CARR冷中子瞬发γ活化分析系统主要性能测试

使用N型HPGe探测器第一次在中国先进研究堆上通过冷中子束流进行瞬发γ活化分析系统(PGNAA)测量技术研究。应用PGNAA测量系统对NH4CL、Eu、Au、In、Gd、Al、Fe等单质和化合物进行测量,得到实验测量灵敏度值,同时利用标准放射源152Eu、137Cs、60Co以及35Cl(n,γ)和157Gd(n,γ)瞬发γ源对探测器在宽能区0.1~8 MeV进行能量刻度和相对效率刻度,并利用金片活化法测量了中国先进研究堆运行功率为15 MW时有无冷源情况下的中子注量率,结果显示有冷源时中子注量率约提高一个数量级,最后论述了瞬发k0法,为定量实验做好准备。

中国先进研究堆瞬发γ元素成像技术研究

无损分析样品内部的元素分布,对于材料、考古、地质科学等领域的研究具有重要意义。基于瞬发γ活化分析方法,结合中子照相技术,分析了模拟样品的结构和对称性,首次利用中国先进研究堆(CARR)水平孔道聚焦的微束中子束流,开展样品瞬发γ扫描分析和材料内部元素分布研究。通过蒙特卡罗软件(MCNP)对样品元素分布实验模型进行分析,模拟结果获得了样品不同区域的铜、铁、铝元素分布,基本实现了元素空间分辨。MCNP计算结果表明在瞬发γ扫描分析中,优化准直几何参数和提高中子通量能进一步提高元素空间分辨和元素测量准确度。

NaI闪烁体的快中子辐照损伤

中子瞬发γ活化分析(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis,PGNAA)是工业物料成分检测的最主要方法之一,该方法通过大体积NaI闪烁体探测器测量物料被中子活化后的瞬发γ能谱来分析物料成分。测量过程中,NaI晶体处于较强的快中子场中,该快中子场对晶体的辐照损伤是影响NaI探测器性能的最主要因素,而NaI探测器的稳定性直接决定了PGNAA整体设备的性能。本文基于中国工程物理研究院CFBR-Ⅱ(China Fast Burst Reactor Ⅱ)型反应堆,精确地测量了NaI闪烁体在裂变中子场的10~8 cm^(-2)、10~9 cm^(-2)、10^(10) cm^(-2)、10^(11)cm^(-2)、10^(12) cm^(-2)、10^(13) cm^(-2)、10^(14)cm^(-2)共7个中子注量照射后,NaI闪烁体组装的闪烁体探测器的性能变化。测量结果表明,NaI探测器除有较强的中子活化效应外,能量分辨率未发生显著变化,这为PGNAA设备中探测器的中子屏蔽设计和寿命估计提供了重要参数。