核工程與核技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）銀活化探測系統(tǒng)初探

1、東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文）題題 目目 銀活化探測系統(tǒng)初探銀活化探測系統(tǒng)初探 英文題英文題 the preliminary explore of sliver activation probing system 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 專專 業(yè)業(yè) 核工程與核技術(shù) 班班 級級 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要二二 零零 一一 一一 年年 六六月月摘摘 要要中子同其他中性輻射一樣，本身不帶電，所以中子通過物質(zhì)時(shí)和物質(zhì)中的電子是不發(fā)生作用的，因此中子在物質(zhì)中不能直接引起電離，所以中子的探測比帶電粒子和 射線的探測要困難的多。中子活化探測技術(shù)為中子的探

2、測帶來了革命，成為探測中子的主要手段。銀活化探測系統(tǒng)是依據(jù)部分穩(wěn)定核素經(jīng)中子輻照后具有放射性，通過測量積累的放射性活度可以求出中子注量（率）達(dá)到探測中子的目的。能夠用作活化材料的元素很多，較常用的有銦、銀、銅、鋁、鉛及金等。銀具有半衰期比較合適，對慢中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量適中便于測量以及銀片本身較軟，很容易加工成薄片等特點(diǎn)，使銀成為最常用的一種激活片。本論文的主要工作就是通過對大量文獻(xiàn)資料的調(diào)研及總結(jié)來研究銀活化探測系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。為進(jìn)一步理解和掌握銀活化探測系統(tǒng)，本論文詳細(xì)介紹了銀活化探測系統(tǒng)工作原理、探測步驟及特點(diǎn)；并以中子活化探測技術(shù)的發(fā)展歷史為主線，介紹銀活化

3、探測系統(tǒng)在各領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景。并通過對比得出銀活化探測中子注量的許多優(yōu)點(diǎn)。充分顯示它在中子注量(率)和中子產(chǎn)額的測量中的廣闊應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：銀活化；銅活化；鉛活化；中子注量測量；東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要abstractneutrons itself is not charged ,similar to other neutral radiation, so the neutron and the electronic in the substance are not work when it get through substance . and neutrons

4、in matter can not directly to the left, so the exploring of neutron will be more difficult than the exploring of charged particle and the gamma rays .the detection technology of the neutron activation brings the revolution for the exploration of the neutron, becoming the main means to detect the neu

5、tron. the silver activation detection system is based on the part of the stable neutron element possesses radiation after being radiated by neutron , then we can get the amount of neutron by measuring accumulated radioactive rate ,then we can realize the purpose of detecting the neutron .there are m

6、any elements that can be used for the activation material, what are commonly used are indium, silver, copper, aluminium, lead and gold, etc. the silver has some characteristics ,for example, it has a adequate ageing period ,and possesses a bigger activation section to slow neutron, and generates fit

7、 radioactive particles energy ,facilitating the measurement and silver itself is a soft and easy to be processed into flakes, and so on .these characteristics make silver become the most common activation piece . the main work of this paper is to study the development of the status at home and abroa

8、d through a large number of documents and summary of researches .in order to further understand and master the neutron activation technique, the paper described detailly the working principle, the working process and the features of the neutron activation analysis technology. and then in accordance

9、with the history of development of the technology, the paper introduced the development trends and application prospects in various fields, in which there is also a simple comparison among the cu activation , ag activation and pb activation of three types on their applications in the field of nuclea

10、r radiation detection to highlight their respective strengths and weaknesses, and fully demonstrate their broad application prospects in the field of nuclear measurement .keywords: neutron activation analysis； cu-activated； ag-activated； pb-activation東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄緒論 .11銀活化探測系統(tǒng)分析概述 .31.1 活化分析的

11、分類.31.2 活化分析的基本原理.31.3 銀活化探測系統(tǒng)分析的主要特點(diǎn).41.4 銀活化探測系統(tǒng)測量的方法步驟.52.銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 .92.1 中子活化分析的發(fā)展歷史.92.2 銀活化探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.102.3 銀活化探測系統(tǒng)的應(yīng)用.123.三種活化法的比較和活化分析的優(yōu)點(diǎn) .143.1 三種活化法的比較.143.1.1 銅活化法8.143.1.2 鉛活化法2.163.1.3 銀活化探測系統(tǒng)5,7.163.2 活化分析的特點(diǎn)有點(diǎn).17結(jié)論 .18致謝 .19參考文獻(xiàn) .20東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論1緒論緒論銀活化探測系統(tǒng)即是中子活化分析的應(yīng)用，中子同其他中性輻射一

12、樣，本身不帶電，所以中子通過物質(zhì)時(shí)和物質(zhì)中的電子是不發(fā)生作用的，因此中子在物質(zhì)中不能直接引起電離，所以中子的探測比帶電粒子和下射線的探測要困難的多。中子活化法是探測中子的一種有效手段，它是依據(jù)部分穩(wěn)定核素經(jīng)中子輻照后具有放射性，通過測量積聚的放射性活度可以求出中子的注量(率)，達(dá)到探測中子的目的。該法是用一定能量和流強(qiáng)的中子轟擊待測試樣，然后測定由核反應(yīng)生成的放射性核素衰變釋放出的緩發(fā)輻射或者直接測定核反應(yīng)中放出的瞬發(fā)輻射，從而實(shí)現(xiàn)元素的定性和定量分析?；诤嘶罨ǖ闹凶犹綔y器主要用于高中子注量率、并伴有強(qiáng) x 和強(qiáng) 輻射的場合下進(jìn)行中子探測。活化法的這種強(qiáng)的抗干擾特性使它優(yōu)于其它探測方法，因

