CN112313504B - 用于湿度测量的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种测定经受元素活化分析(EAA)的样品材料中的湿含量的系统和方法，所述样品材料含有至少一种在EAA期间形成活化产物的样品元素。所述方法包括以下步骤：(i)将参考材料定位在所述样品材料附近，所述参考材料含有热中子俘获截面为至少1靶恩的参考元素，选择所述参考材料以使得其热中子俘获反应的产物同位素为发射γ射线的同位素，(ii)用快速中子源照射所述样品材料和所述参考材料以在所述样品材料中产生热中子，以及(iii)检测从所述参考材料发射的γ射线并生成表示所检测的γ射线的信号，(iv)基于所生成的信号计算与热中子通量成比例的因子R，以及(v)从使湿含量与R相关的关系中识别所述样品材料中的湿含量。
Description
技术领域
本申请要求于2018年6月21日提交的澳大利亚临时专利申请No.2018902220的优先权，其内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种用于确定经受元素活化分析的样品材料中的热中子通量的方法和系统，并且更具体地用于确定样品材料中的湿含量。
背景技术
γ活化分析(GAA)，也称为光子活化分析，是用于诸如矿物样品的材料中的元素测定的非破坏性分析技术。简单地说，使样品暴露于活化照射(例如基于高功率电子线性加速器的X-射线源)，由此在样品中的不同元素中引起核反应。在这些反应中产生的任何放射性同位素的最终衰变产生特征性γ射线，其可被鉴定以指示特定元素的存在，或与用于定量分析的标准样品比较。
矿物样品的元素组成常规地在干燥基础上报告以提供独立于样品的含水量的重要元素的等级的准确估计。因此，需要预先干燥样品以除去任何湿含量或者测量样品中湿度含量的步骤。
在致密材料中，当测量样品中的湿度含量时，期望使用中子热化技术，因为中子是高度穿透的，从而提供对散装材料的平均含水量的测量。高能中子或快中子在与氢原子碰撞时迅速失去能量，氢原子是水的重要成分。对源发出的快速中子由于样品内部的碰撞而能量减少的程度测量提供了样品氢含量的指示，而氢含量又可能与水含量有关。这需要使用中子源和电子中子检测器。
本说明书中对文件、法案、材料、装置、制品等的任何讨论仅仅是为了提供本发明的上下文。在本申请的每个权利要求的优先权日之前，在澳大利亚或其他地方存在的，未暗示或表示的任何这些事项构成现有技术基础的一部分或与本发明相关的领域中的常识。
应当理解，在说明书的整个描述和权利要求书中，词语“包括(comprise)”和该词语的变体，诸如“comprising”和“comprises”，并不旨在排除其他添加剂、组分、整数或步骤。
发明内容
提供了一种用于确定经受元素活化分析(EAA)的样品材料中的湿含量的方法，所述样品材料含至少一种在EAA期间形成活化产物的样品元素，所述方法包括：
将参考材料定位在所述样品材料附近，所述参考材料含有热中子俘获截面为至少1靶恩的参考元素，选择所述参考材料使得其热中子俘获反应的产物同位素为发射γ射线的放射性同位素；
用快中子源照射所述样品材料和所述参考材料照射以在所述样品材料中产生热中子；
检测从所述参考材料发射的γ射线并产生表示所述检测的γ射线的信号；
基于所述产生的信号计算与热中子通量成比例的因子R；和
从使湿含量与R相关的关系中识别所述样品材料中的湿含量。
在一个实施例中，所述关系可以是经验关系，并且所述方法可以进一步包括通过计算针对多个样品材料而言的R来确定使湿含量与R相关的所述经验关系。
在该方法与快中子活化分析结合使用的实施例中，用于活化的中子源还用作热化测量的快中子源。
在该方法与使用Bremsstrahlung(轫致辐射)X射线进行的光子活化分析结合使用的实施例中，在Bremsstrahlung转换目标产生的光中子用作快中子源。
在第一实施例中，选择所述参考材料中的所述参考元素，使得通过中子俘获形成的产物是具有与所述样品元素的活化产物的半衰期类似的半衰期的不稳定同位素。任选地，可以选择所述参考材料中的所述参考元素，使得通过中子俘获形成的产物是半衰期在1s至10min范围内、或更优选在3s至1min范围内的不稳定同位素。
