瞬发伽马活化分析与中子层析照相联合测量技术

介绍瞬发伽马(中子)活化分析(prompt gamma-ray neutron activation analysis,PGAA/PGNAA)技术的发展应用情况与国际上的最新研究成果。将PGAA与中子层析照相(neutron tomography,NT)技术结合,利用中子层析照相重建结果,得到样品内部三维结构,研究中子束流在样品内部的衰减过程,确定样品内部特定位置处的中子束流强度,获得其强度分布。结合PGAA与NT,可以实现不对样品拆解取样,对其内部元素成分进行三维分布分析。国际上,德国FRMⅡ研究堆与匈牙利布达佩斯研究堆的中子束流上已建成相关装置,并在天文、考古领域得到应用。国内相关研究也相继启动。

CARR堆瞬发伽马活化分析系统的初步设计

基于中国先进研究堆(CARR),采用蒙特卡罗方法设计并优化了瞬发伽马中子活化分析系统,确定了该分析系统的整体结构、关键组成部件的物理和几何参数。20cm的单晶铋过滤器能够提高中子束中热中子的份额,也极大地屏蔽了来自堆芯的伽马射线;多层材料单段柱型准直的设计能够保证照射位置较高的中子注量和较低的本底。整个装置的屏蔽设计充分考虑到了材料的质量、体积和成本等因素,通过MCNP模拟结果最终确定了各屏蔽材料的尺寸。模拟结果显示,所设计的装置能满足辐射防护和低本底的要求,达到了最初的设计目标。

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。

瞬发伽马中子活化分析技术在重介分选智能控制中的研究与应用

精准可靠的煤质在线检测是稳定商品煤质量、提高精煤产率、实现煤炭分选智能控制的关键一环。为实现重介精煤灰分的在线检测,设计了一套基于瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)技术的煤质在线检测系统。测试结果表明:将该系统用于重介块精煤灰分测量的动态标准差可达到0.105%;与人工控制系统相比,基于PGNAA技术的重介分选智能控制系统将重介精煤灰分的动态标准差降低了0.18个百分点,精煤产率提升了0.95个百分点。

基于瞬发伽马中子活化分析技术的元素标准谱的研发

在工业、环境和科学研究领域,元素分析的需求越来越大,而元素标准谱的准确性直接影响元素分析的准确性。本文研究了瞬发伽马中子活化分析(prompt gamma-ray neutron activation analysis,PGNAA)技术元素标准谱的构建,通过开发标准谱生成器(East China University of Technology Prompt Gamma-ray,ECUTPG),用于生成中子活化分析应用的标准谱。本文验证了LaBr3探测器与中子发生器一体机在元素分析载荷应用中,元素标准谱库的建立和实际效果,并通过解谱方法显示该元素标准谱库的可行性与准确性。

基于瞬发伽马中子活化分析技术的工业物料成分实时在线检测仪器

为满足我国资源密集消耗型工业企业节能降耗、提升效益的重大需求,南京航空航天大学牵头联合中国科学技术大学、兰州大学、苏州大学、东北师范大学、武汉科技大学、北京宏信核诚仪器设备有限公司以及(中核)北京核仪器厂等9家单位共同完成了国家重大科学仪器设备开发专项项目“工业物料成分实时在线检测仪器的开发和应用”(项目编号:2013YQ040861)。

基于镅铍中子源的核素分析探测系统优化

基于镅铍中子源及瞬发伽马分析技术,构建了核素分析探测系统,对系统进行了优化设计;实验测量了屏蔽设计对瞬发伽马能谱的影响,评估了LaBr_3:Ce探测系统的探测下限。结果表明,设计的慢化屏蔽结构有效提高了待测样品中的热中子密度,同时降低了伽马本底;系统能够实现核素的定性分析测量,对C、H、O、N等常见核素的探测下限约在千克量级。

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.

应用MOCA程序设计煤料PGNAA实验装置

为促进国内煤料瞬发γ中子活化分析(prompt gamma neutron activation analysis,PGNAA)技术开发,本研究使用基于蒙特卡罗模拟方法的MOCA程序对煤料PGNAA技术常用中子源252 Cf进行模拟建模,并对252 Cf中子源在煤料和常用慢化体聚乙烯中的中子场分布进行模拟计算,得到了源距与中子通量的关系曲线。通过模拟计算的结果,结合煤料PGNAA的测量过程和实验室情况,设计了既可表征大批煤料PGNAA过程又可实现辐射防护的实验装置。使用该装置开展实验室实验,取得了具有明显特征峰的实验谱图和良好线性的灰分标定系数,表明设计的实验装置具有适宜性,可利用该装置对煤料PGNAA进行进一步实验室研究。