13、而使它被應(yīng)用到強(qiáng)脈沖輻射場的中子診斷中成為可能。但還是需要從活化材料的選擇和探測器的設(shè)計(jì)方面入手使活化法真正在脈沖輻射場診斷中具備平的能量響應(yīng)和較高的探測效率。中子活化分析作為探測、了解中子性能的一種手段，從 1936 年匈牙利化學(xué)家赫維西及合作者首次建立活化分析以來，至今已有近七十年的歷史了?；罨治鍪且环N核分析技術(shù)，在初期，它只是作為原子能技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一種副產(chǎn)物，而今天活化分析技術(shù)己大規(guī)模的應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、地球化學(xué)、考古學(xué)以及眾多的其他領(lǐng)域中。在可以用于活化分析的各種入射粒子中，中子，特別是熱中子，以其對平能量響應(yīng)銀活化探測器研制及其在強(qiáng) x、 場中中子注量測量

14、研究物質(zhì)強(qiáng)的穿透能力和對多種元素高的作用截面，構(gòu)成了活化分析家族的主流?；罨ㄔ诿}沖中子測量方面主要用來對中子注量率進(jìn)行定量分析。在核物理中，凡涉及到研究中子與原子核相互作用的問題，都首先遇到中子注量率測量問題，中子注量率測量的準(zhǔn)確性直接影響各種參數(shù)測量的準(zhǔn)確性。銀活化探測系統(tǒng)是依據(jù)部分穩(wěn)定核素經(jīng)中子輻照后具有放射性，通過測量積累的放射性活度可以求出中子注量（率）達(dá)到探測中子的目的。能夠用作活化材料的元素很多，較常用的有銦、銀、銅、鋁、鉛及金等。銀具有半衰期比較合適，對慢中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量適中便于測量以及銀片本身較軟，很容易加工成薄片等特點(diǎn)，使銀成為最常用的一種激活片。

15、本論文的第一部分講述銀活化探測系統(tǒng)概述。從活化分析的分類,活化分析的原理，銀活化探測系統(tǒng)的特點(diǎn)和銀活化探測的測量步驟幾個(gè)方面闡述;第二部分主東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論2要經(jīng)書銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。從活化分析的歷史，銀活化探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和銀活化探測系統(tǒng)的應(yīng)用幾個(gè)方面闡述。第三部分講述了三種活化法的比較和銀活化法的優(yōu)點(diǎn)。最后通過上面的闡述，總結(jié)銀活化探測技術(shù)的應(yīng)用前景和對未來銀活化探測系統(tǒng)的展望。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述31銀活化探測系統(tǒng)分析概述銀活化探測系統(tǒng)分析概述銀活化探測系統(tǒng)分析作為一門新興的學(xué)科，由于其在中子注量測量和中子產(chǎn)額測量中發(fā)揮著不可替代

16、的作用，越來越受到人們的重視。下面，就銀活化探測系統(tǒng)做簡單的分析概述。1.1 活化分析的分類活化分析的分類為了更加深入全面的了解銀活化探測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，下面先簡述活化分析的分類方法。按照射粒子分，可分為三類：中子活化分析（銀活化探測系統(tǒng)就是屬于中子活化分析）帶電粒子活化分析光活化分析當(dāng)然，上述分類方法并末包括活化分析種類的全部。還可以按性質(zhì)分，按活化方法分。瞬發(fā)輻射活化分析這種方法近年來有一定發(fā)展，它也可以作為常規(guī)活化分析的一種補(bǔ)充。1.2 活化分析的基本原理活化分析的基本原理中子與原子核相互作用時(shí)，輻射俘獲是很主要的過程。穩(wěn)定的原子核吸收中子后形成一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核，復(fù)合核通過發(fā)射一個(gè)

17、或幾個(gè) 光子迅速躍遷回到基態(tài)。這種俘獲中子，放出 光子的過程叫輻射俘獲，用(n，）表示。新生成的核素一般都是放射性的核素，會放出 射線或 射線。若活化材料的反應(yīng)截面精確已知，則通過被中子照射一段時(shí)間后的活化材料中所生成的放射性的測量，并根據(jù)所形成的核素的衰變綱圖，可以算出活化材料中形成的放射性活度，從而求得中子注量。銀活化探測器主要被用來測量慢中子，銀元素對于慢中子的核反應(yīng)方程如下: 107ag 天然豐度為 51.82%，109ag 天然豐度為 48.18%，活化后生成的放射性核素放射 粒子能量分別為 1.6mev 和 2.9mev。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述41.3

18、 銀活化探測系統(tǒng)分析的主要特點(diǎn)銀活化探測系統(tǒng)分析的主要特點(diǎn) 銀活化片僅對熱中子的反應(yīng)截面高，對銀的兩種同位素而言，中子被共振俘獲(活化)的能量低于 100ev，因此快中子和銀并沒有明顯的反應(yīng)截面，為了測量快中子的需要常使銀活化計(jì)數(shù)器埋于由石蠟或聚乙烯組成的慢化體材料中。中子不帶電荷，磁矩又很小，所以它和物質(zhì)的相互作用主要表現(xiàn)為中子與介質(zhì)原子核的相互作用，即中子的彈性散射、非彈性散射和吸收。中子源產(chǎn)生的快中子進(jìn)入物質(zhì)以后，一般經(jīng)過一、二次非彈性散射能量就降低到介質(zhì)原子核的第一激發(fā)態(tài)以下，這時(shí)主要是彈性散射，經(jīng)過幾十次或上百次的彈性散射，中子能量降低為熱中子，這一過程稱為中子的慢化，然后，熱中子通

