基于快中子激发γ射线活化分析的柱状金属元素分布检测研究

利用氘-氚中子发生器结合高纯锗探测器搭建了平台,选取不锈钢柱状作为样品进行测量,对Fe和Cr元素的含量以及分布进行分析.通过蒙特卡罗模拟计算分析了样品处的有效快中子通量,并对标准样品进行了测量.结果显示,Fe和Cr的含量与特征峰净面积成线性变化关系,检测限分别为24.98%和11.54%,平台对Fe和Cr的空间分辨率分别为1.65和1.83 cm.该平台对未知样品中的Fe和Cr的分析结果与X荧光分析结果的偏差在7%之内.研究结果为该技术在后续实际应用提供了研究基础.

γ辐照-腐蚀后硼硅酸盐玻璃的形貌及元素行为

硼硅酸盐玻璃是现有综合性能最好的深地处置高放废物固化材料,其辐照稳定性是影响放射性核素向生物圈泄漏的重要因素。对此,在室温下分别以8 kGy和800 kGy的γ射线辐照三组分硼硅酸盐玻璃(NBS),并对辐照后的样品在不同时间下的浸出行为展开研究。采用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对实验样品的表面形貌进行分析,利用能量色散X射线谱仪(EDS)分析元素分布,并用电感耦合-等离子体光发射光谱仪(ICP-OES)对溶液元素进行表征。结果表明:γ射线在8~800 kGy的吸收剂量范围内会对硼硅酸盐玻璃的浸出行为产生影响。此外,随着腐蚀时间的延长,玻璃腐蚀效应逐渐覆盖了辐照效应。与8 kGy辐照相比,NBS玻璃样品在800 kGy辐照下的元素行为变化更为明显。在高剂量辐照后,腐蚀对表面形貌的影响更为显著,而腐蚀7 d后NBS玻璃的元素浸出率更高。

基于生物启发神经网络的核辐射场区全覆盖路径规划

核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法,提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先,利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核辐射场区的障碍物分布和辐射剂量场,然后,采用Python语言进行算法仿真试验,模拟核辐射场区的每一个栅格定义为一个神经元,建立起生物启发神经网络,将栅格剂量率与神经元活性耦合实现路径规划的辐射剂量最优控制,分别采用单个、4个和8个移动单元进行仿真试验。结果表明:单个移动单元的规划路径在实现100%覆盖率,4%覆盖重复率的同时,能够优先覆盖低剂量区,延后覆盖高剂量区,实现了过程剂量和累积剂量的最优控制。为提高全覆盖的时间效率和获得更低的单体累积剂量,对算法进行多单元协同搜索的改进,结果表明:4单元和8单元仿真的覆盖重复率分别为5.72%和6.29%,1单元、4单元和8单元仿真完成全覆盖时间分别为30 min、9 min和4 min,时间效率成倍提高;最大单体累积剂量分别为4.11×10^(-3)mSv、1.28×10^(-3)mSv和0.85×10^(-3)mSv,也在显著降低。本文提出的算法能实现过程剂量和累积剂量最优控制的全覆盖路径规划,另外算法可以协同规划多单元路径,显著降低单体累积剂量,对辐射环境下区域作业的辐射防护有重要意义。

偏振X射线荧光分析尾矿薄层样品的散射校正方法研究

了解尾矿浆中的重金属元素含量能为矿物浮选提供决策依据,不仅可以提高矿物的利用率,还可减少环境污染。X射线荧光光谱法是一种常用的重金属元素分析技术,对于地质类样品的分析,康普顿散射内标法是一种常用的定量方法。但对于薄层沉积样品,其康普顿散射峰强度会受到支撑滤膜的散射影响。由于样品紧密附着在支撑滤膜上,难以直接获得来自样品本身的康普顿散射强度,不利于直接应用康普顿散射峰强度进行定量分析。以尾矿薄层样品为分析对象,研究了不同聚丙烯滤膜厚度对康普顿散射峰强度的影响,并对薄层样品的康普顿散射强度进行了校正。实验结果表明,在0.34~3.06 mm厚度范围内,康普顿散射峰强度随聚丙烯滤膜厚度的增加线性增加,通过建立探测器获得的总康普顿散射强度与滤膜厚度的线性关系,计算出样品的净康普顿散射峰强度。为验证该修正方法的可靠性,利用蒙特卡洛方法模拟研究了无滤膜的尾矿样品和带有不同厚度滤膜的尾矿样品,结果显示经滤膜厚度影响修正后的净康普顿散射峰强度与无滤膜样品康普顿散射峰强度基本一致,相对偏差为0.41%。同时通过实验和模拟计算了0.34 mm厚聚丙烯滤膜时修正后的净康普顿散射峰强度占总康普顿散射峰的比例,分别为91.31%和89.91%,二者基本一致。最后,利用了上述基于滤膜厚度康普顿散射影响的校正方法,建立了基于康普顿散射内标法的定量校准曲线,对两种尾矿浆中的Cu,Zn和Pb元素的定量分析结果显示,未经滤膜厚度修正的康普顿内标校正相比校正前,部分元素定量结果与ICP-OES结果相比,其相对偏差反而增加3.18%~9.00%。而经滤膜厚度修正的康普顿内标方法的定量结果与ICP-OES结果的相对误差在1.14%~11.15%之间,相比于校正之前,相对偏差减少了0.30%~8.97%。

