[发明专利]一种中子活化瞬发缓发伽马射线结合的元素分析装置

说明书

本发明公开了属于核技术应用领域的一种中子活化瞬发缓发伽马射线结合的元素分析装置。本发明使用快中子源和溴化镧探测器组合测量样品的非弹性散射瞬发特征γ能谱，慢中子源和高纯锗探测器组合测量中子俘获瞬发特征γ能谱，最后用碘化钠探测器测量样品中子活化缓发特征γ能谱。本发明相对于传统中子活化元素分析装置，不仅利用了中子活化产生的瞬发特征γ射线，也将缓发特征γ射线收集起来，相对瞬发射线，缓发射线数量少但不受中子干扰且少有γ射线特征峰位重叠，对特定元素分析计算方便准确。快中子与慢中子分别照射样品增加了照射时间，提高了非弹性散射γ射线和中子俘获γ射线的产生效率和收集效率。

技术领域

本发明属于核技术应用领域，是利用中子活化原理进行元素分析的装置。

技术背景

中子活化元素分析技术，是利用中子对待测样品进行辐照，中子与样品内原子核会发生相互作用，如非弹性散射、弹性散射、中子俘获等，原子核被活化为带有放射性的核素，释放出特定能量的γ射线，根据特征γ射线的能量和强度，可以计算出样品中的元素种类和对应的元素含量。

以中子活化煤质元素在线分析装置为例，传统的中子源是选用D-T中子发生器，产生能量为14MeV的快中子，快中子照射到煤炭样品后在100微秒内发生非弹性散射，产生高能特征γ射线，对H、C、N、O等轻元素的分析有较好的效果，快中子在煤炭样品中碰撞、反应100微秒后，大部分散失，小部分中子能量被降低为慢中子，慢中子与煤炭样品中Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Fe等元素发生中子俘获反应，产生能量较低的特征γ射线，可以进行煤炭灰分的元素分析。通常通过控制D-T中子发生器出射中子的频率，比如以300微秒为周期，D-T中子发生器在前100微秒出射中子，后200微秒停止出射中子，而收集特征γ射线的探测器在第0～100微秒开启，记录非弹性散射产生的γ射线，给出一个独立能谱，然后关闭100微秒后在第200～300微秒再次开启，记录中子俘获产生的γ射线，给出另一个独立能谱，利用两个能谱对煤炭中所有元素的含量进行分析。

在这种中子出射模式下，每个周期只有1/3的时间出射中子，且有1/3时间探测器处于关闭状态，即一个周期里只有1/3的时间收集非弹性散射γ能谱和1/3的时间收集中子俘获γ能谱，中子的有效照射时间和探测器的有效工作时间不足，而且只有约百分之一数量级的快中子能够能量降低为慢中子，发生中子俘获产生的γ射线数量太少，这些原因导致探测器收集到的特征γ射线数量太少统计性不够，在实际工作过程中由于不同元素原子核发生中子非弹性散射的能量阈值不同，非弹性散射γ能谱与中子俘获γ能谱并不能很严格的分开，特别是中子俘获γ能谱常混有大量非弹性散射γ射线，因此元素含量分析的精度、稳定性和探测下限较差。

发明内容

本发明的目的在于在相同时间内提高瞬发特征γ射线的产生与收集效率，提高中子俘获γ射线的产生数量，避免中子俘获γ能谱受到非弹性散射γ射线的干扰，并且利用半衰期较长的活化核素的产生的缓发γ射线对部分元素进行精细测量。