一种核反冲法气体探测器能量刻度方法与流程

1.本发明属于中子测量技术领域，具体涉及一种核反冲法气体探测器能量刻度方法。


背景技术：

2.核反冲法是中子测量的几种主要方法之一，主要用于快中子的测量，其基本原理是利用中子与原子核的碰撞，使被碰撞核获得一定的动能，根据动量和动能守恒定律，被碰撞核的质量越小则获得的动能越大，因此，选用氢原子核作为反冲核是最佳选择，氢核获得的动能可以表示为公式(1):
3.e
h
＝e
n
·
cos2θ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
4.式中：
5.e
h
—表示反冲氢核获得的动能；
6.e
n
—表示入射中子的动能；
7.θ—表示氢核出射方向和入射中子方向的夹角。
8.原则上来说，可以从测量的质子谱通过解谱的方法获得想要的中子谱，要想从反冲质子谱推算出中子能谱，首要条件是对测量的质子谱进行能量刻度，对于含氢正比计数器或电离室，由于外层一般是1mm的不锈钢，显然采用加速器质子束进行能量刻度不现实，可以采用加速器产生的单能中子，然后通过反冲质子能量边进行能量刻度，但能够提供单能中子的实验室非常少。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种简单易行的核反冲法气体探测器的能量刻度方法，通过alpha源结合蒙特卡洛模拟程序进行能量刻度。
10.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种核反冲法气体探测器能量刻度方法，包括如下步骤：
11.步骤s1，获得用于镀靶的铀物质中铀同位素原子核数量的比值；镀有所述铀物质的铀靶设置在气体探测器内；
12.步骤s2，获取第一alpha谱，确认第一计数峰值所对应的道址，所述第一alpha谱是指在所述气体探测器内的所述铀靶发射的alpha谱，所述第一计数峰值是指所述第一alpha谱中的计数峰值；在所述第一alpha谱中，y轴数据为计数值，x轴数据为道址；
13.步骤s3，获取第二alpha谱，确认第二计数峰值所对应的能量，所述第二alpha谱是指通过模拟程序得到的模拟的所述气体探测器内的所述铀靶发射的模拟alpha谱，所述第二计数峰值是指所述第二alpha谱中的计数峰值；在所述第二alpha谱中，y轴数据为计数值，x轴数据为能量；
14.步骤s4，通过所述第一计数峰值所对应的所述道址和所述第二计数峰值所对应的能量完成对所述气体探测器的能量刻度。
15.进一步，在所述步骤s1中，通过热电离质谱仪采用热电离质谱法获得用于镀靶的所述铀物质中的铀同位素原子核数量之比，铀同位素包括u234、u235、u236和u238。
16.进一步，在所述步骤s3中，将用于镀靶的所述铀物质的铀同位素发射alpha粒子分支比信息、所述气体探测器的结构信息以及所述铀靶的信息带入所述模拟程序用于模拟所述第二alpha谱。
17.进一步，在所述步骤s3中，所述模拟程序为蒙特卡洛模拟程序。
18.进一步，在所述步骤s1中，还包括对所述铀靶进行镀靶、组装所述气体探测器以及在所述气体探测器内充入用于中子反冲的含氢原子气体。
19.本发明的有益效果在于：
20.通过alpha源结合蒙特卡洛模拟程序可以给出alpha粒子脉冲幅度谱上峰位的道址对应的能量信息，这样就完成核反冲法气体探测器测量系统的能量刻度；不需要采用加速器产生单能中子，然后通过反冲质子能量边进行能量刻度，大大降低了对实验室条件的要求。
附图说明
21.图1是本发明实施例中所述的u
‑
235裂变电离室的示意图；
22.图2是本发明实施例中所述的第一alpha谱；
23.图3是本发明实施例中所述的第二alpha谱。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
25.本发明提供的一种核反冲法气体探测器能量刻度方法，包括如下步骤：
26.步骤s1，获得用于镀靶的铀物质中铀同位素原子核数量的比值；镀有铀物质的铀靶设置在气体探测器内；
