一种Li-6原子核数目的确定方法及确定系统技术方案

本发明专利技术提供一种Li

【技术实现步骤摘要】
一种Li
‑
6原子核数目的确定方法及确定系统


[0001]本专利技术涉及1eV～100keV能区中子注量(率)测量
，具体而言，涉及一种Li
‑
6原子核数目的确定方法及确定系统。

技术介绍

[0002]由于中子不带电，不能直接对其进行探测，一般采用核反应的方法进行测量，具体可以分为核反应法、核反冲法、核裂变法、核活化法四种方法
[1]。其中核反冲法利用中子与原子核的运动学碰撞，使得用于探测的原子核获得一定的动能，从而在探测器中形成信号，达到探测中子的目的，为了使用于探测的反冲核获得更大的动能，根据动量和能量守恒原理，采用氢元素作为反冲核是最合适的，同时为了保证探测器有好的信噪比，一般核反冲法用于1MeV以上中子的测量；由于绝大部分同位素与中子的俘获截面在低能部分较高，并随能量的增加而迅速下降，因此，核活化法一般用于低能中子的测量；
[0003]核裂变法是利用中子与易裂变同位素裂变反应产生裂变碎片，利用裂变碎片在探测器中产生信号用于探测中子，常用的易裂变同位素为U
‑
235和U
‑
238，由于中子与U
‑
238的裂变反应有一定的阈，中子与U
‑
238的裂变截面如附图图1所示，中子与U
‑
238的裂变截面在1.5MeV以上能区相对低能区较大，因此，U
‑
238非常适合用于1.5MeV以上强度较强中子的测量。
[0004]中子与U
‑
235的裂变截面如附图图2所示，中子与U
‑
235的裂变截面在低能部分较大，非常适合探测低能中子，另外，在1MeV以上能区，中子与U
‑
235的裂变截面也大于中子与U
‑
238的裂变截面，因此，在散射比较小的实验室环境或对散射屏蔽比较好的情况下，U
‑
235也适合探测1MeV以上的中子。
[0005]从图1和图2可以看出，无论是U
‑
235还是U
‑
238，其与中子的裂变截面在1eV～100keV能区，都存在可分辨共振，因此，都不适合探测这一能区的中子。
[0006]核反应法是利用中子与核反应截面较大的同位素反应产生带电粒子产物，利用带电粒子产物在探测器中产生信号用于探测中子，一般采用此方法所用的同位素为He
‑
3、Li
‑
6、B
‑
10；核反应法探测中子常用的同位素He
‑
3、Li
‑
6、B
‑
10与中子的核反应截面如附图图3所示，He
‑
3、Li
‑
6、B
‑
10都适合探测1eV～100keV能区的中子，在中子注量初级标准中，希望核反应能越大越好，这样有利于提高信噪比，减小阈下核反应计数修正带来的不确定度，3个反应的核反应能如表1所示：
[0007]表1中子与He
‑
3、Li
‑
6、B
‑
10反应放出的能量
[0008]同位素名称Q/MeVHe
‑
30.763Li
‑
64.782B
‑
102.789
[0009]如表1可以看出中子与Li
‑
6反应放出的能量最高，因此，从这个角度看，采用Li
‑
6测量中子注量(率)最合适。
[0010]要用Li
‑
6探测器确定中子注量(率)，首要条件是确定探测器中Li
‑
6原子核的数量，以Li
‑
6电离室为例，传统的称重方法是通过测量靶的质量和镀靶用底衬的质量获得靶物质的质量，然后根据靶物质中Li
‑
6所占份额计算出Li
‑
6原子核的数量，这种方法的最大问题是，由于镀靶技术的原因，靶的有效质量厚度一般不超过300μg/cm2，而用于支撑靶的底衬由于结构强度的关系一般质量厚度大于100mg/cm2，因此，称重法确定Li
‑
6原子核数量的主要不确定度来源于称靶带来的不确定度，即使称靶质量的不确定度为1
‰
，由此导致的Li
‑
6原子核数量的不确定度也大于33％，因此，对于中子注量初级标准来说，称重法确定Li
‑
6原子核的数量显然是不合适的。

