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中子诱发铁 / 铅等金属材料的 瞬发  能谱测量

中子诱发铁 / 铅等金属材料的 瞬发  能谱测量. 报告人：何铁. 核物理与化学研究所 204 室. 目录. 一 引言 二 实验安排 三 实验研究 四 结论与展望. 引言（一）. 14 MeV 中子与材料原子核的非弹散射 A(n, n ′ g )A 是一个重要的反应道。测量反应产生的  射线对深入了解中子与原子核的反应机制有重要意义。 测量中子与材料作用产生的特征瞬发  能谱，可获取材料的元素组成信息。这在工业无损检测、爆炸物及毒品的检测上有重要应用。. 引言（二）. 在中子场中，本底非常复杂。如何降低复杂环境本底的干扰，是此类测量工作需要解决的关键问题。

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中子诱发铁 / 铅等金属材料的 瞬发  能谱测量

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Presentation Transcript

  1. 中子诱发铁/铅等金属材料的瞬发能谱测量 报告人：何铁 核物理与化学研究所204室

  2. 目录 • 一 引言 • 二 实验安排 • 三 实验研究 • 四 结论与展望

  3. 引言（一） • 14 MeV中子与材料原子核的非弹散射A(n, n′g)A是一个重要的反应道。测量反应产生的射线对深入了解中子与原子核的反应机制有重要意义。 • 测量中子与材料作用产生的特征瞬发能谱，可获取材料的元素组成信息。这在工业无损检测、爆炸物及毒品的检测上有重要应用。

  4. 引言（二） • 在中子场中，本底非常复杂。如何降低复杂环境本底的干扰，是此类测量工作需要解决的关键问题。 • 伴随粒子技术可以有效的降低环境本底。已有的文献表明可将环境本底降低两个量级以上。 • 基本原理： • D-T反应中，中子与a粒子一一对应，通过测量a粒子“标记”中子，在空间上选择一个呈圆锥体形状的中子束。

  5. 引言（三）

  6. 引言（四） • 样品的特征g射线将集中在一个很窄的时间窗内。 • 通过时间窗可以选出与α粒子相关联的中子产生的瞬发γ，获得样品的特征γ能谱。

  7. 引言（五） • 中子诱发有机物元素（C、N、O）的特征g谱，国外做了大量的实验，所见的报道较多。 • 有关金属元素的报道较少，所见的报道中实验的结果与理论计算有较大的出入，并且所得能谱的能量下限较高。

  8. 目录 • 一 引言 • 二 实验安排 • 三 实验研究 • 四 结论与展望

  9. 实验安排 • 中子源：在ns-200加速器上，将D+离子束加速到120KeV轰击氚靶，获得源强约为2×107/4p·s的中子。 • a探测器： • 采用15 mm×0.1 mm的塑料闪烁体，与光电倍增管耦合。阳极输出信号的上升时间达到2 ns。 • 信号的上升时间比较短，对系统的时间晃动较小，有利于系统整体时间分辨的提高。 • 探测器前放置一厚度约7 m的铝箔，用于挡住散射的氘粒子。

  10. 实验安排 • 光导： • 为了消除光阴极不均匀性的影响，将闪烁体的闪光扩展而覆盖整个光阴极。同时也为了隔断真空。 • 通常所用的光导为有机玻璃，但有机玻璃无增透膜，透光性较差。 • 本实验改用长春光机所研制的k9玻璃光导。k9玻璃光导的折射率为1.516，表面有增透膜，透光率达到98%。

  11. 实验安排

  12. 实验安排 • g探测器： • 采用的是Saint-Gobain公司生产的5“×8”NaI(Tl)闪烁体配型号为XP4512B的光电倍增管。 • 该探测器的特点是：具有较高的探测效率、优良的能量及时间分辨、较强的抗中子辐照能力。 • 探测器对快信号的上升时间约为40 ns，对能量4.439 MeV射线的能量分辨好于5%。

  13. 实验安排 • 电子学框图：

  14. 目录 • 一 引言 • 二 基本原理 • 三 实验结果及讨论 • 四 结论与展望

  15. 实验结果及讨论 • 时间谱、能谱的测量结果与样品的性质密切相关，表1列出了实验用的样品的形状、质量等特性 。 表 1

  16. 实验结果及讨论 • 表2依据FENDL-1核数据库列出了14MeV中子与几种金属元素发生核反应的类型、能量及截面大小。这对于实验测得的g能谱起到检验作用。 表 2

  17. 实验结果及讨论 • 时间谱： • 以铁为样品的时间谱； • 峰的分辨很好半高宽（FWHM）达到了2 ns ； • 较低的一个峰是由于中子与样品的散射作用引起的，由于样品比较小，且中子和金属材料的散射截面也较小，所以散射峰较低。

  18. 实验结果及讨论 • 采用传统方法，直接测量得到铁的中子诱发特征g能谱： 由于本底很强，铁的各特征峰其乎都被掩盖掉了，在能量较高的部分，这种现象尤其明显。

  19. 实验结果及讨论 • 采用伴随a粒子法及飞行时间符合技术后，铁、铅、铝、镍的中子诱发特征g能谱：

  20. 实验结果及讨论 • 对于铁元素的特征能谱： • 0.847MeV和1.238MeV的中子诱发截面比较大，所以峰的高度明显比其他峰高。 • 能谱的下限得到延伸，可测到0.5MeV。 • 对于铝和铅，同样具有这样的特点。

  21. 实验结果及讨论 • 对于镍元素的特征能谱： • 除了1.334MeV的峰稍微高一点以外，其它三个峰的高度基本是一样的。 • 与表2所列的截面数据相一致。 • 与文献的理论计算较为一致。

  22. 目录 • 一 引言 • 二 基本原理 • 三 实验研究 • 四 结论与展望

  23. 结论与展望 • 采用伴随粒子法和飞行时间技术，配合以相应的电路和多道系统，可实现在复杂中子场条件下，中子诱发材料特征瞬发能谱的测量。 • 基于伴随粒子法的测量技术能够获得信噪比更高的能谱。 • 本工作参照FENDL-1核数据库对于能谱的处理还处于定性的阶段，如果采用更精确的定量处理方法，则有可能实现对截面的测量。

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