27.步骤s2，获取第一alpha谱，确认第一计数峰值所对应的道址，第一alpha谱是指在气体探测器内的铀靶发射的alpha谱，第一计数峰值是指第一alpha谱中的计数峰值；在第一alpha谱中，y轴数据为计数值，x轴数据为道址；
28.步骤s3，获取第二alpha谱，确认第二计数峰值所对应的能量，第二alpha谱是指通过模拟程序得到的模拟的气体探测器内的铀靶发射的模拟alpha谱，第二计数峰值是指第二alpha谱中的计数峰值；在第二alpha谱中，y轴数据为计数值，x轴数据为能量；
29.步骤s4，通过第一计数峰值所对应的道址和第二计数峰值所对应的能量完成对气体探测器的能量刻度。
30.在步骤s1中，通过热电离质谱仪采用热电离质谱法获得用于镀靶的铀物质中的铀同位素原子核数量之比，铀同位素包括u234、u235、u236和u238。
31.在步骤s3中，将用于镀靶的铀物质的铀同位素发射alpha粒子分支比信息、气体探测器的结构信息以及铀靶的信息带入模拟程序用于模拟第二alpha谱。
32.在步骤s3中，模拟程序为蒙特卡洛模拟程序。
33.在步骤s1中，还包括对铀靶进行镀靶、组装气体探测器以及在气体探测器内充入用于中子反冲的含氢原子气体。
34.实施例
35.以下举例说明本发明提供的一种核反冲法气体探测器能量刻度方法的实际操作。采用一个u
‑
235裂变电离室作为气体探测器，u
‑
235裂变电离室的结构如图1所示。
36.图1中u
‑
235裂变电离室为背靠背对称的两个子电离室，任一子电离室主要几何结构为，外壳为1mm厚无氧铜，铀靶直径2.5cm，厚度为161.67μg/cm2，底衬为直径3.6cm，厚度0.3mm的铂金，收集极为0.1mm厚无氧铜。内部充有1.56e
‑
3g/cm3的氩甲烷气体(ar90％，ch410％)。
37.步骤s1，通过热电离质谱仪采用热电离质谱法获得用于镀靶的铀物质中的铀同位素原子核数量的比值(结果如表1所示)，获得铀同位素原子核数量的比值后对铀靶进行镀靶，组装成u
‑
235裂变电离室，充入用于中子反冲的含氢原子气体。
38.表1铀同位素所占百分比
39.同位素名称所占份额/％u2341.262u23590.118u2360.2294u2388.390
40.铀同位素半衰期信息如表2所示：
41.表2铀同位素半衰期
42.同位素名称半衰期/yu2342.455e 5u2357.04e 8u2362.342e 7u2384.468e 9
43.铀同位素发射alpha粒子分支比信息，如表3、4所示：
44.表3 u
‑
234、235发射alpha分支比
[0045][0046][0047]
表4 u
‑
236、238发射alpha分支比
[0048][0049]
由表2到表4可以推算出单位时间内发射的不同能量alpha粒子的相对强度，具体信息如表5所示：
[0050]
表5不同能量alpha粒子相对强度
[0051][0052][0053]
表5中alpha粒子没有按能量上升或下降进行排序，而是按同位素进行排列，从表5可以看出，铀靶发射的alpha粒子能量主要是4.7224mev和4.7746mev，u
‑
235裂变电离室加500v的高压时获得的脉冲幅度谱(第一alpha谱)如图2所示。
[0054]
步骤s2，需要测量u
‑
235裂变电离室中铀靶发射的alpha谱(第一alpha谱)，见图2；
[0055]
步骤s3，从图2可以看出，存在一个很好的尖峰，但对应的能量显然不是4.7746mev，这是由于铀靶发射的alpha粒子能量并不能完全沉积在电离室气体中，这时如果想对这套测量系统进行能量刻度，可以采用蒙特卡洛程序模拟给出尖峰处道址所代表的能量，蒙特卡洛程序模拟采用的alpha源为几何如铀靶物质的各项同性体源，能量信息如表5所列，alpha粒子在电离室气体内沉积的能谱(第二alpha谱)如图3所示；
[0056]
步骤s4，这样，从图2处可以知道尖峰(即第一计数峰值)处道址为205，从图3处可以知道尖峰(即第二计数峰值)处能量为2.228mev，这样就完成了核反冲法气体探测器测量系统的能量刻度。
[0057]
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。