PGAI瞬发伽玛射线活化成像技术理想化模型的模拟

为了讨论PGAI技术分析的准确性,并验证冷中子和热中子应用于PGAI技术的可行性,通过蒙特卡罗模拟计算软件对PGAI技术理想化模型进行了研究,采用高准直的冷中子及热中子束和高纯锗探测器,对一块5 cm× 5 cm×1 cm均匀铁单质样品进行了模拟计算及图像重建,选取的等效体积大小为1 cm×1 cm×1 cm。结果显示:两种能量中子可以用于PGAI技术实现元素分布测量,但无论使用何种能量中子,由于物料体效应带来的中子自屏效应、中子散射效应以及伽马射线自吸收作用,即便在对均匀单质样品进行测量时,图像重建结果也无法保证各位置元素响应的一致性。因此,在后续工作中,需理清PGAI物理机制,建立相应的修正模型。     

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。     

利用252 Cf快裂变室测量BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数

本文利用²⁵²Cf快裂变室和多参数数据采集系统,逐事例的同时记录了自发裂变中子和瞬发伽马的飞行时间(TOF),脉冲形状甄别(PSD)和反冲能量(RE,裂变中子是通过测量反冲质子;瞬发伽马是通过测量康普顿反冲电子)三维信息.详细介绍了通过离线数据分析完全扣除三维信息中的伽马事例贡献,以获得Φ50.8 mm×50.8 mm的BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数的方法.在不通过探测器响应函数进行数据转换的条件下,利用中子的能量直接确定了中子的有效测量阈值.得到的中子 关键词： 252Cf快裂变室')" href="#">²⁵²Cf快裂变室 BC501A液闪探测器 相对探测效率 响应函数     

Z箍缩中子编码诊断系统模拟平台搭建

开发了基于Geant4的Z箍缩中子编码成像系统模拟平台,实现聚变中子编码成像诊断系统各关键部件的完整模拟。获得了低中子产额（约1010量级）下,中子经编码孔编码后在闪烁体阵列中形成的发光分布图像。利用维纳滤波、Richardson-Lucy（RL）及遗传算法（GA）对低中子产额下获得的极低信噪比图像进行重建,并对信噪比、中子产额及重建效果进行了对比研究,结果表明:遗传算法对低信噪比中子编码图像的重建具有很强的鲁棒性;中子编码图像的信噪比与遗传算法重建结果的准确性呈正比。     

基于PGNAA的化学武器识别

未知化学武器弹药的定性识别在犀护社会安全方面是十分重要的,可指导化学武器的分类处理。瞬发伽马射线中子活化分析（PGNAA）技术利用分析活化产生的伽马射线能谱可以实现对物质中元素的无损,快速检测,在化学武器识别中具有独特的优势。因此,本研究基于PGNAA技术进行了化学武器弹药类型识别装置的设计,同时使用逻辑树判别方法对化学武器样品进行定性分析。首先,基于高纯锗（HPGe）探测器与Cf-252中子源,使用蒙特卡罗MCNP程序对装置结构进行设计优化,主要包括中子源容器尺寸、伽马屏蔽体厚度以及探测器相对位置等。为了最大化样品活化产生的特征伽马射线,需要提高样品位置处的热中子通量,采用聚乙烯作为慢化体,模拟结果显示聚乙烯厚度达到6 cm,宽度达到12 cm时,样品中热中子通量达到较高水平。为了降低周围材料活化噪声的干扰,选择铅作为屏蔽结构,模拟显示铅屏蔽厚度达到5 cm时,可满足屏蔽要求。同时,探测器与样品之间的距离也会影响对伽马射线的探测,最终模拟确定探测器与样品之间的距离为28 cm时,特征信号计数最高。根据优化结果搭建测量装置,使用分析纯试剂根据真实化学武器元素含量配制化学武器模拟样品,通过对5种化学武器模拟样品的测量获得伽马能谱。对能谱中的特征峰处理过程中,基于特征峰对元素进行分析,针对计数统计性较好的元素（如H,Cl,S）的特征峰,使用高斯及多项式拟合的方式对特征峰处的高能量康普顿平台进行扣除,获得特征伽马射线的全能峰信息。而对统计性较差的元素特征峰（如N元素的10.829 MeV）,采用能量区间加和法,对该能量下的全能峰至单逃逸峰之间的计数求和,进而可确定该元素在样品中的存在情况,最后利用建立的逻辑树判别方法根据元素存在信息对样品类型进行判别。实验结果表明,利用该优化的装置可以获得5种模拟样品的能谱,结合能谱分析方法可以得到化学武器模拟样品中的H,Cl,S和N等元素的存在信息,最后使用逻辑树判别方法可以对化学武器样品种类进行判别。     