19、過擴(kuò)散直到最后被核俘獲。由于天然銀具有兩種同位素，因此活化以后的值為:設(shè)慢中子與109ag 的反應(yīng)截面為。與107ag 的反應(yīng)截面為 。生成的放射性核110ag 的衰變常數(shù)為 ，放射性核108ag 的衰變常數(shù)為 ，中子注量為 。t0 時(shí)刻取出激活片，t1 時(shí)刻開始測量，t2 時(shí)刻結(jié)束測量，那么 t1 到 t2 之間測到的放射性核110ag 衰變總數(shù)將是)1 ()()()()( )()( 0)( 21002010110020111001110110tttttagttttagttagageeeneetnetnn （11） t1 到 t2 之間測到的放射性核 108ag 衰變總數(shù)將是)1 ( )()

20、()( )( )( )( 0)( 21002010108020110801108108tttttagttttagttagageeeneetndtetnn （12）其中：東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述5%82.51107107aagagnndsn （13）%18.48109109aagagnndsn （14）他們分別為材料中的107ag 的原子核數(shù)與材料中的109ag 的原子核數(shù)。若探測系統(tǒng)的總探測效率為 ，計(jì)數(shù)本底為 b，記錄系統(tǒng)的計(jì)數(shù)為 c，則:)()(108110agagnnbc （15）在銀活化探測器中，利用銀元素被活化后的放射性核具有 放射性的特點(diǎn)，將對慢中子探測

21、轉(zhuǎn)換為對 射線的探測。gm 計(jì)數(shù)器是一種被廣泛用來測量 粒子數(shù)目的氣體探測器，當(dāng)入射粒子經(jīng)過薄窗進(jìn)入 gm 計(jì)數(shù)管后，利用核輻射在氣體中的電離效應(yīng)，收集由電離效應(yīng)產(chǎn)生的電離電荷來探測核輻射。由于 gm 計(jì)數(shù)器中的氣體放大機(jī)制中存在雪崩再生現(xiàn)象，因此陽極收集到的電荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射粒子電離產(chǎn)生的粒子對電荷并且與原總電離數(shù)無關(guān)，因此輸出的脈沖幅度較大。由于 g 一 m 計(jì)數(shù)器在銀活化探測器系統(tǒng)中有著重要的作用。下面將介紹 g一 m 計(jì)數(shù)器的一些重要特點(diǎn)。gm 計(jì)數(shù)器是使用較早、最廣泛的一種探測器，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn):(1)靈敏度高:不論何種類型的射線，如果能夠在計(jì)數(shù)器的靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一對離子，便可能引起

22、放電而被記錄。(2)輸出脈沖幅度大:輸出脈沖幅度可達(dá)幾伏甚至幾十伏，可以不必經(jīng)放大器或只需單級放大器便能觸動(dòng)記錄電路。(3)穩(wěn)定性高:不受外界電磁場的干擾，而且對電源的穩(wěn)定度要求不高。(4)制造簡單，易于加工成各種形狀、尺寸和窗口;價(jià)格便宜;容易操作等，所以至今在核素應(yīng)用和劑量監(jiān)測工作中仍是常用的探測器。它的缺點(diǎn)是:不能鑒別粒子種類和能量;分辨時(shí)間長(約 100 一 300s)，所以不能用于高計(jì)數(shù)率測量;正常工作的溫度范圍較小;有亂真計(jì)數(shù)。gm 計(jì)數(shù)器的分辨時(shí)間由正離子鞘的整個(gè)漂移時(shí)間決定，使脈沖變窄是沒有多大意義的，因此負(fù)載電阻凡不必選得過小，通常在 515m 范圍內(nèi)，rl 太大影響分辨時(shí)間

23、，太小使坪特性變壞。1.4 銀活化探測系統(tǒng)測量的方法步驟銀活化探測系統(tǒng)測量的方法步驟因?yàn)橹凶釉诟呓孛娴牟牧现械钠骄杂沙毯苄?，為了避免活化材料在中子照射東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述6過程中對中子場的注量的干擾，活化材料要做成薄片狀。把這種活化片放入中子場中照射時(shí)，片中產(chǎn)生的放射性核數(shù)將不斷增加，但所產(chǎn)生的放射性核數(shù)是不穩(wěn)定的，其中部分會衰變掉，且隨著所產(chǎn)生的放射性核數(shù)的增加，單位時(shí)間內(nèi)衰變掉的數(shù)目也不斷增加。用活化法可以測量從熱中子到快中子各個(gè)能區(qū)的中子注量?；罨ǖ牧鞒虉D如圖 1 所示。在 t=0 時(shí)將激活片放入中子場中受照射，在 t0 時(shí)取出，放到測量裝置中，于 t

24、l 時(shí)刻開始測量其放射性，到 t2 時(shí)測量結(jié)束。圖 11 活化法流程圖 如不考慮活化片的自吸收，可以認(rèn)為中子通過活化片后沒有衰減。這樣，在片內(nèi)放射性核的產(chǎn)生率 r 為: ntr (16) 式中: 為中子注量; 是原子核的有效活化截面; nt 是活化片中的原子核數(shù)。atnadsn （17） 式中:d 為活化片的厚度; s 為活化片的面積; 為活化片密度; a 為活化片元素的原子量; na 為阿佛加德羅常數(shù)。 在活化片被中子照射過程中，所產(chǎn)生的放射性核的衰變率可簡單的由n2 給出，其中 為所生成的放射性核素的衰變常數(shù)，n2 是活化片中現(xiàn)存的放東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述7射

