[发明专利]一种测量固体物质中氘和氚深度分布的方法

摘要

本发明公开了一种测量固体物质中氘和氚深度分布的方法，首先使用氘离子轰击待测固体物质，随后测量轰击过程中产生的质子和α粒子能谱，再通过能够自洽处理待测氢同位素浓度深度分布与阻止本领的数据处理模型，获得固体物质中氢同位素分布信息。本发明的优点在于：可同时分析两种氢同位素，即氘与氚，在固体物质中深度分布，并且分析结果与分析过程中阻止本领是自洽的。

主权项

1.一种测量固体物质中氘和氚深度分布的方法，其特征在于，实现步骤如下：（1）实验测量首先使用氘离子轰击待测物质，轰击使用的氘离子能量ED范围为0~500MeV，而后测量轰击过程中产生的质子和α能谱；（2）模型分析（2.1）将实验测量中的参数：入射氘离子角度β，能量ED，强度I；探测器立体角Ω，布置角度φ、以及待测物质中氢同位素含量与密度之间函数的关系为数据处理的输入参数；（2.2）将待测物质沿着需要分析的深度方向离散分为M层，入射氘离子在每层中能量损失为ED/M，获得入射氘离子在第i层的能量，ED_i；（2.3）根据待测物质密度与元素组成、β，以及ED_i, 初始假设或迭代中的第i层待测物质中的氘浓度CD_i和氚浓度CT_i，获得入射氘离子在第i层待测物质的阻止本领S_i(CD_i,CT_i)；根据S_i(CD_i,CT_i)和入射氘离子在每层中能量损失ED/M, 获得第i层厚度为d_i；（2.4）基于核反应动力学公式，根据ED_i，获得第i层待测物质发生D(d,T)¹H反应生成质子的能量，EP0_i ；获得第i层待测物质发生T(d,n)⁴He反应后生成α粒子能量Eα0_i；而后基于EP0_i、Eα0_i、d_i，以及步骤（2.3）中CD_i和CT_i，计算第i层生成的质子、α粒子在到达探测器前的能量损失Sp_i(CD_i,CT_i)，Sα_i(CD_i,CT_i)；获得第i层生成的质子、α粒子在到达探测器时能量EP_i(CD_i,CT_i)、Eα_i(CD_i,CT_i)；（2.5）基于D(d,T)¹H、T(d,n)⁴He反应的微分截面，代入ED_i，φ ，获得第i层待测物质在φ方向产生质子和α粒子的截面δp_i，δα_i；基于入射氘离子强度I、探测器立体角Ω，以及δp_i，δα_i，代入步骤（2.3）中CD_i和CT_i，计算第i层待测物质生成的质子、α粒子在到达探测器的概率；获得获得第i层待测物质生成的质子、α粒子在到达探测器时数量Np_i(CD_i,CT_i)、Nα_i(CD_i,CT_i)；（2.6）基于EP_i(CD_i,CT_i)和Np_i(CD_i,CT_i)得到质子理论能谱sim_p(CD_i,CT_i)，计算sim_p(CD_i,CT_i)与质子实验能谱ex_p之间的距离dis_p(CD_i,CT_i)；基于Eα_i(CD_i,CT_i)和Nα_i(CD_i,CT_i)得到α粒子理论能谱sim_α(CD_i,CT_i)，计算与α粒子实验能谱exp_α之间的距离dis_α(CD_i,CT_i)；而后计算dis_p(CD_i,CT_i)与dis_α(CD_i,CT_i)的加权和，即dis(CD_i,CT_i，以此作为评价标准；当dis(CD_i,CT_i)不满足要求时，重置（2.3）中CD_i和CT_i，重复（2.3）至（2.5）的步骤；当dis(CD_i,CT_i)满足要求时，则输出当前的CD_i和CT_i，即优化后的第i层待测物质中的氘浓度D_i和氚浓度T_i。