在第一实施例中，优选地进一步选择参考材料中的参考元素，使得由不稳定同位素发射的γ射线具有不干扰由样品材料中的至少一种样品元素发射的γ射线的能量。
在第一实施方案中，优选进一步选择参考材料中的参考元素，使得它不同于样品材料中的样品元素，或者如果它存在于样品材料中，则它的浓度是可忽略的。在这种情况下，优选存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的2％。更优选地，存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的0.5％。
在第一或第二实施例中，选择所述参考材料中的所述参考元素，使得参与所述中子俘获反应的目标同位素的天然丰度大于1％。
与热中子通量成比例的因子R可以通过以下计算：对一段时间内产生的信号进行计数(tm)；
确定与所述参考元素相关的γ峰的测量面积(Nγ1)；
确定定时因子T1，其中
且
计算R，其中
其中ti和tc分别是用于元素活化分析的照射和冷却测量时间。
在任何实施方案中，选择参考元素的量以在用于测量所述样品元素的操作条件下产生至少1,000个计数、优选多于4,000个计数的γ射线光谱峰。
在一个实施例中，所述选择的参考元素是钪。在另一个实施例中，所述选择的参考元素是钪，且所述选择的样品元素是金和银中的一种。
在任何实施例中，所述参考材料可含有第二参考元素，选择所述第二参考元素使得其与由所述源发射的初级照射束的反应的产物同位素是发射具有与由与第一参考元素相关联的放射性同位素发射的γ射线不同的能量的γ射线的放射性同位素。
在这样的实施方案中，优选选择第二参考元素，使得与所述第二元素相关联的产物同位素具有基本上类似于与第一参考元素相关联的产物同位素的半衰期。优选进一步选择第二参考元素，使得由其不稳定同位素发射的γ射线具有不干扰由样品元素中的至少一种元素发射的γ射线的能量。
在其中该方法涉及使用第二参考元素的一个具体实施例中，源发射高能量X射线，所选择的样品元素是金或银，所选择的参考元素是钪，所选择的第二参考元素是溴，并且第二参考反应是经由非弹性光子散射形成79Br间态。
用快中子源照射样品材料和参考材料照射的步骤，以及测量被照射的样品材料和参考材料的步骤，进行预定的时间段，以允许测量样品材料中的元素的浓度至期望的精度水平。
提供了一种用于确定经受元素活化分析(EAA)的样品材料中的湿含量的系统，所述样品材料含至少一种在EAA期间形成活化产物的样品元素，所述系统包括：
快中子源，其被配置为照射样品材料和参考材料以在所述样品材料中产生热中子，所述参考材料位于所述样品材料附近，所述参考材料含有热中子俘获截面为至少1靶恩的参考元素，选择所述参考材料使得其热中子俘获反应的产物同位素是发射γ射线的放射性同位素；
与所述快中子源物理分离的检测器和测量站，所述检测器和测量站包括：
至少第一检测器，其被配置成(i)检测从所述参考材料发射的γ射线，以及(ii)产生表示所述检测的γ射线的信号；和
处理器，其联接到所述检测器，并且被配置成基于所述产生的信号来计算与热中子通量成比例的因子，并且从使湿含量与R相关的关系中识别所述样品材料中的湿含量。
在该系统另外用于执行快中子活化分析的实施例中，用于活化的中子源还用作热化测量的快中子源。
在另外使用该系统以使用Bremsstrahlung X射线执行光子活化分析的实施例中，在Bremsstrahlung转换目标产生的光中子用作快中子源。在这样的实施例中，经由Bremsstrahlung产生的光中子的能量典型地在从几keV到几MeV的范围内。
所述关系可以是经验关系，并且所述处理器可以进一步被配置成用于通过计算针对多个样品材料而言的R来确定将湿含量与R相关的经验关系。
所述快中子源是发射中子的同位素源、密封管中子发生器、粒子加速器，或产生光中子的X射线源。所述快中子源可以是产生具有约2.45MeV能量的中子的D-D中子发生器，或产生具有约14MeV能量的中子的D-T中子发生器。
应当理解，一个或多个检测器将是能够区分从参考材料和样品材料发射的γ射线的任何合适的检测器。例如，检测器可以是能量分辨检测器，诸如CdTe检测器或HPGe检测器。