技术实现思路

[0011]鉴于此，本专利技术的目的在于如何提高Li
‑
6电离室Li
‑
6原子核数量测量的准确度，以降低中子注量(率)测量的不确定度。
[0012]本专利技术提供一种Li
‑
6原子核数目的确定方法，包括以下步骤：
[0013]S1、采用热电离质谱法确定U靶的镀靶材料中U
‑
234、U
‑
235、U
‑
236和U
‑
238原子核数量所占份额；
[0014]S2、采用小立体角探测器测量已镀好的U
‑
235靶发射的alpha粒子脉冲幅度谱，在所述alpha粒子脉冲幅度谱上区分出U同位素和其子体形成的信号；
[0015]由于绝大部分铀子体发射的alpha粒子的能量大于5.1MeV，而U
‑
234、U
‑
235、U
‑
236和U
‑
238发射的alpha粒子的能量均小于4.8MeV，因此，在采用Pu
‑
239、Am
‑
241、Cm
‑
244混合源对小立体角测量系统进行能量刻度后，在测量的谱上很容易区分出U同位素和其子体形成的信号，能量大于4950.13keV的alpha粒子数量非常少，这是由于铀靶采用的铀物质都是经过离心机浓缩的，这样也去除了铀的子体，同时，铀衰变的半衰期非常长，具体数据如表2所示：
[0016]表2铀同位素衰变半衰期
[0017]铀同位素名称半衰期/yU
‑
2342.455E5U
‑
2357.04E8U
‑
2362.352E7U
‑
2384.468E9
[0018]S3、所述alpha粒子脉冲幅度谱获得的由U同位素衰变产生的alpha粒子数量设为N
a
，则N
a
可以表示为式(1)：
[0019][0020]式(1)中：
[0021]N
a
—表示由脉冲幅度谱获得的U同位素衰变产生的alpha粒子总数；
[0022]N
tot
—表示U靶中铀原子核总数；
[0023]R
234
、R
235
、R
236<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Li
‑
6原子核数目的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用热电离质谱法确定U靶的镀靶材料中U
‑
234、U
‑
235、U
‑
236和U
‑
238原子核数量所占份额；S2、采用小立体角探测器测量已镀好的U
‑
235靶发射的alpha粒子脉冲幅度谱，在所述alpha粒子脉冲幅度谱上区分出U同位素和其子体形成的信号；S3、所述alpha粒子脉冲幅度谱获得的由U同位素衰变产生的alpha粒子数量设为N
a
，则N
a
可以表示为式(1)：式(1)中：N
a
—表示由alpha粒子脉冲幅度谱获得的U同位素衰变产生的alpha粒子总数；N
tot
—表示U靶中铀原子核总数；R
234
、R
235
、R
236
、R
238
—表示U靶中U同位素所占份额；λ
234
、λ
235
、λ
236
、λ
238
—表示U同位素的衰变常数；t—表示测量的活时间；由式(1)计算出U原子核总量，再根据U同位素所占份额推算出各同位素原子核数量；S4、在相同中子标准场中相同位置获得U
‑
235裂变电离室的裂变碎片脉冲幅度谱和Li
‑
6电离室核反应产物脉冲幅度谱，推算出Li
‑
6电离室的注量响应；S5、获得Li
‑
6电离室的注量响应和Li
‑
6原子核数量的曲线，确定Li
‑
6电离室靶物质中Li
‑
6原子核数量。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述S4步骤的Li
‑
6电离室的注量响应确定方法包括以下步骤：S41、把U
‑
235裂变电离室放置在单能中子标准场中一确定位置，测量获得探测器前端处的中子注量率表示为式(2)：式(2)中：—表示裂变电离室前端处的中子注量率；n
f
—表示含本底的探测器裂变碎片计数率；n
f0
—表示本底的计数率；R
f
—表示裂变电离室注量响应；C
t
—表示阈下裂变碎片修正系数；C
a
—表示靶自吸收修正系数；n
f
从获得的裂变碎片脉冲幅度谱上获得，n
f0
采用影锥法
[2]
获得，C
t
通过函数拟合外推获得，C
a
通过经验公式(3)获得：式(3)中：
t
u
—表示靶物质的质量厚度(mg
·
cm
‑2)；σ—表示靶物质质量厚度的标准偏差(mg
·
cm
‑2)；R—表示裂变碎片在靶中的平均射程(mg
·
cm
‑2)；S42、把待确定靶中Li
‑
6原子核数量的Li
‑
6电离室放置在U
‑
235裂变电离室的位置，Li
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李立华，李玮，刘蕴韬，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：