本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)核物理中的中子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高通量氘-氚(d-t)中子發(fā)生器中子平均能量的確定方法。

背景技術(shù)：

d-t中子源產(chǎn)生的中子能量能達(dá)到14mev能區(qū)附近，在此范圍內(nèi)，t(d,n)⁴he反應(yīng)截面大，中子產(chǎn)額高。同時(shí)d-t中子源的單色性好，可以測量單能點(diǎn)下的反應(yīng)截面。在中子核反應(yīng)試驗(yàn)中，最先考慮并確定的物理量就是入射中子能量，它是使得反應(yīng)截面有意義的基礎(chǔ)，當(dāng)前14mev中子主要是由d-t反應(yīng)得到。中子能量確定有反沖質(zhì)子法、核反應(yīng)法、飛行時(shí)間法等；但是在強(qiáng)流、旋轉(zhuǎn)靶以及中子源距離樣品過近的情況下，這幾種方法均不適用，而且在多能點(diǎn)進(jìn)行測量時(shí)，用這幾種方法過于繁瑣。不能測量較為極端下的中子能量，并且測量結(jié)果不精確。

在測量一些具有天然放射性物質(zhì)的中子核反應(yīng)截面時(shí)，因?yàn)槲镔|(zhì)本身就在不停的釋放射線，在測量時(shí)可能會產(chǎn)生非常強(qiáng)的本底，將由輻照產(chǎn)生的全能峰覆蓋，所以為了避免這種情況，我們需要大中子注量率、長時(shí)間的對放射性樣品進(jìn)行照射，從而使得相應(yīng)的計(jì)數(shù)能比本底有絕對的優(yōu)勢。

測量子核半衰期較長的反應(yīng)道和一些具有天然放射性的重核的反應(yīng)道時(shí)。為了獲得高中子注量率，需將樣品緊貼靶頭，這種情況下測中子能量，需將樣品加工的足夠小、足夠薄，而采用鈮鋯截面比法需要鈮鋯兩種樣品，樣品質(zhì)量引起的不確定度會增大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高通量氘-氚中子發(fā)生器中子平均能量的確定方法，解決了現(xiàn)有的測量方法不能測量較為極端下的中子能量，并且測量結(jié)果不精確的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行：

步驟一：利用⁵⁹co(n,2n)⁵⁸co與⁵⁹co(n,p)⁵⁹fe截面比確定在高通量、長時(shí)間輻照情況下的修正截面比的計(jì)算公式；

σ為反應(yīng)截面，ε^p為所測的特征射線全能峰效率；iγ為特征射線的強(qiáng)度；η為所測的同位素豐度；λ為衰變常數(shù)；t是總的中子照射時(shí)間；t1為從照射結(jié)束到測量開始的時(shí)間間隔，t2為照射結(jié)束到測量結(jié)束的時(shí)間間隔；c為實(shí)測的全能峰面積；f為總的活度校正因子；

步驟二：采用d-t源輻照4組樣品實(shí)驗(yàn)，每組樣品均由兩片nb，一片zr和一片co組成，并用伽馬譜儀測量伽馬能譜；

步驟三：對所述實(shí)驗(yàn)室測得的伽馬能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得相應(yīng)特征伽馬射線的全能峰計(jì)數(shù)；對伽馬能譜進(jìn)行解譜處理，獲得真實(shí)的全能峰計(jì)數(shù)；將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入步驟一中平均中子能量計(jì)算公式，驗(yàn)證方法的可靠性。

進(jìn)一步，步驟一中下標(biāo)co表示⁹co(n,2n)⁵⁸co，下標(biāo)fe表示⁵⁹co(n,p)⁵⁹fe，

進(jìn)一步，步驟二中樣品直徑都是20mm，其中zr樣品和co樣品的厚度為0.1mm，nb樣品的厚度為0.05mm。

進(jìn)一步，步驟二中測量時(shí)將兩片nb分別置于兩端，中間夾著zr片和co片，從面向中子源的一側(cè)起，疊放順序分別是nb、zr、co和nb，將樣品組用膠帶懸掛在細(xì)鐵絲制成的框架上，輻照時(shí)，同時(shí)在0°、45°、90°和135°進(jìn)行輻照，樣品與靶頭之間的距離是標(biāo)準(zhǔn)距離25.5cm，樣品輻照時(shí)間為6小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果是能夠測量較為極端下的中子能量，并且測量結(jié)果精確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中高通量氘-氚(d-t)中子發(fā)生器中子平均能量的確定方法流程圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中co樣品的兩個(gè)反應(yīng)道的截面比值的擬合曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例方法如下：