在第一实施例中，优选地选择所述参考材料中的所述参考元素，使得通过中子俘获形成的产物是具有与所述样品元素的活化产物的半衰期类似的半衰期的不稳定同位素。在一个实例中，通过中子俘获形成的产物是半衰期在1s至10min范围内并且更优选在3s至1min范围内的不稳定同位素。
在第一实施例中，优选地选择所述参考材料中的所述参考元素，使得由不稳定同位素发射的γ射线具有不干扰由样品材料中的至少一种样品元素发射的γ射线的能量。
在第一实施方案中，所述参考材料中的所述参考元素不同于所述样品材料中的元素，或者如果它存在于所述样品材料中，它的浓度是可忽略的。在后一种情况下，存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量优选小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的2％。更优选地，存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的0.5％。
在第一或第二实施例中，选择所述参考材料中的所述参考元素，使得参与所述中子俘获反应的目标同位素的天然丰度大于1％。任选地，同位素富集可用于将目标同位素的丰度增加至高于其天然存在的水平。
在第一或第二实施方案中，选择参考材料中的参考元素，使得其不易发生干扰反应，其中活化产物可由与参考元素的其它天然存在的同位素的竞争反应形成。
在大多数(尽管不是所有)应用中，样品材料为粉末、颗粒或浆料形式。在这样的应用中，样品容器是密封容器。
附图说明
为了更清楚地确定本发明，现在将通过示例并参考附图来描述实施例，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的装置的示意图；
图2是示出对于十三种矿物矿石样品实验测量的钪溴活化比的图，每种矿物矿石样品在四个不同的湿含量下测量；并且
图3是显示使用本发明的湿度测量的结果相对于十三种矿物样品的真实湿度测量的图，每个矿物样品在四种不同的水含量下测量。
具体实施方式
参考图1，示出了用于确定作为矿物样品的样品材料中的湿分测量的装置。该装置包括照射站100和检测器/测量站110。该照射站100包括密封的圆柱形样品容器101，该样品容器被配置成用于保持粉末状、颗粒状或浆料状形式的样品材料，该样品材料的元素组成和湿度水平有待确定。样品容器101优选地由没有任何干扰元素的塑料材料形成。圆盘形式的参考材料103由其中包含对热中子敏感的参考元素的金属载体(镁)形成。参考元素以方便的形式容纳在该载体中。若参考元素为钪，则金属载体可具有呈Sc2O3形式的参考元素。参考盘被可移除地附接到样品容器101的外表面上。在所示实施例中，参考盘103位于圆柱形样品容器101的凹陷部分中。这优选地避免污染。样品容器101在其顶部具有凹陷，该凹陷具有足够的尺寸以容纳参考盘103。
照射站100还包括照射源102和传送系统(未示出)，该照射源被配置为将照射发射到含有参考材料的样品容器101中，该传送系统用于将样品容器101相对于照射源102插入并保持在适当位置，并且在其照射完成时移除样品容器101。提供照射屏蔽(未示出)以在使用照射源102时保护操作者以及检测器和测量站。
与照射源分开的检测器和测量站110包括围绕样品容器101布置的至少一个、优选两个或更多个γ射线检测器111、112。γ射线检测器111、112中的每一个被配置为检测来自样品材料和/或参考材料的照射，并且生成表示检测到的照射的信号。检测器111、112中的每一个的横截面为圆形，并且分别位于样品容器101的上方和下方，以不仅计数从样品发射的γ射线的较大部分，而且提高样品元素的测量均匀性。此外，为了基于它们的能量区分从样品元素和参考元素发出的不同信号，每个γ射线检测器111、112是能量分散检测器。该检测器和测量站110进一步包括处理系统113，该处理系统用于处理代表所检测到的照射的信号，以确定该至少一个样品元素的样品的湿含量和浓度。
用于选择合适的参考元素的优选标准
为热中子通量测量选择合适的参考元素的标准如下：
首先，参考盘中的元素不应被期望以显著的浓度存在于待测量的样品材料中；
第二，参考盘的元素中的一种或多种同位素应具有至少1靶恩或至少10-24cm2量级的高热中子俘获截面；
第三，中子俘获反应的产物应当是具有方便的半衰期的不稳定同位素，理想地在1秒至10分钟的范围内，并且更理想地在3秒至1分钟的范围内；