25、性核的總數(shù)。由產(chǎn)生率與衰變率之差給出 n2 的變化率為:22nrdtdn （18） 假設(shè)，r 是一個(gè)常數(shù)，這意味著在照射期間中子注量不變，并且我們忽略活化片的燃耗。利用初始條件 t=o 時(shí)，t=0，解上式得:)1 ()(2tertn （19） 活化片照射過程中 t 時(shí)刻的放射性活度 a(t)由兄叢(t)給出,即)1 ()(terta （110）活化片的放射性活度隨照射時(shí)間的變化如下圖所示。1.22 激活片中放射性核素的變化情況 當(dāng)照射時(shí)間 6 倍于放射性核的半衰期時(shí)，活化片內(nèi)放射性活度達(dá)飽和值(即放射性核數(shù)的產(chǎn)生率等于衰變率)。飽和放射性活度由下式給出:tactnra0 （111）設(shè)照射時(shí)間為

26、 t0，在 t=t0 時(shí)刻將活化片從中子場中取出，則 t0 時(shí)刻活化片具有的活度為：東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述8)1 ()(000teata （112）)1 ()(0002teatn （113） 設(shè)開始測量時(shí)刻為 tl，則 tl 時(shí)刻的活度為：)(0101)()(ttetata （114）)(021201)()(ttetntn （115） 若測量結(jié)束時(shí)刻為 t2，在 t1 到 t2 之間測到的放射性核衰變總數(shù)是)1 ()()()(0)(021220201001ttttttteeeadtetnn（116） 則在 tl 到 t2 時(shí)間之間測得的總計(jì)數(shù) c 為:beeeab

27、ncttttt)1 ()()(0202010（117）其中: 為探測器總的探測效率; b 是在(tl 到 t2)期間的本底計(jì)數(shù)。于是可得到計(jì)算 a0 的公式:)1 ()()()(002010ttttteeebca （118）求得 a0 后就可以綜合上述公式求得中子注量。通常在中子注量測量中多數(shù)是測量激活片的 放射性。這就要求激活片做得較薄，既可以忽略中子在激活片深處的吸收，也可以忽略 射線射出激活片時(shí)的吸收問題。對于激活片材料的選擇，是根據(jù)下列要求考慮的:1.材料的中子活化截面隨中子?xùn)|華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)分析概述9能量的變化必須精確知道。在測量弱中子注量時(shí)，應(yīng)選擇截面大的

28、材料，否則激活放射性很弱，統(tǒng)計(jì)漲落太大。當(dāng)測量強(qiáng)中子注量時(shí)，應(yīng)選擇截面小的材料，否則放射性過強(qiáng)，探測器容易被阻塞;2.材料要純，特別不能混有高激活截面的雜質(zhì)。材料也要容易加工成薄箔，使自吸收因素減小。3.要求反應(yīng)產(chǎn)物的半衰期適宜于測量，一般選在幾分到幾天為好;4.激活片輻射后最好只產(chǎn)生一種放射性核素，且其放射性類型、能量和相對強(qiáng)度是已知。這里我們選銀作為激活片。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀102.銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀上面講到過銀活化探測系統(tǒng)測量方法也是中子活化分析的一部分，銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展歷史伴隨著中子活化分析的發(fā)展歷史?；罨治龅呐d起

29、和發(fā)展與任何一門學(xué)科的發(fā)展過程一樣，有其相應(yīng)的歷史背景、物質(zhì)基礎(chǔ)以及學(xué)科自身發(fā)展的規(guī)律性。2.1 中子活化分析的發(fā)展歷史中子活化分析的發(fā)展歷史回顧活化分析七十余年的歷史，大體上可分為四個(gè)階段：1開創(chuàng)階段（1936 年至 1948 年） 從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初，隨著放射性的發(fā)現(xiàn)，放射性元素釙和鐳的提煉成功以及放射性衰變規(guī)律與原子模型的建立等，原子核物理與放射化學(xué)得到了迅猛的發(fā)展。當(dāng)時(shí)，新的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明接踵而來。其中與活化分析密切相關(guān)的有，1928年研制成功的 g-m（益革-米勒）計(jì)數(shù)器，1930 年出現(xiàn)的高壓倍加器，1931 年建成的回旋加速器和靜電加速器等。以費(fèi)米為首的核物理學(xué)家，企圖用中子轟

30、擊鈾來制備超鈾元素，經(jīng)過一番曲折之后，終于發(fā)現(xiàn)了核的裂變現(xiàn)象，并據(jù)此建成了反應(yīng)堆。與此相平行的則是化學(xué)家海維希和列維在 1936 年進(jìn)行了歷史上的第一次中子活化分析。但由于照射設(shè)備和測量儀器都很差，所以發(fā)展一直很緩慢。這一階段，活化分析水平的主要標(biāo)志是：同位素中子源和氣體電離的探測器。2鞏固階段（1949 年至 1959 年） 1942 年建成了高中子通量的反應(yīng)堆，1948 年又出現(xiàn)了 nai（t1）閃爍探測器，這兩大發(fā)明將活化分析推進(jìn)到了一個(gè)新的階段。1951 年，雷第考脫等人首次用反應(yīng)堆進(jìn)行熱中子活化分析，使活化分析成為當(dāng)時(shí)具有最高靈敏度的分析方法。用活化分析能測定 ppm 至 ppb 級

