一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法技术

本发明专利技术涉及样品元素含量检测技术领域，具体为一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法，利用DT中子发生器产生的能量约为14.1MeV的快中子对待测样品进行活化(辐照)，样品中存在的铜元素会与快中子发生下列核反应：

【技术实现步骤摘要】
一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法


[0001]本专利技术涉及样品元素含量检测
，具体为一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法。

技术介绍

[0002]大块样品如文物、陨石样品、合金样品等物体内部的非破坏性元素分布检测分析一直是人们关注的重点。
[0003]目前，在测量分析领域中，核技术已经成为一项常规技术。它有其它分析技术所不具有的很多优点，由于中子和伽马射线呈电中性，不与原子核发生库伦相互作用，具有很强的穿透能力，成为样品内部检测的重要探针。近年来被广泛应用于工业、环境、医药等各领域。铜元素的分布测量在上述应用领域有着广泛的检测需求。
[0004]传统的元素分布检测技术只能给出样品的表面分布信息而很难深入样品内部，如激光诱导击穿光谱(LIBS)成像或者X射线荧光成像，两者均可对样品表面的元素分布进行检测，并有着较好的图像分辨率，但是其穿透能力差，不能无破坏性地给出较大样品的内部检测结果。
[0005]因此亟需设计一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
[0006]本专利技术中结合快中子活化分析和伽马射线符合测量技术，快中子与伽马射线都有很强的穿透能力，可实现较大样品中的Cu元素分布检测。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法，以解决上述
技术介绍
中提出的其穿透能力差，不能无破坏性地给出较大样品的内部检测结果的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法，包括中子发生器、环形阵列伽马射线探测器和待测样品，其特征在于：所述测量方法如下；
[0009]步骤一：将待测样品放置于一个旋转平台上，利用中子发生器产生能量为14MeV中子，用所述14MeV中子对待测样品进行辐照，辐照时间为8个半衰期，记录辐照时间t1，铜元素被活化后反应产生的放射性核素Cu
‑
62、Cu
‑
64发生β+衰变发射出正电子，正电子在飞行很短距离后发生湮灭放出两个能量为511keV的光子，能量相等方向相反，
63
Cu(n,2n)
62
Cu反应的能量阈值为11MeV；
[0010]步骤二：辐照完成后，将待测样品置于环形阵列伽马射线探测器中心，利用环形阵列伽马射线探测器对待测样品衰变发射的511keV的特征伽马射线进行符合测量，记录辐照结束至测量开始的时间，即冷却时间t2，将在较短时间范围内同时测量到的两个511keV的伽马射线作为一个正电子发射事件，即一次符合事件，位置位于两探测器的连线上，该位置
即为Cu元素在待测样品中分布的位置；
[0011]步骤三：在测得足够多的符合事件后，利用符合事件的计数率对待测样品中铜元素的总量进行计算；
[0012]步骤四：结合图像重建算法，利用符合事件重建铜元素在待测样品中位置分布图像。
[0013]优选的，所述中子发生器为发射14MeV中子的DT中子发生器。
[0014]优选的，所述环形阵列伽马射线探测器为环形阵列闪烁体探测器。
[0015]优选的，其特征在于：所述图像重建算法为利用大量复合事件反推Cu元素在样品中的位置分布图像。
[0016]优选的，对于能量为14MeV的快中子，此反应的截面(σ)约为400mb。
[0017]优选的，所述测量中子辐照后的样品γ放射性，根据中子活化过程中的活化片放射性活度随时间的变化曲线，可通过公式a计算样品中单核反应率(活化反应率)实验值r。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法突破传统方法无法无破坏性地对大样品内部的元素分布检测的局限，基于中子与伽马射线在物质中的强穿透能力，利用基于快中子活化和符合测量技术的检测手段，可以准确地给出大块样品内部铜元素的空间分布信息，其可以应用于工业、文物考古及航天器件等领域的关键部件检测，具有十分重要的应用价值。
附图说明
[0019]图1为本专利技术测试流程示意图；
[0020]图2为本专利技术待测样品不同位置的铜元素分布示意图；
[0021]图3为本专利技术待测样品铜元素空间分布测量示意图；
[0022]图4为本专利技术公式a；
[0023]图5为本专利技术公式b。
[0024]图中：1、DT中子发生器；2、中子发生器控制系统；3、样品旋转平台；4、样品移动机械臂；5、环形阵列闪烁体探测器；6、符合测量信号处理系统；7、信息处理与图像重建系统；8、待测样品。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]请参阅图1
‑
3，本专利技术提供的实施例：
[0027]一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法，包括测试平台，测试平台由辐照中子源项系统、样品移动系统和环形阵列探测器符合测量系统三部分组成；
[0028]具体的，DT中子发生器1、中子发生器控制系统2、样品旋转平台3、样品移动机械臂4、环形阵列闪烁体探测器5、符合测量信号处理系统6、信息处理与图像重建系统7和待测样品8，其中，辐照中子源项系统由DT中子发生器1和中子发生器控制系统2构成，中子发生器
控制系统2用于控制DT中子发生器1，样品移动系统由样品旋转平台3和样品样品移动机械臂4，样品移动平台3固定在样品移动机械臂4的移动端，通过样品移动机械臂4可带动样品旋转平台3移动，样品旋转平台3上用来放置待测样品8；
[0029]环形阵列探测器符合测量系统由环形阵列闪烁体探测器5、符合测量信号处理系统6及信息处理与图像重建系统7构成，如图1所示，中子发生器控制系统2和图像重建系统7都是基于计算机运行的，符合测量信号处理系统6则集成在芯片中运行，符合测量信号处理系统6处理、DT中子发生器1及环形阵列闪烁体探测器5都与此计算机电性连接，计算机及搭在符合测量信号处理系统6的芯片详细制作和工作原理皆为已知公开技术，在此不做过多阐述；
[0030]基于测试平台运行的测量方法如下；
[0031]步骤一：将待测样品8放置于样品旋转平台3上，利用DT中子发生器1产生能量为14MeV中子，用所述14MeV中子对待测样品8进行辐照，铜元素被活化后反应产生的放射性核素Cu
‑
62、Cu
‑
64发生β+衰变发射出正电子，正电子在飞行很短距离后发生湮灭放出两个能量为511keV的光子，能量相等方向相反，
63
Cu(n,2n)
62...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快中子活化及符合测量技术的铜元素分布测量方法，包括中子发生器、环形阵列伽马射线探测器和待测样品，其特征在于：所述测量方法如下；步骤一：将待测样品放置于一个旋转平台上，利用中子发生器产生能量为14MeV中子，用所述14MeV中子对待测样品进行辐照，辐照时间为8个半衰期，记录辐照时间t1，铜元素被活化后反应产生的放射性核素Cu
‑
62、Cu
‑
64发生β+衰变发射出正电子，正电子在飞行很短距离后发生湮灭放出两个能量为511keV的光子，能量相等方向相反，
63
Cu(n,2n)
62
Cu反应的能量阈值为11MeV；步骤二：辐照完成后，将待测样品置于环形阵列伽马射线探测器中心，利用环形阵列伽马射线探测器对待测样品衰变发射的511keV的特征伽马射线进行符合测量，记录辐照结束至测量开始的时间，即冷却时间t2，将在较短时间范围内同时测量到的两个511keV的伽马射线作为一个正电子发射事件，即一次符合事件，位置位于两探测器的连线上，该位置即为Cu元素在待测样品中分布的位置；步骤三：...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑大千，张继伟，赵冬，
申请(专利权)人：中南兰信南京辐射技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：