基于中子/瞬发γ射线联合测量的中子剂量监测模拟研究

辐射场下的中子周围剂量当量率监测具有重要意义,其可以反应核设施运行状况以及辐射防护信息。目前常用的监测仪器为基于单探测器、单慢化体的A-B型剂量当量率仪,其响应曲线与“中子注量-周围剂量当量转换系数”有较大的差异,导致测量结果误差较大。为提升中子剂量仪测量结果的准确性,对基于中子和瞬发γ射线联合监测中子剂量率开展研究。利用铅块、含硼聚乙烯、有机玻璃和氯化钠组合而成的转换材料,通过蒙特卡罗模拟计算B、H、Cl、Pb、C和O元素对不同能量中子的响应,利用响应曲线结合LB6411型剂量仪的响应曲线进行线性拟合,得到与“中子注量-周围剂量当量转换系数”更为接近的响应曲线。通过差分进化算法计算得到线性拟合系数,结果显示,新的响应曲线在1×10^(-8)~16 MeV能量区间内与h_(φ)响应曲线更贴近,二者的相对偏差在50%之内。联合测量中子与瞬发γ射线对中子周围剂量当量率进行监测可行,为中子剂量仪校准和研发提供了新的方向和支持。

瞬发γ射线中子活化分析的现状与发展

概述了瞬发γ射线中子活化分析(PGNAA)的现状与发展,重点介绍了PGNAA的基本原理,国际上已建的PGNAA装置概况、PGNAA方法学中的单比较器k0法和高能γ射线的效率刻度技术,以及PGNAA在新材料、环境样品、生物和药物以及矿物中H、B、N、Cl等轻元素分析测定方面的日益发展的应用状况。此外,还介绍了在中国原子能科学研究院重水研究堆上建立的热中子束PGNAA实验装置。

利用中子感生瞬发γ射线分析水泥生料中的元素含量

利用中子感生瞬发γ射线分析法(NIPGA)分析水泥生料中的元素含量。结果表明CaO、SiO2、Fe2O3和Al2O3的分析值和化学方法的测量值比,偏差分别小于0.60%、0.40%、0.40%和0.40%。此方法不仅分析速度快(15min检测一个样品),还能实现多元素的同时分析,是一种适应水泥工业现代化的分析方法。

中子感生瞬发γ射线能谱的蒙卡模拟

中子感生瞬发γ射线分析(PGNAA)中使用蒙卡技术模拟物料与中子反应后产生的瞬发光子在NaI(Tl)探测器中的响应一直是一个难点。介绍了用于PGNAA的专用蒙卡程序NPTrans,NPTrans能够进行中子、光子级联输运并能够给出光子在NaI(Tl)探测器中的响应。给出了蒙卡模拟能谱与实验数据的比较。NPTrans的开发经验为其他研究开发专用的蒙卡程序提供了一定的借鉴。

基于多编码板准直器的瞬发γ射线活化成像

瞬发γ射线活化成像(Prompt Gamma-ray Activation Image,PGAI)技术可对大体积样品内部元素分布进行无损测量,具有广阔的应用前景。目前,PGAI测量平台主要集中在能够提供高中子通量的反应堆中子源上,限制了该技术的现场应用,基于中子发生器和同位素中子源的PGAI技术可用于现场测量,但其较低的中子通量使得测量图像分辨率差。针对此问题,提出一种基于多编码版准直器的PGAI成像方法,采用36块编码准直板和最大似然期望最大化(Maximum Likelihood Expectation Maximization,MLEM)算法对板状样品中的氯(Cl)元素空间分布进行测量分析,编码板的开孔大小为1 cm×1 cm。利用蒙特卡罗程序MCNP对6 cm×6 cm×1 cm(长×宽×厚)样品进行了模拟实验,结果显示:重建图像与原图像的相对偏差为0.0658,结构相似性(Structural Similarity,SSIM)为0.9521;表明利用该方法可以对Cl元素的分布进行测量,重建图像与设置的样品图像吻合。

多元素中子俘获瞬发γ射线分析方法的研究

进一步提出被测元素瞬发γ射线特征峰的面积与其含量的关系式。经实验证明对各常见元素的仪器分析回归值与化学分析值的均方根偏差皆小于０．５ｗｔ％。在铁矿石的分析实验中发现了慢化体的作用，它可明显地提高分析灵敏度。该套中子俘获瞬发γ谱仪对Ｈ瞬发γ峰崐（２．２２３ＭｅＶ）的ＦＷＨＭ为３ｋｅＶ。

微量硼的热中子瞬发γ射线分析方法

反应堆热中子束流引起地质样品中硼的^(10)B(n,αγ)~7Li反应,用HPGe探测器测量其反应的478 keV瞬发γ射线峰面积,与标准样品比对,得到30个地质样品中硼的含量为8×10^(-6)～160×10^(-6),相对误差为16%～5%。

