一种反冲核俘获探测装置及反冲俘获探测方法与流程

1.本发明属于核反应截面测量领域，具体涉及一种反冲核俘获探测器，还涉及一种反冲核俘获探测方法。


背景技术：

2.在核物理领域，活化法是核反应截面测量的常用手段。其基本原理是：将靶材料提纯，做成辐照靶，用一定能量的中子束对辐照靶进行辐照，中子与靶材料发生反应生成子核，通过测量子核发射的射线或粒子，实现子核生成量的测量，该技术能够满足大部分核材料反应截面测量。但也有部分核素，例如铀、钚，其母核及子核衰变类型相同，衰变过程中发射粒子种类相同、能量接近，且子核生成量少，导致母核对子核的测量影响极大，无法直接测量子核生成量。
3.针对母核与子核衰变类型相同、发射射线(或粒子)能量相当时核反应截面难测量的问题，提出了放射化学分离法，即先将微量的子核从母核中分离出来，再进行核反应截面测量。但此方法存在如下问题：一是高纯母核制备困难；二是放射化学分离工艺繁琐复杂，精度差，成本高昂；三是无法从母核中将微量子核完全萃取。可见放射化学分离法实用性差。
4.基于上述原因，亟需设计一种可用于母核与子核衰变类型相同、发射射线(或粒子)能量相当的核反应截面测量装置或方法。