31、，甚至含量更低的雜質(zhì)元素，為當(dāng)時(shí)的原子能工業(yè)、半導(dǎo)體材料以及地球化學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。在痕量分析中，確立了活化分折的地位。與此同時(shí)，中子發(fā)生器、多道能譜分析儀以及其它活化分析儀器設(shè)備大量生產(chǎn)，為活化分析的發(fā)展打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。 這一階段活化分折的主要標(biāo)志是：堆中子活化、放化分離、nai（t1）探測器測量，應(yīng)用對象以超純材料為主。這一時(shí)期的文獻(xiàn)資料約為 600 余篇。3發(fā)展階段（1959 年至 1970 年） 六十年代后，活化分析得到迅猛發(fā)展。推動(dòng)活化分析發(fā)展的第一動(dòng)力是六東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀11十年代初期半導(dǎo)體探測器的出現(xiàn)。由于半導(dǎo)體探測器的分辨率比 na

32、i（t1）好幾十倍，從而使活化分析的傳統(tǒng)工作方式發(fā)生了重大的變革。原來繁瑣冗長操作變得更為簡單，并且不破壞樣品進(jìn)行分析。此外，ge（li）探測器的應(yīng)用還使活化分析測定多元素的得到發(fā)展。一次照射可同時(shí)測定四、五十種元素，從而提高了活化分析與其它分析方法的競爭能力。推動(dòng)活化分析發(fā)展的第二個(gè)動(dòng)力來自計(jì)算機(jī)的引入。1959 年，費(fèi)特等人首次將計(jì)算機(jī)用于活化分析，解析了五個(gè)組分的混合 譜。同年，魏納迪和吉本斯設(shè)計(jì)了與計(jì)算機(jī)配套的自動(dòng)活化分析裝置，從而實(shí)現(xiàn)了中子活化分析的自動(dòng)化、微型化。這階段的主要標(biāo)志：ge（li）探測器以及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。另外，在自動(dòng)放化組分離、脈沖中子活化、氦-3 粒子活化、14 兆電

33、子伏中子活化、瞬發(fā)輻射的利用以及锎-252 源的應(yīng)用等方面也都有了不同程度的進(jìn)展。4應(yīng)用階段（1970 年至今）而今天活化分析技術(shù)己大規(guī)模的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在中子活化分析得到廣泛應(yīng)用后銀活化分析方法迅速發(fā)展起來并應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、地球化學(xué)、考古學(xué)以及眾多的其他領(lǐng)域中。在核物理中，凡涉及到研究中子與原子核相互作用的問題，都首先遇到中子注量率測量問題，中子注量率測量的準(zhǔn)確性直接影響各種參數(shù)測量的準(zhǔn)確性。目前，銀活化探測系統(tǒng)由于具有靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，日漸廣泛的應(yīng)用于中子注量(率)和中子產(chǎn)額的測量中。2.2 銀活化探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀銀活化探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀自從 1936

34、年匈牙利化學(xué)家實(shí)現(xiàn)了首次活化分析以后，中子活化法就得到了廣泛的應(yīng)用。廣義上，活化分析是利用核粒子(或射線)與元素的原子核作用提供的種種信息對該元素進(jìn)行定性和定量分析的方法，從而得出核粒子或射線的某些信息。第一個(gè)活化分析工作是利用同位素中子源進(jìn)行的，只是到了 50 年代初研究性反應(yīng)堆出現(xiàn)后，中子活化分析才發(fā)展為實(shí)用的痕量多元素分析技術(shù)?；罨治鍪且阎凶幼⒘浚瑢ξ粗剡M(jìn)行定量分析;而利用活化法進(jìn)行中子探測是用成分已知的材料(元素)對未知中子進(jìn)行探測，活化法是中子探測的基本方法之一。近年來，強(qiáng)脈沖輻射源受到越來越多的關(guān)注，這些輻射源的的特點(diǎn)之一是高中子注量率，高的中子注量率使一些傳統(tǒng)的中子注量測

35、量方法，另外這些脈沖輻射源的中子產(chǎn)額的分散性常在一個(gè)數(shù)量級左右，這種寬范圍的東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀12測量也給中子探測增加了難度。相對來說，活化測量法是目前較有效和常用的測量中子注量的方法之一。選擇活化中子探測器的條件是中子俘獲截面大，生成的放射性核素的半衰期適中，以及有較穩(wěn)定的物理化學(xué)及機(jī)械性能。能夠用作活化材料的元素很多，較常用的有銦、銀、銅、鋁、鉛及金等。銀具有半衰期比較合適，對慢中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量適中便于測量以及銀片本身較軟，很容易加工成薄片等特點(diǎn)，使銀成為最常用的一種激活片。國內(nèi)外多數(shù) dpf 裝置中子發(fā)射的研究中都采用活化法測

36、量中子產(chǎn)額，但又有所不同。不同點(diǎn)體現(xiàn)在活化材料、計(jì)數(shù)方法和標(biāo)定方法上。用銀做活化材料，g一 m 計(jì)數(shù)管記錄 射線，校準(zhǔn)用固態(tài)放射性同位素源是最常用的方法。也可以用銦代替銀做活化材料使記錄時(shí)間縮短。為克服 g 一 m 計(jì)數(shù)管的死時(shí)間，采用塑料閃爍體和光電倍增管代替 g 一 m 計(jì)數(shù)管產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，使測量范圍更寬。在國外銀活化探測器也是被廣泛用來測量脈沖中子，主要用來測量各種不同裝置上產(chǎn)生的 d 一 d 快中子的產(chǎn)額、注量或中子產(chǎn)額角分布。在費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室中，采用一種便攜式的銀活化探測器來測量中子劑量方面的信息。它由聚乙烯慢化體和包 0.25mm 銀箔的 g 一 m 計(jì)數(shù)管組成，主要用來測量