中子感生瞬发γ射线在线分析技术的进展(1988～2002)

对1988～2002年间中子感生瞬发γ射线在线分析(NeutronInducedPromptGamma-rayAnalysis,NIPGA)技术的发展进行了叙述。目前分析技术已进入脉冲快热中子的非弹反应和俘获反应联合分析(PulsedFast-ThermalNeutronsAnalysis,PFTNA)阶段。采用的中子发生器寿命已突破10000h,多道谱仪已发展成全数字化整体式现场用谱仪,HPGe探测器的相对探测效率达100%,常温高分辨的TeZnCd探测器已开始应用。在软件方面已采用蒙特卡罗-库最小二乘法解决了中子活化瞬发γ射线分析(PromptGammaNeutronActivationAnalysis,PGNAA)中的非线性反转问题。

一个测量中子核数据的新技术——瞬发γ射线法

以测量2 3 9Pu(n ,2n)反应截面为例概述了直接测量的中子法和间接测量的瞬发γ射线法的原理及其优缺点 .阐明了瞬发γ射线法的物理内含 ,阐述了如何从测量的σm(k)约束程序中的反应机制及其参数和得到最小漏失的σm(0 ) ,并分析了σn ,2n的不确定度的来源及其贡献 .瞬发γ射线法适合不易采用直接方法的中子核数据的测量 ,具有一定的普适性 .

利用瞬发γ射线法测量^(209)Bi的中子非弹性散射截面

在铅铋快堆、空间堆等先进反应堆中,铋作为冷却剂和慢化剂材料被大量使用,其中子核反应截面,尤其是中子非弹性散射截面的准确性对这些核装置的安全性和经济性等具有重要的影响。基于中国原子能科学研究院HI-13串列加速器瞬发γ射线实验平台,通过瞬发γ射线法测量了^(209)Bi在9.0、10.5和12.0 MeV 3个能点的中子非弹性散射截面。在相对于中子束30°、70°、110°和150°方向放置4个Clover探测器测量中子与样品相互作用产生的γ射线。实验采用相对测量,通过测量中子与^(48)Ti发生非弹性散射发射的983.5 keVγ射线的产生截面来确定^(209)Bi的截面。^(209)Bi金属样品的尺寸为∅50 mm×4 mm,参考样品为1块∅50 mm×1 mm的天然钛金属样品。将实验测量结果与已发表的实验数据、ENDF/B-Ⅷ.0、JEFF-3.3、JENDL-4.0、ROSFOND-2010和CENDL-3.1等评价库数据以及Talys 1.95程序默认参数的计算结果进行对比,发现趋势一致,9.0、10.5 MeV能点的测量结果与Talys 1.95程序的计算结果符合得更好,12.0 MeV能点的测量结果与ROSFOND-2010评价库数据符合得更好。

基于中子诱发瞬发γ射线煤质在线分析的初步探讨

本文从实验出发，对基于中子诱发瞬发γ射线法进行煤质在线分析做了初步的探讨，测出几种不同煤炭样的瞬法伽玛射线谱，得出了该种方法用于煤质在线分析不但可行，而且具有很大潜力的结论。

同位素中子源瞬发γ射线在线元素分析仪的研制与应用

利用同位素中子源(^(252)Cf或Am-Be)、高分辨本领、高探测效率的高纯锗探测器和微机多道谱仪进行工业流程在线元素分析是近几年发展起来的一项高技术。由于它具有许多优越性,故受到企业家们的重视。工业发达的国家已用于现场。最近中。

粒子治疗中基于瞬发γ射线在体监测技术的研究进展

瞬发γ射线是在粒子治疗中产生的一种次级辐射,瞬发γ射线的信息在很大程度上反映了粒子入射的情况,因此使用瞬发γ射线验证粒子射程是一种具有很大潜力的验证方法。本文介绍了瞬发γ射线在体射程验证的概念以及优势,着重对近年来使用瞬发γ射线进行射程验证的方法和技术上的进展进行综述,讨论瞬发γ射线成像、瞬发γ射线时序探测和瞬发γ射线能谱探测三种方法的优劣势;最后对三种方法进行总结,并对未来使用瞬发γ射线进行在体射程监测的发展趋势进行了展望。

基于快中子激发γ射线活化的铒元素测量研究

在核燃料的生产过程中会添加中子毒物提高性能,铒是一种常见的中子毒物,在这类核燃料生产过程中需要对铒的含量进行测量分析,而瞬发γ射线中子活化分析(Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis,PGNAA)是一种适用于大体积样品检测的无损检测技术。针对PGNAA技术对大体积铒样品检测的可行性进行了研究,利用氘-氚(D-T)中子发生器和高纯锗探测器搭建了测量平台,选取氧化铒作为样品,利用快中子与铒元素反应发射的815.9 keV特征峰进行测量分析,对样品处的中子能谱信息进行了模拟计算和实验分析,并对样品的校准曲线进行了刻度。结果显示,特征峰含量与铒元素的质量呈现良好的线性关系,该测量平台对铒元素的检测限为28 g,同时发现238U的伴生γ射线对于特征峰测量无干扰,研究结果为后续的核燃料中铒元素分析奠定了研究基础。

