡｍＢｅ中子源慢化屏蔽系统构成的中子活化在线分析系统样品处的中子能谱。根据待测场点的中子注量率水平，选用了５种非裂变核材料箔，其中４种是中能区和热

2、区的，１种是快区的，给出了各箔片的特性参数。通过在待测场点对箔片进行辐照，并测量其生成放射性核的γ放射性，计算出了各箔片的活化率。运用ＳＡＮＤＩＩ和ＭＳＩＴ迭代方法，解出了待测场点的中子能谱。详细分析了数据处理过程中群截面的加工处理以及由于自屏蔽效应引起的群截面修正问题；研究了影响解谱精度的主要因素；对解谱结果作了一定的分析讨论；并用蒙特卡罗（ＭＣ）方法对最后的中子能谱做了不确定度分析。关键词：中子能谱；ＳＡＮＤＩＩ迭代法；群截面中图分类号：Ｏ５７１．５４文献标识码：Ａ１引言待测场的干扰小等优点。在能源和矿业领域，需要对不同元素组成的大２原理块材料进行快速、非破坏性、实时

3、在线分析，以满足工业生产要求。中子活化分析是一种灵敏度高、２．１中子活化法基本原理非破坏性、多元素核分析技术。中子活化分析的中活化法测量中子能谱是将一组阈值不同且已子源一般有３种：反应堆中子源、加速器中子源、同知反应截面的活化箔片放在待测中子场进行辐照，位素中子源。同位素中子源提供的中子注量率远低箔片中子活化反应的活化率将满足活化方程：于反应堆和加速器中子源，然而它的优势是其便携∞［１］犚犻＝σ犻（犈）Φ（犈）ｄ犈，犻＝１，２，３，…，犐（１）性，从而摆脱了对大型核设施的依赖。由于中子∫０活化在线分析所利用的核反应主要是热中子俘获反其中，犐为实验中所用活化箔片的个数；犚为第犻

4、个犻应（主要测量瞬发γ），需要对同位素中子源进行慢中子活化反应的活化率（ｓ－１）；σ（犈）为第犻个活化箔犻化以获得较高的热中子注量。本工作采用多箔活化在中子能量为犈时的活化截面（ｃｍ２），Φ（犈）为中子法测量由ＡｍＢｅ中子源慢化屏蔽系统构成的中子活在能量为犈时单位能量间隔内的中子注量化在线分析系统样品处的中子能谱。根据测定的样率（ｎ／ｅＶ·ｃｍ２·ｓ）。品处的中子能谱，可以确定放样品处热中子注量率通过测量被中子辐照后的活化箔片的γ放射水平，从而对样品处的中子俘获反应率有一个定性性，可得到活化率实验值的表示式为的估计，为中子活化在线分析系统的设计提供重要犖γλ犃犳ｓ的依据。同

5、时还可以对ＡｍＢｅ中子源慢化屏蔽系统狉＝λ狋－λ（狋－狋）－λ（狋－狋），犕犘η犖０犐γεγ（１－ｅ０）ｅ１０（１－ｅ２１）的设计是否达到比较好的慢化效果进行检验。（２）［２—５］活化法测量中子能谱是一种技术简单而又－１），非常实用的方法，相对于其它测量方法具有花费犖γ为γ射线特征峰的净总计数；λ为衰变常量（ｓ少、对γ射线和阈下中子不灵敏、探测器体积小、对犃为激活材料靶元素的摩尔质量（ｇ／ｍｏｌ），犘为激活收稿日期：２００８０６１７；修改日期：２００８０８２６作者简介：王松林（１９８１－），男（汉族），内蒙古敖汉旗人，硕士研究生，从事核物理研究；Ｅｍａｉｌ：ｒｎ

6、ａｚｈｕ＠１６３．ｃｏｍ·２８·原子核物理评论第２６卷材料中靶元素的纯度，为同位素的丰度，犕为激活结束迭代的要求为止。η材料的质量（ｇ），犖为阿伏加德罗常数，犐为γ射线０γ犐烄犽（狉／犚犽）烌的分支比，ε为ＨＰＧｅ探测器对γ射线特征峰的探测犠犻犼ｌｎ犻犻γ∑犽＋１犽犻＝１，（４）效率，犳为自吸收修正系数，狋为停止照射时刻（以Φ犼＝Φ犼ｅｘｐ犐ｓ０犽照射开始作为零时刻计算）（ｓ），狋位测量开始时烆∑犠犻犼烎１犻＝１刻（ｓ），狋２为测量结束时刻（ｓ）。上式中的犠犽为第犻种核反应在第犼群的光滑权重因犻犼２．２解谱原理子。ＭＳＩＴ迭代方法与ＳＡＮＤＩＩ是类似的，唯一不同的是迭代公式

7、不同，它的迭代公式为由式（２）计算出各个探测箔的活化率后，将其犽犐代入式（１）对Φ（犈）求解，就是解谱过程。常用的解犽＋１Φ犼σ犻犼狉犻。（５）［６］［７］Φ犼＝犐∑狉犽谱方法有ＳＡＮＤＩＩ迭代法和ＭＳＩＴ迭代法等，（σ／狉）犻＝１犻犚犻∑犻犼犻利用ＳＡＮＤＩＩ迭代法求解中子能谱的详细步骤请见犻＝１文献［３］，其基本原理为：将待测能区划分为很多个结束迭代的方法一般有３种：（１）控制活化率计能群，这样可以把式（１）进行离散化处理，化积分为算值和实验值标准偏差小于一个预先给定值；求和：（２）两次迭代的活