37、脈沖中子在 1 一 3msv/hr 范圍內(nèi)的劑量當(dāng)量率。 在 icf 的快點(diǎn)火裝置中(clrc rutherford appleton laboratory)，一個(gè)高靈敏度的銀活化探測器用來測量被加熱的 cd 層產(chǎn)生的 d(d，n)3he 中子。整個(gè)探測器的外圍是高密度聚乙烯組成的慢化體，慢化體內(nèi)是一個(gè)充當(dāng)波導(dǎo)作用的有機(jī)玻璃體，其外圍包著 ne102 塑料閃爍體，在閃爍體外圍包著 0.5mm 厚銀箔。入射中子經(jīng)過慢化后，在銀箔上發(fā)生活化作用產(chǎn)生的 p 粒子在閃爍體內(nèi)被阻止并產(chǎn)生光脈沖，光子經(jīng)過波導(dǎo)后到達(dá)光電倍增管并產(chǎn)生一個(gè)電脈沖，將此電脈沖輸入到放大電路或計(jì)數(shù)系統(tǒng)中就可得出正比于中子產(chǎn)額的一個(gè)

38、計(jì)數(shù)。 在 jt-60 托克馬克裝置上，d 一 d 反應(yīng)和其次級反應(yīng) d 一 t 反應(yīng)都會產(chǎn)生中子，由于 t 是 d 一 d 反應(yīng)的生成物，能量為 1mev。這個(gè)能量的氖發(fā)生 d 一 t 反應(yīng)的截面較小，但若氖的能量在等離子體中降至 165kev 時(shí)，d 一 t 反應(yīng)的截面會達(dá)到最大，可以看出，t 既是 d 一 d 反應(yīng)的生成物，同時(shí)又是 d 一 t 反應(yīng)的反應(yīng)物，所以 t 的數(shù)量是會變化的，通過測量 t 的燃燒率可以獲得有關(guān) d 一 t 等離子體方面的信息。要測量 t 的燃燒率，就必須測量 d 一 d 中子產(chǎn)額和 d 一 t 中子產(chǎn)額。對于 d 一 d 中子產(chǎn)額的測量就是使用銀活化探測器來完

39、成，測得的 2.5mev的 d 一 d 中子產(chǎn)額為 1015一 1016。在等離子體焦點(diǎn)裝置 ipf 一 2/20(20kj，20kv)的中子診斷中，通過判斷中子的東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13的產(chǎn)額與角分布可與等離子體焦點(diǎn)裝置中一些參量諸如電磁場量級、氣體狀態(tài)等聯(lián)系起來。采用多通道的銀活化探測器來測量總的中子產(chǎn)額和中子角分布，六個(gè)探測器系列，每個(gè)探測器內(nèi)包含 3 一 5 個(gè)包著銀箔的 g 一 m 計(jì)數(shù)管。探測器分別布放在距 ipf 一 2/20(20kj，20kv)裝置焦點(diǎn) l 一 1.5m 的水平平面上的不同角度上(00，550，900，1300，1600，18

40、00。)，以期發(fā)現(xiàn)中子產(chǎn)額與中子分布各項(xiàng)異性之間的相關(guān)性。對活化探測器采用同位素中子源飽和照射的方式進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)表明中子向前發(fā)射的各項(xiàng)異性隨中子產(chǎn)額的提高而增加。2.3 銀活化探測系統(tǒng)的應(yīng)用銀活化探測系統(tǒng)的應(yīng)用直線感應(yīng)加速器是一種由電磁場加速的加速器。當(dāng)高能電子束轟擊某些重元素做成的靶時(shí)，會產(chǎn)生很強(qiáng)的韌致 x 輻射，x 射線與 射線的特性相同，會和物質(zhì)發(fā)生(，n)反應(yīng)，從而放出中子。這樣得到的中子，其能譜是連續(xù)的。電子直線加速器的中子產(chǎn)額，在電子能量大于 30mev 時(shí)，和電子束的功率成正比。當(dāng)電子能量=100mev 時(shí)，產(chǎn)額為 0.06n/e(天然鈾靶)，0.066n/e(鈾靶)和 0.0

41、36n/e(擔(dān)靶)。這樣產(chǎn)生的中子能區(qū)寬，這是由于與韌致輻射相互作用的原子核激發(fā)的程度不同以及余核的激發(fā)程度不同而引起的，從 ev 到 mev。能夠以同樣的效率，既記錄慢中子又記錄快中子的探測器是沒有的，因此就需要使快中子慢化，并在慢化介質(zhì)中選擇一個(gè)探測器的位置，使得從不同能量形成的慢中子的探測效率都相同。這正好符合現(xiàn)代銀活化探測器的適用范圍。由電子加速器引出的電子束，能量較高而且束流較大，因此韌致輻射很強(qiáng)。在韌致輻射過程中，入射電子原來的動(dòng)量由原子核、光子和被偏轉(zhuǎn)的電子三者之間分配，所以韌致輻射光子可以具有任何動(dòng)量值，對應(yīng)的光子能量 hv 是連續(xù)譜，這里h 是普朗克常數(shù)，v 是電磁波的頻率。

42、能量從零到最大值等于電子的動(dòng)能，故韌致輻射又稱連續(xù) x 射線。能量低時(shí)光子帶走的能量較小，所以光子向各個(gè)方向發(fā)射;能量高時(shí)，光子傾向于前向發(fā)射。在電子能量低于 1mev 時(shí)引起的韌致輻射較弱，隨著電子能量在 1mev 以上增加時(shí)，x 射線產(chǎn)額變得越來越大，此時(shí)，由于光核作用產(chǎn)生的有關(guān)中子方面的信息與強(qiáng)的 x 射線混合在一起，并且中子注量與 x 相比小幾個(gè)數(shù)量級以上，如何從這樣的混合輻射場中提取中子的信息就是進(jìn)行中子探測的關(guān)鍵。當(dāng) 量子能量不太高時(shí)， （，n）反應(yīng)產(chǎn)生的幾率最大，甚至是唯一可能的。（，n）反應(yīng)永遠(yuǎn)是吸能的，因?yàn)槠鋵?shí)質(zhì)在于從核中將一個(gè)被束縛的中子轟擊出來。反應(yīng)能等于中子在核內(nèi)的結(jié)合