技术实现要素：

5.为达此目的，提出了一种反冲核俘获探测器：
6.一种反冲核俘获探测装置，包括反冲核俘获探测器和中子源，其特征在于，所述反冲核俘获探测器包括探测器腔体、待测核材料镀片、俘获介质；所述待测核材料镀片和俘获介质相接触并均设置于探测器腔体内部，所述待测核材料镀片包括底衬和位于底衬一侧的待测核材料镀层，所述待测核材料镀层经中子源辐照发生核反应后可产生冲出待测核材料镀层表面的反冲核，所述俘获介质用于俘获所述反冲核，所述中子源位于反冲核俘获探测器外部，所述中子源位于待测核材料镀片的底衬侧，所述中子源发射的中子束能量阈值为5mev。
7.优选的，所述俘获介质为聚乙烯膜或聚酯膜，所述聚乙烯膜或聚酯膜贴合设置在待测核材料镀层上，所述聚乙烯膜或聚酯膜与待测核材料镀层之间间隙为微米级，所述探测器腔体为pa量级的真空腔体。
8.优选的，所述待测核材料镀片有多片且朝向相同叠放设置。
9.优选的，所述俘获介质为液态俘获液，所述俘获液充满整个探测器腔体，所述待测核材料镀片有多片且朝向相同叠放设置。
10.一种基于所述反冲核俘获探测装置的反冲核俘获探测方法，其特征在于，所述反冲核俘获探测方法包括如下步骤：
11.s1：将多片待测核材料镀片按待测核材料镀层朝向相同叠放固定于探测器腔体内，且每一个待测核材料镀层上贴合设置有聚乙烯膜或聚酯膜；
12.s2：将探测器腔体抽真空至pa量级并保持；
13.s3：开启中子源，使中子束从待测核材料镀片的底衬侧辐照待测核材料镀层发生核反应并产生反冲核，中子束能量阈值为5mev；
14.s4：聚乙烯膜或聚酯膜俘获反冲核；
15.s5：取出聚乙烯膜或聚酯膜测试放射性；
16.s6：数据处理，获取核反应截面参数。
17.另一种基于所述反冲核俘获探测装置的反冲核俘获探测方法，其特征在于，所述反冲核俘获探测方法包括如下步骤：
18.s1：将多片待测核材料镀片按待测核材料镀层朝向相同叠放固定于探测器腔体内；
19.s2：将俘获液充满整个探测器腔体；
20.s3：开启中子源，使中子束从待测核材料镀片的底衬侧辐照待测核材料镀层发生核反应并产生反冲核，中子束能量阈值为5mev；
21.s4：俘获液俘获反冲核；
22.s5：将俘获液进行浓缩、制源、测量放射性；
23.s6：数据处理，获取核反应截面参数。
24.本发明工作原理：中子源发射中子束，中子与镀层中的核材料发生核反应，生成子核，子核反冲出镀层表面，然后由俘获介质进行俘获，实现母核与子核分离，最后对俘获介质中的子核(即反冲核)进行放射性测量，经数据处理，进而获得核反应截面等参数。
25.本发明的有益效果：(1)相比于放射化学法，本发明所述装置和所述方法，创造性地利用俘获反冲核的原理，巧妙避开放射化学分离工艺繁杂、精度差、测试周期长、成本高的缺点，实现了反冲核的分离、收集与富集，最终实现子核的物理测量。(2)本发明所述装置和所述方法通过子核反冲、收集、富集、测试，进而获取核反应截面参数，解决了母核与子核衰变类型相同、发射射线(或粒子)能量相当时核反应截面难测量的难题。(3)本发明所述装置和所述方法所述待测核材料镀层可选，所述中子束能量可调，能够实现多种核材料参数测量，其适用性强、应用范围广。
附图说明
26.图1反冲核俘获探测装置i；
27.图2俘获介质i与待测核材料镀片；
28.图3反冲核俘获探测装置ii；
29.图中：1.中子源，2.反冲核俘获探测器，21.探测器腔体，22.俘获介质i，23.待测核材料镀片，24.压环，25.螺栓，26.俘获介质ii，231.底衬，232.待测核材料镀层。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。下面结合附图对本发明做详细说明。
31.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。
32.实施例一
33.反冲核俘获探测装置i，包括反冲核俘获探测器2和中子源1。该反冲核俘获探测器2主要包括探测器腔体21、待测核材料镀片23、俘获介质i22。其中待测核材料镀片23由底衬231和位于底衬上的待测核材料镀层232组成，其中待测核材料镀层232为铀、钚或其它核材料等。该实施例中俘获介质i22为聚乙烯膜或聚酯膜，该聚乙烯膜或聚酯膜贴合设置在待测核材料镀层232上，二者之间无间隙效果最佳，若有间隙建议最大间隙为微米级。为了保证聚乙烯膜或聚酯膜紧密贴合在待测核材料镀层232上，在底衬231底部、聚乙烯膜或聚酯膜顶部分别设置有环装压环24，并用紧固件来实现待测核材料镀层232与聚乙烯膜或聚酯膜等俘获介质i22的紧密贴合。由待测核材料镀片23、俘获介质i22以及顶部、底部的压环24组成的组合体称为探测单元。在实际应用中该探测单元有多组，图1中展示了4组，并朝向一致叠放固定设置在探测器腔体21内。中子源1位于反冲核俘获探测器2外部且在待测核材料镀片23的底衬231这一侧。
34.探测器2的组装流程如下：(1)将底部的压环24(限位槽朝上)置于水平台面上；(2)将待测核材料镀片23的待测核材料镀层232朝上平放于压环24的限位槽内；(3)将聚乙烯膜或聚酯膜等俘获介质i22紧贴在镀层表面；(4)将顶部的压环24(限位槽朝下)压在俘获片上，然后用螺丝将两个压环固定在一起，组成一组探测单元；(5)将多组探测单元叠加在一起，保证待测核材料镀片23的待测核材料镀层232朝向一致，然后用螺杆贯穿在一起固定在探测器腔体21底部；(6)探测器腔体21用真空胶密封，即完成组装。
35.开展中子辐照实验时，其主要步骤如下：
36.(1)组装反冲核俘获探测器2；
37.(2)将探测器腔体21的抽气口通过真空阀门与真空系统连接，将探测器腔体21抽真空至pa量级，然后关闭真空阀门并与真空系统断开。
38.(3)开启中子源1，使中子束从待测核材料镀片23的底衬231侧辐照待测核材料镀层232发生核反应并产生反冲核，中子束能量阈值调整为5mev；
39.(4)聚乙烯膜或聚酯膜俘获反冲核；辐照完成后，打开真空阀门，空气进入探测器腔体21，打开探测器腔体21上盖，拆开每个探测单元，取出聚乙烯膜或聚酯膜等俘获介质i。
40.(5)测量聚乙烯膜或聚酯膜的放射性；
41.(6)数据处理，获取核反应截面参数。
42.实施例二
43.反冲核俘获探测装置ii，包括反冲核俘获探测器2和中子源1。该反冲核俘获探测器2主要包括探测器腔体21、待测核材料镀片23、俘获介质ii26。其中待测核材料镀片23由底衬231和位于底衬上的待测核材料镀层232组成，其中待测核材料镀层232为铀、钚或其它核材料等。该实施例中俘获介质1i26为液态的俘获液，如酒精。该俘获液充满整个探测器腔体21，用于俘获反冲核。将多个待测核材料镀片23通过螺栓25和限位装置保持朝向一致叠放设置在探测器腔体21底部，待测核材料镀片23之间保持间隙。中子源1位于反冲核俘获探
测器2外部且在待测核材料镀片23的底衬231这一侧。
44.探测器2的组装流程如下：(1)将底部的压环24(限位槽朝上)置于水平台面上；(2)将待测核材料镀片23的待测核材料镀层232朝上平放于压环24的限位槽内并固定在一起组成待测单元；(3)将多组待测单元均朝上，保证待测核材料镀片23的待测核材料镀层232朝向一致；通过螺栓25和限位装置间隔叠放固定在在探测器腔体21底部，即完成组装。
45.开展中子辐照实验时，其主要步骤如下：
46.(1)组装反冲核俘获探测器2；
47.(2)打开探测器腔体21的俘获液加注口，在腔体中注满俘获液。
48.(3)开启中子源1，使中子束从待测核材料镀片23的底衬231侧辐照待测核材料镀层232发生核反应并产生反冲核，中子束能量阈值调整为5mev；
49.(4)俘获液俘获反冲核；
50.(5)将俘获液进行浓缩、蒸干、制源、测量放射性；
51.(6)数据处理，获取核反应截面参数。