14MeV中子引起的反應(yīng)截面測(cè)量原理

1、14MeV中子引起的反應(yīng)戳面測(cè)量原理3.1活化應(yīng)截面計(jì)算公式推導(dǎo)"利用活化法測(cè)量反應(yīng)截而的過程分三個(gè)階段，在匸0時(shí)刻，將樣品放入中子場(chǎng)進(jìn)行照射 所經(jīng)歷的時(shí)間為輻照時(shí)間，在（°時(shí)取出樣品冷卻直到“時(shí)刻開始測(cè)量樣品的放射性，這期 間為冷卻時(shí)間，直到（，時(shí)刻結(jié)束測(cè)量這個(gè)階段為測(cè)量時(shí)間。放入取出開始停止活化片活化片測(cè)量測(cè)量照射 冷卻 測(cè)量 .0tot2 t圖l.i活化法流程圖在照射期間內(nèi)生成的中子通量，材料中的原子核數(shù)年N1,放射性核數(shù)N? 在反應(yīng)截面。成正比，山反應(yīng)截面的定義可得知。N可以被認(rèn)為在照射過程中 保持不變?cè)诖蠖鄶?shù)情況下，也就是忽略不訃樣品的燃耗。而另一方面在照射過 程

2、中生成的放射性核以N?的速度進(jìn)行衰變，所以有：(INIII(1-1)(1-2)=N1 o 入 N dt在此式中，（X為生成核的衰變常數(shù)）A是待測(cè)樣品元素原子量，M是樣品的質(zhì)量, n為正面靶核的豐度，N.是阿夫加德羅常數(shù)。根據(jù)t二0時(shí)”2二0,可解（1-1）、(1-2)得NW普(2)A(1-3)g)二叫薯(1-宀丿妙sA(1-4)稱為飽和因子在測(cè)量時(shí)間段內(nèi)測(cè)量到的放射性衰變總數(shù)為:(1-5)N2(t0)p其中d二/w-嚴(yán)皿稱為測(cè)量收集因子。過程中放射性核素生長(zhǎng)狀況如圖12給;。圖12活化核的生成和變化圖像 由(1-1) (1-4) (1-5)得出：UC(1一6)MNaH 3D實(shí)際測(cè)量某個(gè)效率為&

3、#163;的丫射線，它的強(qiáng)度為1丫，計(jì)數(shù)為C時(shí)，N= £ I則有:XACo =(1-7)MN小SD £ Z.3. 2活化截面計(jì)算公式的修正活化截面測(cè)量過程中因?yàn)橹凶釉闯錾涞闹凶硬⒉皇菦]有變化的，中子通量隨 時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)，Y能譜在測(cè)量過程中因?yàn)闃悠返淖晕铡汉涡螤钸€有Y射線級(jí) 聯(lián)效應(yīng)，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大偏差，因此要對(duì)其進(jìn)行修正。3. 2. 1中子通量波動(dòng)因子山于中子發(fā)生器很難保證束流的穩(wěn)定，也就是中子通量變化較大。所以如 果取整個(gè)照射過程中的平均值，我們常用鈾裂變簡(jiǎn)測(cè)中子通量變化，在實(shí)際情況 中將照射過程分為L(zhǎng)段，每一段L，時(shí)間間隔是 円一右的相對(duì)中子注量 可被看做常數(shù)。

4、以7；表示從第i段時(shí)間結(jié)束至整個(gè)照射階段結(jié)束的時(shí)間間隔。所 以第i段時(shí)間內(nèi)，放射性核數(shù)有：(1-8)當(dāng)5 =4時(shí)，其產(chǎn)生的放射性核數(shù)是：(t0)=N,(i) (tj)ez T, = N|G(1- ex A T' )ex T_X(1-9)則to時(shí)nF = f仏)=竽 f(i心 z T*1人 j(1-10)由(1-4)與(1-10)可以得 N2(t0)=KN2(t0),式中：L工】(ie乩)eZT1K 二式子中T二tO-O是總照射時(shí)間，照射時(shí)間tO時(shí)間內(nèi)的平均中子注量（!）=T實(shí)際計(jì)算K因子時(shí)，取自鈾電離室中中子通量檢測(cè)數(shù)據(jù)，山于中子通量只差系數(shù), 而計(jì)算時(shí)求K的比值，所以無影響。3. 2