第四，在中子俘获反应中形成的不稳定同位素产物应当强烈地发射一种或多种γ射线；并且由不稳定同位素发射的γ射线的能量不应干扰由样品材料中活化的元素发射的γ射线的测量。
根据这些要求，样品材料中产生的一部分热中子将被参考盘中的参考元素捕获。这将导致在与热中子通量成比例的水平下在参考盘中形成不稳定的放射性同位素。
表1-潜在参考盘元素的热中子活化截面和衰减性质。
表1列出了周期表中对于具有至少1％的天然丰度的同位素而言热中子俘获截面至少为1靶恩的元素，其中所述俘获反应产生具有在1秒至10分钟范围内的半衰期的产物，所述产物发射至少一个能量高于40keV的γ射线，发射概率为1％或更高。
标题为‘目标’的列是指通过中子俘获经受活化的潜在参考盘元素和特定同位素。标题为‘Prop(％)’的列是指目标列中相应同位素的天然丰度。标题为“产物”的列是指中子俘获反应的产物同位素。注意，产物可以是基态或元态，后者由上标‘m’表示。标题为‘σc(b)’的列是指导致形成所述‘产物’的这种同位素的热中子俘获截面，以靶恩测量。标题为t1/2的列是指产品的半衰期。标题为‘Intf’的列指示竞争非弹性散射反应是否也可以产生产物同位素。最后，标题为‘主发射γ射线’的列指定从产物同位素发射的主X射线或γ射线的能量和强度(％)。
最适合的参考元素的选择将取决于待使用活化分析测量的样品材料中的其它元素的浓度和衰减特性。理想地，参考元素将具有与被测量的活化产物类似的半衰期，并且将产生不干扰活化产物γ射线的方便能量的γ射线。此外，参考元素不应被预期以显著的浓度存在于被测量的样品中。存在于样品中的参考元素的质量应当小于参考盘中的参考元素的质量的2％。优选地，存在于样品中的参考元素的质量应当小于参考盘中的参考元素的质量的0.5％。
影响参考元素选择的另一个因素是不存在干扰反应。需要考虑两种类型的干扰反应。首先涉及通过快源中子或光子的非弹性散射在参考元素中产生目标同位素。例如，通过76Se的中子俘获形成的77mSe产物也可以经由在天然存在的77Se上的77Se(g,g’)77mSe或77Se(n,n’)77mSe反应形成。这种反应的发生将潜在的参考元素从进一步考虑中排除，因为不可能辨别产物同位素是经由非弹性散射还是热中子俘获形成的。
第二种干扰反应是经由目标同位素或参考元素中其它天然存在的同位素上的(g,g’)、(n,n’)、(g,n)或(n,g)反应形成不需要的放射性产物。如果这些反应具有不利的衰减性质，则它们可能不利地影响在样品中被分析的参考元素和元素两者的期望衰减产物的测量。优选其中目标同位素构成天然同位素丰度的100％或接近100％的参考元素，以避免或最小化这类干扰反应。
提供两个实例来说明针对给定应用的最佳参考元素的选择。第一个实例涉及经由γ活化分析(非弹性光子散射法)分析金。197Au(g,g’)197mAu反应产生金-197的同分异构态，其具有7.73秒的半衰期并且衰减以产生具有279keV的能量的γ射线。在商业应用中，金以低浓度存在，因此重要的是由参考元素发射的γ射线应具有低于279keV的能量以避免潜在的干扰。
考虑到表1中的元素具有与金异构体类似的半衰期(长7.73s)，参考元素的理想选择是钪(Sc)。Se和Hf由于存在干扰反应而被排除；In和Ag产生能量在279keV以上的γ射线；且Yb有明显的干扰作用。氪-80(Kr)是不优选的，因为其同位素丰度低并且难以用气态参考元素工作。
第二个实例涉及经由反应63Cu(g,n)62Cu分析铜。铜-62产品的半衰期为9.67min，且衰减产生能量为511keV的γ射线。在商业应用中，铜可以以显著的浓度存在并产生强的γ-射线信号。然后优选使参考盘发射能量高于511keV的γ射线以使与铜信号的干扰最小化。对于这个例子，优选的参考盘元素是铑(Rh)或钒(V)。
应当理解，矿物样品中其它元素的分析可能需要选择其它参考元素。例如，如果被测量的样品材料中的元素的活化产物具有比金或铜的活化产物显著更长的半衰期，则将有必要使用具有类似长度半衰期的参考元素。元素丰度、热中子俘获截面、半衰期和发射γ射线的列表是容易获得的，以便于这种选择。