人发中铜、锌和锰的原子吸收测定法

目前国内外测定人发中痕量元素的主要方法有中子活化法、原子吸收法和X-荧光光谱法等。本文采用火焰原子吸收法测定了经湿法、干法和高压消解法消解后人发样品中的铜、锌和锰。并对其测定条件、标准回收和方法的精确度进行了研究,取得了满意的结果。同时对广西巴马县长寿调查和广州九十高令人发样品进行了测试,结果同文献相符。     

同步辐射X射线衍射增强CT方法研究

本文将同步辐射硬X射线衍射增强成像方法应用于材料无损检测CT方法中（简称衍射增强CT法）,并对自制样品进行投影成像重建,获得了非常清晰的样品内部结构图像,并与样品的单晶吸收成像CT重建结果进行对比.结果表明,对于吸收系数相近的结构材料,衍射增强CT法可得到更好的物质内部边界.     

瞬发γ活化分析系统的建立

瞬发γ中子活化分析是重要的核分析方法之一,是H和B等轻元素的重要分析手段,近年来应用范围不断增加.概要介绍了瞬发γ中子活化分析的基本原理,重点介绍了中国原子能科学研究院重水研究堆热中子束瞬发γ中子活化分析实验装置以及50 keV－11 MeV的宽能区γ效率刻度方法.还应用瞬发γ中子活化分析分析了海底锰结核标准物质GSPN 3中11种元素,结果与标准值基本一致.Neutron induced prompt γ activation analysis(PGNAA),is one of the nuclear analytical method,which is a powerful tool for H,B,etc.undestructive determination.The applications of PGNAA are increased in recent years.In this paper,the basic principle of PGNAA was introduced briefly.The facilities of PGNAA in HWRR of China Institute of Atomic Energy as well as the efficiency calibration for a wide range gamma from 50 keV to 10 MeV were emphasized.A deep sea polymetallic nodule CRM,GSPN 3 was analyzed by using PGNAA in this work,the results have agreement with the certified values.     

中子半影成像的计算机断层重建技术

实际用于中子半影成像重建的方法都是线性方法,而计算机断层重建是一种能够用于中子半影成像重建的新方法.介绍了中子半影成像的断层重建原理,将半影成像的诊断图像沿径向等角度提取、微分后就可以使用断层重建方法重建.给出了使用卷积反投影方法重建不同噪声诊断图像的结果,并分析了断层重建的优缺点.重建结果表明,断层重建方法能够重建出...     

谱-空间2D ESR成像

在Bruker ER 200D ESR 谱仪上安装一套自制的谱-空间2D ESR成像系统,这套系统由一对梯度场线圈、电源、微机及图像重建程序组成. 用滤波反投影图像重建方法,实现了两种自由基样品的谱-空间2D ESR成像,由2D 图像得到样品中自由基的自旋密度空间分布及相应的波谱参数. 讨论了成像参数与图像精度的关系.     

大质量样品厚度对中子活化定量分析的影响和修正

滑石粉的主要化学成分是Mg3[Si_4010](OH)_2,通过检测面粉中~(24)Mg和~(28)Si原子核的含量,可以计算出面粉中滑石粉的含量.利用中子活化分析方法测量面粉中~(24)Mg和~(28)Si原子核的含量问题时,被测样品内部中子通量和能量随厚度的变化以及γ射线自吸收效应会对测量结果有较大的影响.利用MCNP5 (Monte Carlo N-particle transport code system 5)模拟了中子通量和能量与样品厚度变化的关系,并利用氦3正比计数管测量样品不同厚度处中子通量,结果显示MCNP5模拟结果与实验测量结果基本相符.通过MCNP5模拟和碘化钠探测器测量,研究了γ射线自吸收效应与样品厚度的关系,确定了6.6 cm的样品厚度为最佳实验条件,根据模拟结果给出了特征γ射线计数与样品厚度的关系式,并与实验进行对比,结果符合得较好.     

Neutron moderation in a bulk sample and its effects on PGNAA setup geometry

In a prompt gamma ray neutron activation analysis (PGNAA) setup, the neutron moderation in the bulk sample also plays a key role. This can even dominate the thermalization effects of the external moderator in some cases. In order to study the neutron moderation effect in the bulk sample, moderators with two different sizes of the sample were tested at the King Fahd University of Petroleum & Minerals (KFUPM) PGNAA facility. In these tests, the thermal neutron relative intensity and prompt gamma ray yield from the two moderators were measured using nuclear track detectors (NTDs) and NaI detector, respectively. As predicted by Monte Carlo simulations, the measured intensity of thermal neutron inside the large sample cavity due to the external moderator was smaller than that from the smaller sample cavity. Due to its larger size, additional thermalization of neutrons will take place in the larger sample. In spite of smaller thermal neutron yield from the external moderator at the large sample location, higher yield of the prompt gamma ray was observed as compared to that from the smaller sample. This confirms the significance of neutron moderation effects in the bulk sample and can thereby affect the PGNAA geometry size. This allows larger samples in conjunction with smaller moderators in the PGNAA setup.     