n/γ双粒子反应深度探测器设计与性能表征

n/γ射线双粒子反应深度(Depth of Interaction,DOI)探测器可以实现中子与γ射线甄别并记录粒子在探测器中的反应位置,在对特殊核材料等危险放射性物质的定位成像研究中发挥着重要作用。传统的放射性定位成像装置都依赖具有n/γ射线甄别能力的探测器阵列,从而导致成像测量装置结构复杂、成本高。针对此问题,设计了一种基于EJ276塑料闪烁体(Φ3 cm×15 cm)的双粒子反应深度探测器,采用硅光电倍增管在闪烁体两端进行信号读出,并综合利用两端信号幅度与飞行时间对比进行粒子反应位置确定。利用Am-Be中子源和137Cs γ源对探测器进行参数优化和分辨率刻度,结果显示:该探测器在灵敏区内探测效率均匀性较好,反应位置分辨率约4.4 cm。

煤炭中硫分的快速测量系统

针对能量色散X荧光(Energy dispersive X-ray fluorescence,EDXRF)分析技术应用于煤炭中硫分快速测量过程中存在的基体效应和边缘效应干扰问题,采用蒙特卡罗计算程序Electron-Gamma Shower(EGS)模拟了在不同管电压、不同样品直径、厚度以及不同硫元素浓度条件下的X荧光强度。结果表明,合适的X光管的管电压为15kV,样品的临界直径和厚度分别大于1.04cm和0.05cm。根据模拟结果,通过实验得到X荧光强度与硫元素浓度的关系曲线,实验结果经过探测效率修正后与EGS模拟结果符合良好,为后续的煤炭中硫分在线快速分析系统的设计和实施提供了有力的技术支撑。

用于脉冲n/γ混合场中n、γ甄别的新型探测器的研究

以塑料闪烁体和聚合物基复合材料为探测介质,开展用于脉冲n/γ混合场中n、γ甄别的新型探测器的研究。采用闪烁体探测器+契仑科夫探测器联合探测的方法,通过对n、γ产生的荧光和契仑科夫辐射的相关性测量,以实现n、γ的甄别,并给出脉冲中子的通量。利用蒙特卡罗方法计算了塑料闪烁体最佳厚度、n和γ在塑料闪烁体产生的次级电子能谱。同时利用模拟结果确定契仑科夫探测器探测介质的折射率,使得只有光子生成的次级电子可以在其中产生信号。

Garfield模拟工作气体对涂硼MRPC热中子探测器性能的影响

多气隙电阻板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC)是一种新型气体探测器,具有探测效率高和时间分辨好等优点,在内层玻璃涂硼后可用于热中子探测。不同的工作气体对涂硼MRPC热中子探测器的性能有很大影响。利用Garfield模拟了不同工作气体的汤生系数η、电子吸附系数α、漂移速度v、扩散系数D等物理参数,并计算给出了MRPC的时间分辨率σt、本征探测效率ε。通过模拟结果对工作气体进行优化,为探测器的实际制作和实验测试提供必要的指导。

如何上好《核工程原理》绪论课

《核工程原理》是核专业的一门概述性课程,是核工程专业区别于常规能源动力类专业的一门核心课程,对于核工程专业的本科生了解和学习核工程专业的相关专业课程具有重要意义,因此如何提高该课程的教学效果是值得任课教师研究的问题。绪论课的教学效果对于整个课程的教学具有重要意义,该文针对该课程绪论课涵盖内容广泛、概念多的特点,围绕《核工程原理》课程的学习目标,组织该课程的绪论课教学,激发学生学习该课程的学习兴趣,为提高教学效果奠定基础。

BEPCⅡ亮度监测器第一阶段运行的初步结果

亮度探测器是对撞机束流调试、稳定运行和提高性能的重要工具.一台快亮度监测器首次在BEPCⅡ(北京正负电子对撞机重大改造工程)上实现了逐束团对撞的亮度监测,并且已经成功地用于BEPCⅡ的调束.亮度监测器初步运行结果表明,亮度监测器可以快速实时地给出相对亮度的信息,成功地对每一对束团的状态(时间、空间)进行监视,为高亮度的BEPCⅡ的调试和最佳状态的选择提供了一个有效、可靠的监测手段.