中子诱发伽马产生截面测量中的谱分析技术

在中子反应截面测量中,瞬发γ射线法是一种通过测量核反应放出的特征γ射线来得到截面数据的方法,这种方法能够避免竞争反应道产生的干扰.但是瞬发γ射线法为在线实验,本底来源丰富,造成了在线实验谱分析难度大,结果不确定性高.本文研究了使用瞬发γ射线法测量中子诱发伽马产生截面的谱分析技术,总结了中子诱发伽马产生截面测量中不同特征峰形成的物理过程,降低了在线实验谱处理过程中计算效应峰净面积的不确定度.通过采用各种响应函数来对全能峰、本底以及干扰因素进行拟合的方法,精确提取了效应峰的净面积.针对弱峰的净面积,本方法可将峰区域选取引起的波动从30%降低到1%以内,且净面积拟合值与理论值的差距与统计不确定度相当;对于解重峰,本方法所得结果与理论值差距显著低于1%.通过效率曲线分析、拟合优度计算等方法同时验证了谱分析方法的可靠性.

瞬发和缓发γ射线对堆内构件释热率影响的研究

为提高核电设计中反应堆堆内构件释热率计算的准确性,本文在原来MCNP外中子源模型计算方法的基础上,计算分析瞬发裂变γ对堆内构件释热率的贡献。计算结果显示,考虑瞬发裂变γ使得堆内构件的释热率增加9%～38%,离堆芯越近的堆内构件的增加值越大。另外,分析认为缓发γ对堆内构件释热率的贡献与瞬发裂变γ相当。因而反应堆堆内构件释热率计算中除了考虑中子及中子俘获所生γ的贡献,还应该考虑瞬发裂变γ和缓发γ的贡献。

煤的碳、氢含量瞬发γ分析

用^(241)Am-Be 中子源照射煤样,测量中子感生的瞬发γ射线能谱,由特征γ射线的强度来确定 C、H 含量。所得 C 的误差<2％,H 的误差<0.05％,此方法可用来快速检测煤质。

HN-5O1A型中子活化瞬发γ在线元素分析系统的研究及其在铝厂中的应用

文章介绍了HN-501A型中子活化瞬发Υ在线元素分析系统的性能、原理、组成和工业应用情况。该仪器测量H的瞬发Υ峰的能量分辨率为3.6keV。测量Al_2O_3,Fe_2O_3,CaO,SiO_2.Na_2O.TiO_2和H_2O的含量误差分别为±土0.3.±0.1,±0.3,±0.8,±0.2,±0.2和±0.5％。该仪器曾在山东铝厂和郑州铝厂进行过现场应用实验,证明该系统的稳定性、可靠性、测量范围和测量精度皆能满足氧化铝生产的需要。使用之后,可减轻劳动强度、降低能耗和提高氧化铝生料浆配比的合格率,可望获很高的经济效益。

伴随α粒子法瞬发γ测量技术

在D—T聚变反应中，中子与α粒子在空间与时间相关联，由中子作用产生的瞬发γ同样与α相关联，测量γ与α的符合时间谱，通过时间窗选出瞬发γ射线，该γ射线与中子对应的物质区域相联系，由此可以对不同空间区域的物质进行其特征γ谱测量。在不同有机物品检验过程中，通过获取C，N，O的特征瞬发γ射线，可由氮、氧比和碳、氧比峰强度比值来甄别它们。

铼的中子辐射俘获反应截面测量

铼及铼钼合金是空间堆建造中的重要结构材料,其高精度的中子辐射俘获反应截面等数据在空间堆设计中具有重要意义。利用γ射线全吸收型BaF2探测装置(GTAF)和瞬发γ射线在线测量方法,在中国散裂中子源(CSNS)的反角白光中子束线(Back-n)上,在线测量了铼的两个同位素样品^(185)Re和^(187)Re的中子辐射俘获反应截面。初步得到了^(185)Re和^(187)Re在0.5 eV~10 keV能区中子辐射俘获反应的激发函数,并将^(185)Re(n,γ)^(186)Re和^(187)Re(n,γ)188Re的激发函数实验数据与ENDF/B-Ⅷ.0数据库中的评价曲线进行比对分析,实验数据与评价曲线在可分辨共振峰处基本一致,进一步印证了评价曲线,也为在CSNS白光中子源开展更高精度的中子辐射俘获反应截面测量提供支持,为空间堆物理研究提供数据基础。