5、. 2樣品測(cè)量的幾何修正對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)中，樣品到探測(cè)器距離為20.0mm?？赏茖?dǎo)樣品兒何修正為：（38.56+H/2）2g= 38.562（1-12）這其中H為測(cè)量片厚度，單位mm。V=nr2Hr=l/2dP=M/V所以：ltd p（1T3）則有：（38.56+耳-）2fo二兀 dpg3&56，（ 1-14）3. 2. 3樣品的自吸收修正當(dāng)丫光子在穿過物質(zhì)時(shí)，因?yàn)闀?huì)與物質(zhì)原子發(fā)生光電效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)和康 普頓效應(yīng)。所以在到達(dá)探測(cè)器時(shí)已經(jīng)被減弱，所以要對(duì)測(cè)到的Y計(jì)數(shù)進(jìn)行自吸 收的修正。修正會(huì)因?yàn)檠旧渚€能量越低而越大。修正可以山實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，可以先將 輻照后的樣品作Y源，并且測(cè)量其Y射線的峰面積

6、。然后分別把不同厚度未輻射 過的同類樣品放在此Y源下并且測(cè)量其峰面積。算出樣品的吸收因子（扣除半衰 期影響后），可以得到一條關(guān)于樣品質(zhì)量和丫射線穿過樣品兒率的關(guān)系曲線，可 以算出Y射線自吸收因子根據(jù)曲線。在近似情況下可以理論推導(dǎo)。假設(shè)整個(gè)樣品放射性核素沒有自吸收時(shí)可以產(chǎn)生 某一能量強(qiáng)度Y射線強(qiáng)度為I。，當(dāng)樣品厚度為d,有（x-dx）薄片Y強(qiáng)度是I。罟， 在穿過（d-x）強(qiáng)度為I（）d積分后得到I：所以可得樣品自吸收系數(shù)為：3卜倍(1-15)其中u是常用質(zhì)量吸收系數(shù)塔的單位是cm2/g , d是質(zhì)量厚度，單位是g/cm2 o3. 2. 4級(jí)聯(lián)丫符合效應(yīng)的修正心如果Y射線是有級(jí)聯(lián)的，則在丫線強(qiáng)度測(cè)

7、量中導(dǎo)致全能峰訃數(shù)增加或丟失。當(dāng) 樣品距探測(cè)器較近效應(yīng)更明顯。從文獻(xiàn)中可以得出在誤差允許范圍內(nèi)Y-丫級(jí)聯(lián) 輻射角關(guān)聯(lián)可以不考慮。在文獻(xiàn)中得岀其修正公式。(1-16)其中吒表示Y“的發(fā)射率（不含內(nèi)轉(zhuǎn)換），是探測(cè)器對(duì)馮的全能峰探測(cè)效率。3. 3活化截面計(jì)算公式將（1-12）以及（1-16）帶入（1-7）可得:(1-17)°一 MN jSD%KXAFC其中F=fgfsfc是總的Y活度校正因子，用腳標(biāo)d表示測(cè)量片參數(shù)，用腳標(biāo)x表 示監(jiān)督片測(cè)量參數(shù)，所以有：lAFCaMN 小 SD%KL(1-18)RAFC*MNAn0SDeIyK|v(1-19)因?yàn)闃悠放c監(jiān)督片直徑一樣，口兒（1-18）與（1-19）相比并整理得到:(1-20)XAFCv MnSD£IyKa°x" MnSDeIyKv XAFCn此即活化截面計(jì)算公式，£為所測(cè)特征Y射線全能峰效率，1丫為特征Y射線強(qiáng)度,H為同位素豐度，S是剩余核生長(zhǎng)因子，H是樣品質(zhì)量，A是樣品原子量，C實(shí)測(cè) 全能峰面積，K中子注量波動(dòng)校正因子，1楊福家等，原子核物理，復(fù)旦大學(xué)出版社,1993s吳茂良，應(yīng)用物理，四川大學(xué)岀版社，1989祈羅小兵等，Y強(qiáng)度測(cè)