s1、利用⁵⁹co(n,2n)⁵⁸co與⁵⁹co(n,p)⁵⁹fe截面比確定在高通量、長時(shí)間輻照情況下的平均能量計(jì)算公式；

設(shè)下標(biāo)co表示⁹co(n,2n)⁵⁸co，下標(biāo)fe表示⁵⁹co(n,p)⁵⁹fe。則有

σ為反應(yīng)截面，ε^p為所測的特征射線全能峰效率；iγ為特征射線的強(qiáng)度；η為所測的同位素豐度；s＝1-e^-λt表示剩余核的生長因子；λ為衰變常數(shù)；t是總的中子照射時(shí)間；m為樣品質(zhì)量；d＝e^-λt1-e^-λt2為測量收集因子，t1為從照射結(jié)束到測量開始的時(shí)間間隔，t2為照射結(jié)束到測量結(jié)束的時(shí)間間隔；a為樣品元素的原子量；c為實(shí)測的全能峰面積；f為總的活度校正因子；k為中子注量率修正因子。

這兩個(gè)反應(yīng)都是在同一塊樣品上發(fā)生的，則質(zhì)量可以消掉，兩者的比值為

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的過程中，還可以通過一定方法繼續(xù)對上式進(jìn)行簡化，繼續(xù)降低不確定度。把計(jì)數(shù)項(xiàng)、修正項(xiàng)和含時(shí)間的各項(xiàng)移動到等式右邊，其余各項(xiàng)移動到等式左邊，設(shè)rco-fe表示修正截面比值，同時(shí)定義

則有

這樣定義r值的目的是為了降低不確定度。對上述公式解釋如下：在同次實(shí)驗(yàn)中，中子注量率可以消去；用同一個(gè)探測器時(shí)，探測效率可以消去；分析同一組核素時(shí)，分支比可以消去；用同一組反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)截面可以消去；用同一個(gè)樣品，樣品核數(shù)目可以消去。

s2、采用d-t源輻照4組樣品實(shí)驗(yàn)，并用伽馬譜儀測量伽馬能譜；

本次實(shí)驗(yàn)共使用4組樣品，每組樣品均由兩片nb，一片zr和一片co組成，其直徑都是20mm，其中zr樣品和co樣品的厚度為0.1mm，nb樣品的厚度為0.05mm。nb樣品的質(zhì)量約為250mg，zr樣品質(zhì)量約為600mg，co樣品質(zhì)量約為850mg。在樣品被輻照前，所有樣品均放在高純鍺γ譜儀上進(jìn)行測量，以檢查樣品中是否存在干擾測量的因素。

實(shí)驗(yàn)前，將兩片nb分別置于兩端，中間夾著zr片和co-135°進(jìn)行輻照，樣品與靶頭之間的距離是標(biāo)準(zhǔn)距離(25.5cm)，樣品輻照時(shí)間約為6小時(shí)。

s3、對實(shí)驗(yàn)室測得的伽馬能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，表1是本發(fā)明一實(shí)施例中各個(gè)能點(diǎn)下的各組樣品的r值。將相應(yīng)的全能峰計(jì)數(shù)，樣品的輻照時(shí)間、冷卻和測量時(shí)間，各子核的衰變常數(shù)以及計(jì)算得到的修正因子代入平均中子能量計(jì)算公式，得到不同能量點(diǎn)下r值。

表1

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中co樣品的兩個(gè)反應(yīng)道的截面比值的擬合曲線，由擬合曲線的r²≈1可知擬合曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好，由圖中可以看出能量與r值具有一一對應(yīng)關(guān)系，可以很好的適用于高通量、長時(shí)間輻照情況下的平均中子能量的確定，驗(yàn)證了平均中子能量計(jì)算公式的可行性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于：1)提出一種新的關(guān)于測量平均中子能量的試驗(yàn)方法，可以測量較為極端下的中子能量；2)通過數(shù)學(xué)變換，減少工作量的同時(shí)提高了結(jié)果的精度。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。