CN108918565A - 一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量装置及方法 - Google Patents

一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量装置及方法 Download PDF

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贾文宝
程璨
李佳桐
蔡平坤
孙爱赟
汤亚军
赵冬
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    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
    • G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]

Abstract

本发明涉及是一种利用瞬发伽马射线中子活化分析测量样品信息的装置及方法。所述装置包括中子源项系统、样品控制系统和数据探测处理系统。利用中子发生器产生中子，通过慢化后得到热中子，经过准直之后形成中子束，对被检测样品进行轰击与样品中的核素发生辐射俘获反应产生特征伽马射线；所述特征伽马射线被数据探测处理探测并处理，分析伽马射线能量和强度得到对应测量点的核素信息；利用测量平台按照预先设置好的测量步长对被检测物进行旋转和移动，对不同位置进行测量，得到样品位置与核素含量的对应关系，实现样品元素空间分布信息。

Description

一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测 量装置及方法
技术领域
本发明属于样品元素含量检测技术领域，具体涉及是一种利用瞬发伽马射线中子活化分析测量样品信息的装置及方法。
背景技术
大块样品如文物、空间样品、合金样品等物体内部的检测分析一直是人们关注的重点。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，瞬发伽马射线中子活化分析技术，其利用中子与样品中的核素发生俘获和非弹性散射反应，在极短的时间内(小于10-13s)发射出特征伽马射线，对该伽马射线的能量和强度进行探测从而对样品中的核素进行定性和定量分析。由于其非破坏性、在线原位测量、分析精度高等特点，近年来被广泛应用于工业、环境、医药等各领域。利用PGNAA技术，结合定点扫描测量手段，从而实现样品中的元素空间分布信息检测。
传统的检测技术只能给出样品的轮廓信息和整体成分信息，但是其内部的元素空间分布信息未给出，尤其是针对不均匀的样品检测影响更为严重。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容
本发明目的是针对大块样品内部核素的空间分布信息提供一种新的检测方法及系统，以获取样品内部元素的分布信息。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法，利用中子发生器产生中子，通过慢化后得到热中子，经过准直之后形成中子束，对被检测样品进行轰击与样品中的核素发生辐射俘获反应产生特征伽马射线；所述特征伽马射线被数据探测处理探测并处理，分析伽马射线能量和强度得到对应测量点的核素信息；利用测量平台按照预先设置好的测量步长对被检测物进行旋转和移动，对不同位置进行测量，得到样品位置与核素含量的对应关系，实现样品元素空间分布信息。
其中，所述中子发生器为发生2.5MeV中子的D-D中子发生器或发射14MeV中子的D-T中子发生器。
所述伽马射线探测器为高纯锗探测器。
所述样品控制平台，由电脑连接的步进电机控制，实现对样品的旋转和移动，进行扫描分析。
本发明还公布一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量装置，包括中子源项系统、样品控制系统和数据探测处理系统；所述中子源项系统包括准直单元、中子反射单元和屏蔽防护单元；所述样品控制系统包括样品支撑台和步进电机，被检样品位于样品支撑台上并通过步进电机进行上下左右及旋转控制；所述数据探测处理系统包括高纯锗探测器、铅屏蔽装置、多道分析器及工业控制计算机，所述数据探测处理系统对探测到的能谱进行分析处理。
进一步的，所述准直单元包括中子发生器，聚乙烯、碳化硼和铅块。
所述中子反射单元为石墨材料。
所述屏蔽防护单元包括含硼聚乙烯及铅块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的检测装置突破了传统方法的局限，利用PGNAA(Prompt Gamma-RayNeutron Activation Analysis)技术结合扫描分析可以给出大块样品内部核素的空间分布信息，本发明在不需要制样及损坏样品的情况下可以实现对样品内部元素成分及位置信息进行分析，具有潜在的、重要的应用价值。
本发明可以应用于工业、材料及航空航天等领域的关键部件检测，具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明装置的俯视结构示意图。
图2是本发明实施例样品不同位置的氯化钠溶液浓度。
