瞬发γ中子活化分析及其k0法研究

作     者：张兰芝 

作者单位：中国原子能科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：倪邦发;田伟之

授予年度：2004年

学科分类：08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 082701[工学-核能科学与工程] 

主      题：瞬发伽马中子活化分析 高能伽马效率刻度 k0标准法 计数率直接测量法 

摘      要：瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)是重要的核分析方法之一，该方法通过测量中子轰击靶元素产生的寿命约10秒的复合核所释放出来的瞬发伽马射线进行定性定量分析。瞬发伽马中子活化分析在理论上可以分析任何元素，但在实际工作中主要用于难于用其他方法准确测定的轻元素测定。尤其是对非破坏大样品中部分微量和痕量轻元素分析具有独特优势，近年来其应用范围和重要性不断的增加，是传统中子活化分析技术(INAA)的重要补充。 本论文的主要内容包括瞬发伽马中子活化分析技术简单设备的建立以及其方法学研究，具体包括以下四方面的内容： 1、PGNAA设备的建立：本工作首先在中国原子能科学研究院15 MW重水反应堆的一条水平中子孔道，建立了一套简易的瞬发伽马中子活化分析设备，它主要由测量系统、屏蔽系统和样品支持架等部分组成。其测量系统包括勘培拉公司的高纯锗探测器，ADC和8192道多道分析器，高压等组成。利用这套设备首次在国内开展了一些PGNAA的预研性工作。 2、HPGe(高纯锗)伽马谱仪100 keV～8 MeV能区全能峰的效率刻度：由于现有的同位素标准源的衰变伽马射线能量都不高于3.5 MeV，不能对高能区进行全能峰效率刻度。因此本研究工作在充分利用放射性同位素γ源的基础上，结合使用核反应生成Ga多伽马射线源和Cl(n，γ)Cl的热中子核反应的高能瞬发γ射线对宽伽马能区的效率进行了相对刻度，并进行了分区段与整区段两种方法多项式拟合，实现了100 keV～8 MeV的宽范围伽马全能峰绝对效率刻度。结果显示，使用分区段拟合方法所得到的效率的准确度要好于整区段拟合方法，在低定能区的效率不确定度好于2％，而在高能区的不确定在3％左右。 3、PGNAA k标准化法研究：本工作选用Cl(Cl的1951 keV γ射线)作为比较器，对瞬发伽马活化分析k标准化法的12种核素的25条伽马射线的k值进行了测定。其化学试剂绝大多数采用了含氯化合物，这样利用样品本身的氯作为比较器，可以大大降低由化合物组成的差异或重量差异所带来的误差，同时也减少了实验次数以及中子注量率不稳定所带来的误差。本工作的实验结果与布达佩斯和日本等 中国原子能科学研究院硕士学位论文 实验小组发表的ko值在误差范围内基本一致。 4、PGNAA定量分析研究:本工作对深海锰结核样品进行了瞬发伽马中子活化分析。 该分析使用了一种简便的元素含量的分析方法，即计数率比直接测量法:这种方 法是根据瞬发伽马中子活化在线分析的特点，在固定的实验测量条件下，样品中 各种元素单位质量的全能峰计数率比应为一个定值。因此只要知道样品中任意一 种元素的含量以及各种元素之间的单位质量计数率比，就可以由此得到其它元素 的含量。本工作利用一个深海锰结核标准物质进行照射，获得PGNAA伽马谱， 由于其元素含量己知，计算出各伽马射线的元素的单位质量计数率，如果采用Mn 元素作为参照标准，再由此计算出各种伽马射线的单位质量计数率与Mn的单位质 量的计数率之比。因而对其它样品，只要我们知道样品中的Mn的含量，而且测 量的几何条件一样，我们就可以利用样品中Mn的单位质量的计数率计算出其它 元素的含量。我们利用这种方法测定了另一个锰结核样品中的11种元素的含量， 结果得到了很好的实验验证。事实上，只要准确知道各元素的单位质量的瞬发伽 马射线计数率，对其它样品中，只要获得任一元素的含量，就可以计算出其它元 素的含量。 关键词:瞬发伽马中子活化分析，高能伽马效率刻度，k0标准法， 计数率直接测量法