43、能(絕對值)。反應(yīng)閡能與反應(yīng)能非常接近。據(jù)能量及動(dòng)量守恒定律可以確定它們之間的關(guān)系。如果 量子的能量 hv 等于反應(yīng)閾能 es,東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀14則cseqe （21）式中: ec 一放出中子后的靶核相對于中子的速度等于零時(shí)的動(dòng)能; p-一放出中子后的靶核的動(dòng)量，它等于量子的動(dòng)量。消除 ec 與尸后得)21 (2mceeqss （22） 式中 m核的質(zhì)量。括號中的第二項(xiàng)是一個(gè)很小的修正值。利用 q 與es 按絕對值來說相近這一點(diǎn)，可以將 es 用 q 代替。那么可以得到：)21 (2mcqqes （23）式中 q 為 mev 量級的量，而 2mc2 為

44、gev 量級，因此 es 與 q 按絕對值的差值為千分之幾，即 kev 量級。實(shí)際上總可以認(rèn)為光核反應(yīng)的閉值等于束縛于核中的粒子的結(jié)合能。對于探測器本身和探測器所處的環(huán)境而言，能夠產(chǎn)生（，n）反應(yīng)的材料有很多，例如對于鋁(27ai)，它的（，n）反應(yīng)的閑能為 12.75mev，28ai 的（，n）反應(yīng)的閉能為 7.72mev，54fe 的（，n）反應(yīng)的閉能為 13.8mev，55fe 的（，n）反應(yīng)的閉能為 9.3mev，56fe 的（，n）反應(yīng)的闡能為 11.07mev，57fe的（，n）反應(yīng)的閉能為 7.64mev，107ag 的（，n）反應(yīng)的閉能為9.6mev，109ag 的（，n）反應(yīng)

45、的閡能為 9.14mev，181ta 的（，n）反應(yīng)的閉能為 7.7mev，182ta 的（，n）反應(yīng)的閡能為 6.1mev。(，n)反應(yīng)生成的中子能量可近似表述為:cos931)(1(2)(1aqeaaeqeaaen （24） 式中:a 是靶物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)，e 是 射線能量， 是中子發(fā)射角。按照 射線所能達(dá)到的最大能量 12mev 估算，以上各（，n）反應(yīng)放出的中子能量最大不超過 4.5mev，且能量是連續(xù)分布的，為了準(zhǔn)確地測量加速器周圍的中子注量，在測量過程中必須有效清除強(qiáng) x、 射線的干擾，銀活化探測器由于照東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀15射和測量在時(shí)間上完全分開

46、，因此就有可能避免 x 及 射線的干擾，達(dá)到中子探測的目的。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀163.三種活化法的比較和活化分析的優(yōu)點(diǎn)三種活化法的比較和活化分析的優(yōu)點(diǎn)通過上面的闡述及為了更加突出的顯現(xiàn)出銀活化探測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)。下面就三種探測方法進(jìn)行比較。并總結(jié)活化探測的優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)。3.1 三種活化法的比較3.1.1 銅活化法63cu 活化法主要用于 d-t 中子流強(qiáng)或產(chǎn)額測量。原理是利用63622cuncun （25）反應(yīng)，放出一個(gè)，與物質(zhì)相互作用時(shí)損失其動(dòng)能，最后與一個(gè)自由電子起反應(yīng)，結(jié)果將兩個(gè)粒子的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)換為輻射，此射線稱為湮沒輻射。湮滅放出一對，根據(jù)質(zhì)量和動(dòng)量守恒

47、，每次湮沒產(chǎn)生兩個(gè) 0.511mev 的射線，它們的發(fā)射角互為 180?？梢酝ㄟ^測量輻射來反推中子流強(qiáng)或產(chǎn)額。在 20 世紀(jì) 80 年代，隨著 icf 和 dpf 中子裝置的發(fā)展和應(yīng)用，為準(zhǔn)確測量其dt 脈沖中子產(chǎn)額，該方法備受青睞而得到了應(yīng)用，其測量結(jié)果達(dá)到了較高的精度。例如，俄羅斯和美國同行用該方法測量 icf 裝置中 109以上的中子產(chǎn)額，其測量不確定度在 10%以內(nèi)。銅活化片中63cu 的原子核數(shù)anadsn1 （26）式中： 激活片63cu 密度；a 激活片63cu 的原子量；na 阿伏加德羅常數(shù)；d 激活片63cu 厚度；s激活片63cu 的輻照橫截面。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

48、 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀17221)()(2ntendtdn （27）在恒流照射條件下，設(shè)（t）=c，即束流穩(wěn)定，n1在照射過程中，它的燃耗可忽略不計(jì)，在 t1t2之間測到的衰變總數(shù)（即符合測量的總射線數(shù)）：)()(1020101)(ttttteeeenn（28）式中：1n銅活化片中63cu 的原子核；)(e63cu 與 14mev 中子的反應(yīng)截面； 衰變時(shí)間常數(shù); 單位：s-1， 銅活化片上 14mev 中子注量率, 單位：s-1;t0 銅活化片上 14mev 中子輻照時(shí)間，單位：s;t1-t0 銅活化片輻照后冷卻時(shí)間，單位：s;t2-t0 銅活化片測量時(shí)間，單位：s。由上面兩個(gè)公式得：)