图3是本发明实施例在不同位置测量的氯化钠溶液伽马能谱图。
图4是本发明实施例氯化钠样品元素空间分布测量图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参考图1所示的示例，基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量技术及装置，包括中子源项系统、样品控制系统和数据探测处理系统组成。其中，中子源项系统主要包括中子发生器1，聚乙烯2、碳化硼3和铅块4组成的准直单元，石墨材料的中子反射单元5，含硼聚乙烯6及铅块7组成的屏蔽防护单元。被检样品13位于样品支撑台8上并通过步进电机9进行上下左右及旋转控制。数据探测处理系统由高纯锗探测器11、铅屏蔽装置10、多道分析器12及工业控制计算机13组成，对探测到的能谱进行分析处理。
其中中子发生器1为一套电可控D-D中子发生器。
中子准直单元材料为聚乙烯2、碳化硼3和铅块4，尺寸为聚乙烯50×50×10cm3，碳化硼50×50×1cm3，铅50×50×5cm3，提供直径为2cm，长度为16cm的准直孔。
中子反射单元材料为石墨5，尺寸为50×50×15cm3。
屏蔽防护单元材料为含硼聚乙烯6和铅块7，含硼聚乙烯尺寸为50×50×10cm3，铅块尺寸为50×50×5cm3。
所述样品控制系统，由电脑连接的步进电机9调控样品平台8，实现上下前后移动以及样品旋转。
伽马射线探测器为高纯锗探测器11、屏蔽材料为铅块10，尺寸为10×10×10cm3，提供直径为2cm，长度为10cm的准直孔。
本发明具体实施时，高纯锗探测器可以从探测器晶体生产厂商处购买，如Ortec公司生产的高纯锗探测器(Model GMX30)。D-D中子发生器也可直接从公司购买，如Adelphi公司的小型D-D中子发生器。多道分析器可购买，如Ortec公司的多道分析器(Model DSPEC-50)。
实施例1
对一块不均匀样品内部氯元素分布进行测量
本实例对一个10×10×2cm3体积的氯化钠溶液样品进行测量，其以2×2×2cm3为单位，分为25块，不同位置的氯化钠浓度不同如图2所示。样品置于测量平台上，与中子准直口和铅屏蔽装置的距离均为10cm，对D-D中子发生器加高压，从最左边测量。采用瞬发伽马射线中子活化分析技术采集分析得到能谱。图3记录了两个不同测量位置的瞬发伽马射线能谱，可以很明显的看出能谱在氯元素处有明显差别。对每一个位置进行同样的测量分析，并利用标定曲线法计算得到每个位置下的氯元素浓度。图4为测量得到样品中氯元素空间分布结果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法，其特征在于：利用中子发生器产生中子，通过慢化后得到热中子，经过准直之后形成中子束，对被检测样品进行轰击与样品中的核素发生辐射俘获反应产生特征伽马射线；所述特征伽马射线被数据探测处理探测并处理，分析伽马射线能量和强度得到对应测量点的核素信息；利用测量平台按照预先设置好的测量步长对被检测物进行旋转和移动，对不同位置进行测量，得到样品位置与核素含量的对应关系，实现样品元素空间分布信息。
2.根据权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法，其特征在于：所述中子发生器为发生2.5MeV中子的D-D中子发生器或发射14MeV中子的D-T中子发生器。
3.根据权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法，其特征在于：所述伽马射线探测器为高纯锗探测器。
4.根据权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法，其特征在于：所述样品控制平台，由电脑连接的步进电机控制，实现对样品的旋转和移动，进行扫描分析。
5.权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法采用的装置，其特征在于：包括中子源项系统、样品控制系统和数据探测处理系统；所述中子源项系统包括准直单元、中子反射单元和屏蔽防护单元；所述样品控制系统包括样品支撑台和步进电机，被检样品位于样品支撑台上并通过步进电机进行上下左右及旋转控制；所述数据探测处理系统包括高纯锗探测器、铅屏蔽装置、多道分析器及工业控制计算机，所述数据探测处理系统对探测到的能谱进行分析处理。
6.根据权利要求5所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法采用的装置，其特征在于：所述准直单元包括中子发生器，聚乙烯、碳化硼和铅块。
7.根据权利要求5所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法采用的装置，其特征在于：所述中子反射单元为石墨材料。
8.根据权利要求5所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量方法采用的装置，其特征在于：所述屏蔽防护单元包括含硼聚乙烯及铅块。
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