选择在参考盘中使用的参考元素的量，以确保在检测器系统中测量的γ射线信号具有足够的幅度，以允许以良好的统计精度对其进行测量。优选地，所使用的参考元素的量应当产生含有至少1,000个计数的γ射线光谱峰。更优选地，来自参考元素的γ射线光谱峰应含有至少4,000个计数。参考元素的质量可以通过使用已知量的参考元素(例如1g)执行测试来直接确定。由于所检测的γ射线峰面积与所使用的参考元素的质量成比例，因此可以基于该测试容易地调节所述量以产生期望强度的峰。
例如，在经由使用在8.5MeV下操作的8kW电子加速器的γ活化分析来测量矿物矿石样品中的元素的情况下，在参考盘中使用的合适的钪的量在1和3克之间，这导致对于干样品2000-6000个计数的峰面积。
另外，所述参考盘可含有第二参考元素，所述第二参考元素经受与由所述源发射的初级照射束的反应以产生放射性同位素产物，所述放射性同位素产物发射具有与由所述第一参考元素发射的γ射线不同的能量的γ射线。第二参考元素应被选择为具有与第一参考元素相似的半衰期，并且应预期不会以可感知的浓度存在于被测定的样品中。此外，应该选择第二参考元素，使得其产品不干扰被测量的样品中的元素的分析。
第二参考元素可用于监测照射源的输出的任何变化，否则将引起从第一参考元素测量的γ射线的峰值强度的变化。方便地，比率R：
可以如下计算，其中Nγ1，2是与第一或第二参考元素相关联的γ射线峰的测量面积，T1，2是由下式给出的定时因子：
其中，r1，2＝ln(2)/thalf1，2是第一参考元素或第二参考元素的乘积的衰减率，并且ti、tc和tm分别是用于活化分析的照射时间、冷却时间和测量时间。
比率R提供与样品附近的热中子通量成比例的量度，针对照射源的输出的任何变化进行校正。
根据经验，观察到R与样品湿含量(wt％)之间的关系具有以下近似形式：
其中R(0)是针对干样品测量的R值，并且a和b是根据经验确定的常数。
对于相似类型的样品材料，R(0)的值大致恒定。R(0)和参数a和b的值可以通过测量具有不同组成和湿含量的多个样品的R值来确定。
方法
在操作中，确定参考元素并且制造至少部分地由参考元素形成的参考盘103。此后，将粉末状样品材料装入样品容器中。机器人将样品容器101相对于参考盘103定位。然后，样品容器和参考盘103作为一个移动到照射源102附近。操作照射源102一段时间以将照射发射到样品材料中，以便引起样品材料内的元素的活化。
如果活化方法是快中子活化分析(FNAA)，则从源发射的高能中子将在与样品的氢含量密切相关的样品材料内部热化。
如果活化方法是γ活化分析(GAA)，也称为光子活化分析)，则从高能源光子与用于构造照射源的材料的相互作用发射作为副产物的快中子。例如，在光子源是使用电子加速器和由钨制成的Bremsstrahlung转换器目标的X射线源的情况下，在6.7MeV的阈值能量以上的X射线将产生经由在目标中的钨同位素上的(g,n)反应产生的中子。以这种方式产生的中子具有从keV到MeV范围内的能量，并且这些能量将与样品的湿含量直接相关地在样品材料中热化。
一旦照射周期完成，机器人将样品容器101和参考盘103转移到检测器/测量站110。优选使用例如机器人或气动或电动机构自动实现样品转移。然而，在样品元素和参考元素产品的半衰期足够长的情况下，可以将样品容器101和参考盘103手动转移到检测器和测量站。
在检测器和测量站110中，第一γ射线检测器111邻近参考材料103所附着的样品容器的侧部定位。因此，该第一检测器111可以检测从参考元素盘103发射的γ射线，而γ射线不必首先穿过样品材料，从而受到衰减。
第二γ射线检测器112定位在样品容器的与参考材料相对的一侧上。该第二检测器112用于增加可以检测从样品材料发射的γ射线的效率。
提供了用于记录和计数来自检测器的γ射线信号的处理器113。该处理器可操作来区分所检测的γ射线的能量，从而允许来自该样品材料中的活化元件的信号(活化信号)与来自该参考元素盘103的信号(参考盘信号)相分离。
将含有样品材料的样品容器101留在检测器和测量站中，直到已经经过用于将活化信号和参考盘信号计数到所需精度水平的足够时间。含有样品材料的样品容器101然后可以被返回用于进一步的活化和测量的循环或者从检测器/测量系统排出以允许分析新的样品。
来自参考盘中的参考元素的信号提供在照射期间在样品材料附近的热中子通量的直接测量。该信号可以与样品的氢含量相关，因此可以确定样品材料的湿含量。