PGNAA煤质在线测量中同时提高C、O和其它元素测量精度的慢化体模拟（英文）

提出两种慢化体设计方案,第一种方案直接在原有慢化体中引入孔道,第二种方案在慢化体中增加一层铅之后再引入孔道.利用蒙特卡罗方法对两种方案进行研究.计算结果表明,采用第一种方案可以有效地提升C、O元素的测量精度,但同时会降低H、Si等元素的测量精度;采用第二种方案可提高C元素和O元素的测量精度,同时也可以提高H、Si等其它元素的测量精度.

《核工程原理》课程教学探讨

《核工程原理》是核科学与工程专业的一门基础课程。本文结合作者的教学经验,总结了该课程的教学内容和方法,以达到提高教学质量,优化教学过程的目的。

基于BP神经网络的核事故源项反演方法研究

为减轻核事故对公众的危害,提高事故后果评价和决策的可靠性,利用Matlab建立基于BP神经网络的单核素碘-131源项反演的神经网络模型。采用国际辐射评价系统(InterRAS)产生的5 300组数据对模型进行训练。用200组测试数据对模型进行验证。训练好的网络计算输出时间较短,输出源项与实际源项符合较好,平均相对误差低于2.3%。结果表明:神经网络隐含层数及隐含层节点数对模型训练效果有较大影响,当使用双隐含层且2个隐含层的节点数分别为30和20时,网络模型训练能快速收敛,训练相对误差低于4%。

PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属的研究

重金属污染越来越受到人们的关注,迫切需要开发具有高精度的原位检测技术。瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)技术具有原位、无损、快速等优点而被广泛应用于重金属测量,但由于目前原位检测装置中使用的中子源通量相对较低,因此对一些重金属元素分析精度相对不高。为提高测量精度,直接利用PGNAA技术中的瞬发特征γ射线充当传统X荧光光谱分析的激发源,来激发重金属元素的特征X射线荧光(XRF)信息,提出了一种PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属元素的方法,并设计了一套由BGO和带铍窗的NaI组成的双探测器联合检测装置,分别用来探测PGNAA中瞬发特征γ射线和特征X荧光信息。通过MCNP分别模拟研究了Cr,Cd,Hg和Pb的浓度(ci)对瞬发特征γ射线强度(Iγ)和特征X荧光强度(IX)的影响,模拟结果表明该装置中Cr,Cd,Hg和Pb元素的Iγ和IX均与ci成良好的线性关系,并建立了联合检测方法的经验公式。比较重金属元素特征X射线荧光发现,该联合方法对Hg和Pb等高原子序数重金属的检测较灵敏,最后计算得到该装置对Hg和Pb等重金属元素的检测限分别为17.4和24.2mg·kg-1。

江苏省核应急管理与指挥决策支持系统的研究

在核应急响应期间,为确定公众防护的正确决策,需对大量场内、外的数据和信息进行科学分析和统一管理,并从大量的核应急原始数据和加工、处理后得到的信息中挖掘对决策有用的信息,以便捷直观的方式提供给决策者。本文设计了一个基于网络的、指挥及响应信息通畅的计算机管理信息系统——江苏省核应急管理与指挥决策支持系统,能解决数据形式和结构复杂、信息形式缺乏规范、外部接口多、用户需求多样、信息处理时间短、输出直观性要求高等难题。该系统综合了后果评价和预测子系统、应急信息子系统、文件处理子系统、地理信息子系统和操作干预水平计算子系统,能在事故期间处理来自核电厂场内、外的各种信息,为应急管理及指挥决策及提供技术支持,提高应急管理和指挥决策的科学性及技术含量。