49、()(020101)(tttttaeeeenadsn（29） 靈敏度 )(ensaads，則上式變?yōu)椋?()(02010)1(ttttteeesn（210）目前，采用的銅活化片是天然銅：63cu 的豐度為 69.1%, 65cu 的豐度為30.9%。與 14mev 作用都能發(fā)生如下核反應(yīng)：ncuncu26263 （211） ncuncu26465 （212） 兩種反應(yīng)均產(chǎn)生+湮沒輻射，放射一對 0.511mev 的射線。63cu（n,2n）62cu的半衰期為 10 分鐘，截面為 500mb；65cu（n,2n）64cu 的半衰期為 127 小時(shí)，截面接近 1b。該核反應(yīng)的截面較大而且閾能達(dá) 1

50、1.9mev，對于正好在此能量范圍東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀18d-t 反應(yīng)放出的中子，可以避免其他能段中子對探測造成的干擾，這是該方法測量dt 中子的最大優(yōu)點(diǎn)。如果要對 d-d 反應(yīng)放出的中子進(jìn)行探測則可以選用閾值較低的材料以對反映產(chǎn)生的中子（能量在 2.4mev 到 2.5mev 之間）有效響應(yīng)。該方法測量的時(shí)間要長一些，探測完成后需要回收活化片。3.1.2 鉛活化法天然 pb 中各同位素含量分別為204pb（1.5%）,206pb（23.6%） ，207pb（22.6%）, 208pb（52.3%） 。pb 活化法的基本思想是：pb 被中子照射后，產(chǎn)生活化反應(yīng)

51、 ： 207207mpbnpbn （213）2082072pbnpbn （214）測量207mpb 退激時(shí)發(fā)出的射線數(shù)量（1.06mev 和 0.57mev）,并由此推算脈沖中子源的強(qiáng)度。中子與天然 pb 同時(shí)發(fā)生的反應(yīng)還有：204204mpbnpbn （215）2062052mpbnpbn （216）由于204pb 含量較少且生成的204mpb 半衰期很長（64min） ，因此它的干擾較少，后一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物205mpb 半衰期僅 5ms，經(jīng)過一定的延遲時(shí)間后，活性貢獻(xiàn)也不大。由于207mpb 比較短的半衰期（0.8s） ，只能進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，測量時(shí)將鉛活化探頭放在距待測源一定距離處，同時(shí)需要一快

52、塑料閃爍體緊靠著放射源監(jiān)測中子脈沖發(fā)生的時(shí)刻，通過電子學(xué)將該探頭信號延遲 20ms 后再觸發(fā)定標(biāo)器，對射線信號進(jìn)行記錄。20ms 的延遲是為了避開比較強(qiáng)的脈沖中子，電磁輻射本底和短壽命核素205mpb 的干擾。3.1.3 銀活化探測系統(tǒng)針對于 dpf 放電出中子實(shí)驗(yàn)，因其中子發(fā)射率很高，由于受到計(jì)數(shù)脈沖分辨時(shí)間的限制，無法用通常的脈沖計(jì)數(shù)器，此時(shí)，銀活化探測系統(tǒng)計(jì)數(shù)器就成為一種簡單而有效的中子測量手段。此外，銀活化探測系統(tǒng)計(jì)數(shù)器測量中子產(chǎn)額時(shí)，與dpf 放電分開進(jìn)行，可避免放電電磁干擾及與中子同時(shí)產(chǎn)生的 射線對中子測量的干擾。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 銀活化探測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀19激活反應(yīng)如

53、下：109ag+n 110ag 110cd+-1（2.8mev） （217）（熱中子截面 896、半衰期 24s、豐度 48.18）110ag 110cd+-1 （218）（熱中子截面 4.56、半衰期 252d）107ag+n 108ag 108cd+-1（1.8mev） （219）（熱中子截面 37.26、半衰期 2.4min、豐度 51.82）對計(jì)數(shù)起主要作用的是109ag 和108ag 發(fā)射的 2.8 mev 和 1.8 mev 兩種粒子。為了提高探測效率，需對 dpf 發(fā)射的 2.45 mev dd 快中子進(jìn)行慢化、中子慢化選用聚氯乙烯。2.45 mev dd 中子慢化到熱中子（0.

54、025ev）需要與質(zhì)子碰撞約18 次，擴(kuò)散時(shí)間約為 200s，慢化長度約 5cm。另外環(huán)境中的中子本底以進(jìn)入計(jì)數(shù)管而引起計(jì)數(shù)，會影響探測效率。所以在設(shè)計(jì)銀活化探測器時(shí)都需要增加屏蔽材料。任何中子探測器都應(yīng)當(dāng)對外來的本底中子加以屏蔽，以提高信號/本底比。選擇中子屏蔽材料的原則，是將中子慢化為低能中子，后者被具有大吸收截面的材料吸收。對慢化后的低能中子具有大的吸收截面的物質(zhì)較多，常用的是硼和鏗，反應(yīng)為: “b(n，a)和“l(fā)i(n，a)。硼對低能中子俘獲截面很大，并且它很容易摻入石蠟或其它慢化介質(zhì)中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，聚乙烯與熱中子吸收劑的混合物每單位厚度的屏蔽效果比其它材料要好。銀具有半衰期比較合適，對慢中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量適中便于測量以及銀片本身較軟，很容易加工成薄片等特點(diǎn)，使銀成為最常用的一種激活片。3.2 活化分析的特點(diǎn)有點(diǎn)活化分析的特點(diǎn)有點(diǎn)綜上所述活化探測系統(tǒng)測量中子注量（率）的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：1.由于經(jīng)過活化后的放