图2示出对于十三种矿物矿石样品实验测量的钪溴活化比，每种矿物矿石样品在四个不同的湿含量下测量。可以使用线性回归将这些数据与具有方程(3)中指定的函数形式的曲线拟合以确定参数a和b的值。校准的湿度测定的结果显示在图3中。湿度测量的重复性测定为0.8wt％，且总准确度为约1.5wt％。
本发明的至少一个实施例的优点在于，能够与元素活化分析(使用快中子或光子活化分析对矿物样品进行分析)并行地确定样品材料的湿含量。这消除了对附加检测设备的需要，并且进一步消除了对附加照射源的需要，因为用于元素活化分析的照射源加倍作为用于中子热化测量的源。
本领域技术人员应当理解，低元素浓度的灵敏活化分析涉及非常强的照射源。然而，如果没有损坏，则非常强的照射源可以使在照射期间位于样品附近的活性中子检测器饱和(如在使用电子中子检测器的传统中子测湿仪中的情况)。在如此描述的本发明的实施例中，检测器能够与由源发射的照射物理分离和屏蔽，因此消除了损坏检测器的风险。
在所示实施例中，样品容器101在其顶部具有凹陷，该凹陷具有足够的尺寸以容纳参考盘103。在可替换的构造中，参考盘可以采用浅盘的形式，其包括具有周壁的圆形主体部分，参考材料通常含在主体部分中。通过这种构造，样品容器的面可以齐平地抵靠圆形主体，并且整个样品容器可以由盘容纳，使得它不在周壁上方延伸。任选地，样品容器可以在周壁上方延伸。在任一结构中，参考盘103和样品容器101应该彼此靠近地定位，以帮助它们同时被照射和测量。
虽然在所示实施例中，通过将参考元素嵌入到耐用的镁载体中来形成参考盘103，但是在可选实施例中，参考盘可以完全由参考元素形成。
以上描述涉及与经由γ活化分析(GAA)进行测定的样品并行的矿物样品的湿含量的测量。然而，本发明也适用于经由快中子活化分析来测定被分析样品中的湿度。快中子活化分析与γ活化分析互补，并为使用GAA不容易确定的轻元素提供良好的灵敏度。
对本发明的修改和改进对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改和改进意图在本发明的范围内。例如，源和样品容器的定位不限于所描述的实施例。在可选实施例中，源可以位于样品容器的上方或下方。在另一个实施例中，源可以基本上包围样品容器。此外，虽然所示实施例在可选实施例中使用一对检测器，但是可以使用单个检测器，只要它与参考盘位于样品容器的同一侧。
Claims (20)
1.一种用于确定经受元素活化分析(EAA)的样品材料中的湿含量的方法，所述元素活化分析用于确定所述样品材料中含有的至少一种样品元素的浓度，所述至少一种样品元素在EAA期间形成活化产物，所述方法包括：
将参考材料定位在所述样品材料附近，所述参考材料含有热中子俘获截面为至少1靶恩的参考元素，选择所述参考材料使得其热中子俘获反应的产物同位素为发射γ射线的放射性同位素；
用快中子源照射所述样品材料和所述参考材料以在所述样品材料中产生热中子；
检测从所述参考材料发射的γ射线并生成表示所述检测的γ射线的信号；
基于所述产生的信号计算与热中子通量成比例的因子R；和
从使湿含量与R相关的关系中识别所述样品材料中的湿含量；
其中，所述参考元素与所述样品材料中的所述至少一种样品元素不同。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述参考元素，使得通过中子俘获形成的所述产物同位素具有与所述样品元素的所述活化产物的半衰期相似的半衰期。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括选择所述参考元素，使得由所述产物同位素发射的γ射线具有不干扰由所述样品元素发射的γ射线的能量。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括选择所述参考元素，使得
如果其存在于所述样品材料中，则其在所述样品材料中的浓度是相对可忽略的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的2％。