基于瞬发伽马中子活化分析技术的金属样品检测研究

在合金材料的生产过程中,不同金属元素的含量改变对产品的性能以及可靠性有重要的影响,通过在线检测技术能够对产品中不同元素含量进行实时分析,从而指导其工业生产过程,提高产品质量。目前常规的无损检测方法受限于分析深度,无法对样品内部成分进行分析,从而影响测量结果的准确性。瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)技术是一种高灵敏度、多元素同时分析的无损检测技术,可以对大块样品进行快速分析。针对PGNAA技术在大体积金属样品检测的可行性进行研究,通过测量快中子与样品发生非弹性散射反应激发的伽马射线对样品成分进行分析。搭建了一套测量系统,包括D-T中子发生器,中子反射体,中子准直体,高纯锗(HPGe)探测器及探测器屏蔽防护。首先,对Fe,Ti,Cr,Ni和Cu等5种金属元素进行了分析研究。对不同质量下的样品进行测量,通过伽马能谱处理软件GAMMAFIT对HPGe探测器测量到的特征伽马峰进行拟合,获得全能峰的净面积。分析全能峰净面积与样品质量之间的响应,对探测器的探测效率变化造成的非线性响应进行修正,得到不同元素的校准曲线,结果显示各元素修正后的校准曲线均具有良好的线型关系。对不同元素的质量检测限进行分析,不同金属元素的质量检测限分别为Fe(44 g),Ti(25 g),Cr(33 g),Ni(108 g)和Cu(72 g)。利用测量系统对不锈钢合金样品中的Fe和Cr元素含量测量开展了研究,通过测量标准样品建立了Fe和Cr元素的定标曲线,并对未知样品进行了测量分析。同时与X射线荧光光谱(XRF)测量结果进行了对比分析,结果表明两种方法的Fe元素和Cr元素测量值偏差分别为4.08%和2.97%。研究结果表明,利用PGNAA技术可以对多种金属元素和合金样品进行测量分析,为后续其他金属样品的检测奠定了研究基础。

全反射X射线荧光分析植物粉末样品的制样方法研究

全反射X射线荧光光谱(TXRF)分析是一种应用广泛、经济快捷的多元素显微与痕量分析方法。随着现代科技机器自动化的快速发展,样品制备成为TXRF分析定量的关键问题。本实验以茶叶粉末为分析对象,探讨了在TXRF分析过程中分散剂、样品量及粒径对粉末悬浮样品的制样效果、制样过程重复性及测量准确性的影响。结果表明:(1)通过分析粒径范围大于180目的茶叶粉末样品的五个独立重复试样,测试了TXRF法的整体精密度,分析了仪器的稳定性与样品制备过程中的不确定度,结果表明不论在何种元素与浓度范围下,与样品制备步骤相关的不确定度对获得的结果的全局精度都有显著贡献(>60%),样品的制备是分析误差的主要来源;(2)通过将粒径范围大于180目的茶叶粉末样品分散于1%Triton X-100与去离子水两种分散剂中,对分散剂的影响进行了研究,相较于非离子型表面活性剂,去离子水重复性更好,RSD在2.45%~11.64%之间,更适合作为粒径大于180目的茶叶粉末样品的分散剂,使得中、高Z元素的定量更为准确;(3)通过添加不同质量的粉末样品于5 mL去离子水中对样品量进行分析。样品量过低会导致制样重复性较差,而过高的进样量会导致样品薄膜厚度超过射线的测量厚度,有可能不再处于全反射条件下。对于植物粉末样品20 mg/5 mL是一个较为合适的样品量;(4)通过对7种粒径范围的粉末样品进行测量分析,研究了粒径对测量结果的影响。在粒径小于180目的范围内净计数随粒径的减小而增大;在粒径小于200目的范围内精密度随粒径的减小而提升;除Mn之外的元素粒径对准确性未有显著影响;在80~200目的范围内,不确定度迅速降低,大于200目后不确定度低于10%。综合考虑净计数、精密性与准确性,在制样过程中粒径范围建议研磨至200~300目之间,该研究结果可为植物粉末样品制样方法提供有效借鉴。

γ辐照处理垃圾填埋场渗滤液的初步探索

利用γ辐照技术对填埋场垃圾渗滤液进行处理,试验研究了辐照剂量、初始pH对渗滤液COD、BOD5、BOD5/COD、氨氮以及浊度的影响。结果表明,在不同初始条件下γ辐照对垃圾渗滤液的处理效果存在很大差异。其中,渗滤液原液与pH=12的渗滤液的γ辐照处理效果并不明显;而pH=3的渗滤液,γ辐照的处理效果较好。当pH=3,辐照剂量为40 kGy时,COD、BOD5、浊度的去除效率分别为40%、51%、80%,且pH=3的渗滤液经辐照后能一直保持较高的可生化性。但是,在各种条件下,γ辐照对氨氮的去除效果都不明显。

辐射剂量学教学探索

《辐射剂量学》是辐射防护和放射医学等专业的一门专业基础课,这门课的教与学对于相关专业学生学习专业课的积极性和创造性有着直接的关系,因此如何更好的做好这门课的教学工作是值得探讨和研究的问题。本文分析了《辐射剂量学》的课程教学的现状与存在的问题,同时结合自身在教学中的实践对课程教学中的体会进行了探讨。