一种利用γ射线测量复合材料成分比例的方法与流程

本发明属于原子核物理领域，涉及一种利用γ射线测复合材料(仅含有2种材料)各成分比例的方法。

背景技术：

物质成分比例测量分析在工程技术上有非常重要的应用，物质成分比例往往能反映机械加工性能指标，材料缺陷等诸多方面，因此，如何精确方便地测量物体的各成分比例对工程应用等方面即为重要。在一些恶劣的环境下，如轧钢厂刚成型的钢含量，建筑中浇灌水泥时的质量以及自然灾害中铁轨的内部变化等等，这些都给我们用传统方式测量物质成分含量带来了一定的困难，而利用核方法通常是一种快速简便的解决办法。

医院对于病人的检测比较常见的有x射线，即通过x射线穿过人体的不同组织的数量不同而造影，便于诊断病症。但x射线对于物质密度比较大的物体，穿透能力比较弱，所以在工程上的应用会有很多的限制。γ射线能量较高，正好可以弥补这方面的不足，有比较好的穿透能力，应该在工程上有很好的应用前景。目前，核技术测厚开展的时间并不长，在某些方面应用刚刚开始展开研究，对于射线穿过不同材料的研究数据还较少。本发明正是基于此想法而开展的

技术实现要素：
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发明内容

本发明的目的是为了解决在通常的环境下，不借助高精度分析仪器传统方法难以测量复合材料复合材料(仅含有2种材料时)各成分比例的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种测量复合材料复合材料各成分比例的方法，它包括下列步骤：

1.确定复合材料的2种成分，分别找到各材料的已知质量厚度r的纯材料，并测量复合材料的质量厚度。

2.调整装置，稳定工作后，在闪烁探测器和放射源之间放置材料，对其分别进行定时测量，得出其能谱图。

3.对测量中所得能谱图的全能峰进行计数，进而通过计算，得出纯材料的吸收系数。

4.将步骤2中纯材料替换为待测复合材料，利用装置进行测量，得出其衰减方程。

5.将测得的复合材料衰减方程与厚度方程联立，得出各材料质量厚度，进而求出复合材料的各成分比例。

在上述方法中，用质量厚度rm(g/cm²)来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。

在上述方法中，放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上。

在上述方法中，需调节高压和放大倍数，使放射源能谱的最大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分析范围。

在上述方法中，为了计算等时条件下进入探测器的γ射线数目，对所获得能谱的光电峰进行积分计数。

在上述方法中，为了减小所测光电峰中存在环境本底和康普顿散射的干扰，所以需要对所测光电峰面积减去本底的计数，以获得真实计数。

在上述方法中，因衰减方程与复合材料各成分的分布无关，故各成分的质量厚度与总质量厚度的比值即为各成分比例。

附图说明

图1是测量材料物质厚度的装置示意图。

图中：

1-准直屏蔽的放射源2-被测材料3-闪烁探测器

4-高压电源5-多道分析器

具体实施方式

1.确定复合材料的2种成分，分别找到各材料的已知质量厚度r的纯材料，并测量复合材料的质量厚度。

2.调整实验装置，使放射源1、准直孔、闪烁探测器3的中心位于一条直线上。调节高压电源4的高压和放大倍数，使放射源能谱的最大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器5的分析范围。稳定工作后，在闪烁探测器和放射源之间分别对无材料和放置被测纯材料2进行定时测量，测量数据通过多道脉冲分析器5将分析数据传至电脑，得出其能谱图。

3.为了计算等时条件下进入探测器3的γ射线数目，所以需要所获得能谱图的光电峰进行积分计数。因为所测光电峰中存在环境本底和康普顿散射的干扰，所以需要对所测光电峰面积减去本底的计数，即取两边峰谷1、r，把1道至r道的所有脉冲计数相加，本底以直线扣除，再对剩余部分进行计数，从而获得真实计数。

4.根据公式

式中，μm为材料吸收系数，ρ为材料密度，n2为纯材料计数，n1为无材料计数，r2为纯材料质量厚度，r1为0。

计算出纯材料的吸收系数。重复上述步骤，可得复合材料中2种成分的吸收系数μ1、μ2。

5.用相同的放射源测量复合材料(仅含有2种材料)，对其能谱图计数n，可得得其衰减方程为，

lnn1-lnn＝μ1r1/ρ1+μ2r2/ρ2

式中，n1为无材料计数。

且各材料质量厚度与复合材料质量厚度满足方程：

r1+r2＝r

式中，r1、r2分别为2种材料的质量厚度，r为复合材料的质量厚度。

将上述两个式子联立可求出各个物质的质量厚度r。

因衰减方程与复合材料各成分的分布无关，故各成分的质量厚度与总质量厚度的比值即为各成分比例。因此，复合材料各成分比例为：

ωn＝rn/r。

技术特征：

技术总结
本发明设计了一种利用γ射线测复合材料各成分比例含量的方法。实验研究表明，在复合材料中，不同物质的比例含量与其对不同能量的γ射线的衰减程度呈不同的线性关系，即在复合材料中单一物质对射线的吸收系数不因被测物含有多种物质而改变。基于此原理，将放射源测量复合材料的衰减方程与材料的总厚度方程联立得出各成分的质量厚度，将各成分的质量厚度与总质量厚度的比即为各成分比例。

技术研发人员：李加兴;李信雄;李显蓉
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2018.10.12
技术公布日：2019.02.01