6.根据权利要求4所述的方法，其中存在于所述样品材料中的所述参考元素的质量小于所述参考材料中的所述参考元素的质量的0.5％。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述参考元素，使得产生所述产物同位素的目标同位素的天然丰度大于1％。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述参考元素，使得所述参考元素不易发生干扰反应，由此经由与所述参考元素的其它天然存在的同位素的反应而不是热中子俘获形成所述产物同位素。
9.根据权利要求1所述的方法，其中R是通过以下计算：
在一个时间段内对所产生的信号进行计数(tm)；和
确定与所述参考元素相关的γ峰的测量面积(Nγ1)；
确定定时因子T1，其中
以及
计算R，其中其中ti和tc分别是用于元素活化分析的照射和冷却测量时间，并且其中r1＝log(2)/thalf1，其中，thalf1是所述产物同位素的半衰期。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述关系是经验关系，并且其中所述方法进一步包括通过计算针对具有不同湿含量的多个样品材料而言的R来确定使湿含量与R相关的所述经验关系。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括选择所述参考元素的量，使得其产生至少1,000计数的γ射线光谱峰。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品元素是金和银之一和/或所述选择的参考元素是钪。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考材料含有第二参考元素，并且所述方法进一步包括选择所述第二参考元素，使得其热中子俘获反应的产物同位素是发射γ射线的放射性同位素，所述γ射线具有与由与所述参考元素相关联的放射性同位素发射的γ射线不同的能量。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括选择所述第二参考元素，使得与所述第二参考元素相关联的产物同位素具有类似于与所述参考元素相关联的所述产物同位素的半衰期的半衰期。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述选择的样品元素是金或银，所述选择的参考元素是钪，并且所述选择的第二参考元素是溴。
16.一种用于确定经受元素活化分析(EAA)的样品材料中的湿含量的系统，所述元素活化分析用于确定所述样品材料中含有的至少一种样品元素的浓度，所述至少一种样品元素在EAA期间形成活化产物，所述系统包括：
快中子源，其被配置为照射样品材料和参考材料以在所述样品材料中产生热中子，所述参考材料位于所述样品材料附近，所述参考材料含有热中子俘获截面为至少1靶恩的元素，选择所述参考材料使得其热中子俘获反应的产物同位素是发射γ射线的放射性同位素；
与所述快中子源物理分离的检测器和测量站，所述检测器和测量站包括：
至少第一检测器，其被配置成(i)检测从所述参考材料发射的γ射线，以及(ii)产生表示所述检测的γ射线的信号；和
处理器，其联接到所述检测器，并且被配置成基于所述产生的信号来计算与热中子通量R成比例的因子，并且从使湿含量与R相关的关系中识别所述样品材料中的湿含量。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述快中子源是发射中子的同位素源、密封管中子发生器、粒子加速器，或产生光中子的X射线源。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成用于通过计算针对具有不同湿含量的多个样品材料而言的R来确定使湿含量与R相关联的经验关系。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述系统包括构造成用于容纳所述样品材料的容器，其中，所述系统构造成使得所述参考材料被定位成紧邻样品容器，并且使得在使用中，所述第一检测器被定位成紧邻所述参考材料的外表面。
20.根据权利要求18所述的系统，进一步包括第二能量分辨检测器，所述第二能量分辨检测器在使用中可配置成邻近所述样品材料的外表面。
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