Sample to moderator volume ratio effects in neutron yield from a PGNAA setup

Performance of a prompt gamma ray neutron activation analysis (PGNAA) setup depends upon thermal neutron yield at the PGNAA sample location. For a moderator, which encloses a sample, thermal neutron intensity depends upon the effective moderator volume excluding the void volume due to sample volume. A rectangular moderator assembly has been designed for the King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM) PGNAA setup. The thermal and fast neutron yield has been measured inside the sample cavity as a function of its front moderator thickness using alpha particle tracks density and recoil proton track density inside the CR-39 nuclear track detectors (NTDs). The thermal/fast neutron yield ratio, obtained from the alpha particle tracks density to proton tracks density ratio in the NTDs, shows an inverse correlation with sample to moderator volume ratio. Comparison of the present results with the previously published results of smaller moderators of the KFUPM PGNAA setup confirms the observation.     

Monte Carlo方法计算快中子在样品中多次散射和通量衰减修正因子

本文叙述计算快中子在样品中自吸收通量衰减因子以及(n,γ)和(n,n')反应多次散射修正因子的Monte Carlo方法数学处理过程。     

Standardization problems in INAA of large organic samples

For the practical application of large sample activation analysis, an extensive characterization of the irradiation facility and of the measurement system — of sample size, flux-gradient, maximum count rate, size of irradiation and counting containers, estimation of created activity after irradiation and dose rate — is required. The term, “large samples” is not unequivocal. Here the consideration is restricted to samples from several grams to 100 or 200 grams, which can be irradiated in existing irradiation facilities. Calculations were performed for about 1200 organic samples divided into 18 groups. The results are in about 400 tables. The effective Z number, Z/A ratio, mass attenuation for several gamma lines, the relative contribution of the main absorbing elements in the sample for effective cross sections and for gamma transmission are calculated for each sample. All these data have been calculated for various sizes of irradiation and measuring containers. Macroscopic thermal, epithermal, scattering and transport cross sections were used for calculation of self-shielding by five different methods. Owing to the limited space only a selection of the most pertinent values characterizing each group of samples is presented and discussed. The main differences of Large Sample NAA to other nuclear analytical methods are self-shielding and gamma attenuation in the sample. The main object of this paper is to show up problems that may arise in LS-NAA through self-shielding and gamma attenuation.     

中国先进研究堆中子科学平台发展现状及展望

依托中国先进研究堆(CARR)高通量中子源,建成了初具规模的中子科学平台,具备中子散射、中子成像和中子活化分析等多种研究技术。其中,中子散射技术包括中子衍射、小角中子散射及中子反射、非弹性中子散射,可以用于分析材料微观结构和动力学性质;热中子成像和冷中子成像可以用于材料内部缺陷等无损检测;中子活化分析系统可以用于物质内核素成分分析。目前已建成和在建中子谱仪共计19台,并初步配备了样品环境装置,为相关应用研究提供了条件基础,可为我国物理、化学、材料科学、生命科学、能源和环境等领域基础研究及工业应用提供重要技术支撑。CARR中子科学平台始终坚持合作共享对外开放的宗旨,将继续为国内外用户提供优质中子技术,服务基础科学前沿和国家重大创新需求研究。     

可移动式中子监测隐性爆炸物系统的初步探索与研究

瞬发γ中子活化分析技术具有快速、原位、不需取样、准确、灵敏度高且能够实时多核素在线分析的特点,因此该技术是监测隐性爆炸物,尤其是非金属类爆炸物的最有效手段之一.在国内外有不少科技工作者对中子法监测隐性爆炸物技术进行了大量的研究,并取得了一定的成绩.主要对中子技术探测地雷和隐性爆炸物的各种方法和技术路线进行讨论,对同位素镅铍中子源和14 MeV脉冲中子管活化分析方法进行了初步探索研究,并对可移动式系统的源探的几何布置进行了探讨.Because it can on line analyze many elements quickly and precisely without sampling and movement, prompt gamma neutron activation analysis is one of the most effective methods to monitor latent dynamite especially nonmetal. Many researchers studied the neutron detecting latent dynamite technique and get some achievements. This paper mainly discussed each method and technology route of neutron detecting landmine and latent dynamite, studied the Am Be isotope neutron source and 14 MeV pulse neutron tube activation analysis, and analyzed the geometrical layout of movable system.