扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法及系统

1.本发明属于核数据测量技术领域，具体涉及一种扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法及系统。


背景技术：

2.核数据是核能利用、核工程建设、核技术应用以及核物理基础研究等不可缺少的基础数据，在核医学、材料分析、资源勘探、环境监测、宇航技术以及核天体物理研究领域也有着广泛的应用。目前，实际应用的核数据中的核反应数据最重要的是中子与核发生反应的核数据，简称中子核数据，它在研究核结构和核反应机制及核能利用中占重要地位。在实践中，核反应截面的测量受各种因素影响，例如产生的激发态子核衰变对所研究的产生基态子核反应截面测量的影响，其它反应产物衰变对被研究的核反应截面测量的影响，产生相同子核的核反应之间的相互影响等。所有这些问题都需要合理解决，才能获得精确可靠的核反应截面实验数据。
3.关于各种核反应的相互影响问题，通常可以采用同位素分离或根据生成核半衰期不同而采用不同的冷却时间等方法加以解决，但是，在实际工作中通常采用天然样品，如果样品元素含有多个稳定同位素，那么样品被活化产生同种子核的多种核反应的相互影响问题通常很难避免。例如(n,p)，(n,d),(n,np),(n,pn)，(n,t)，(n,nd)，(n,2np)等反应，或(n,3n),(n,2n),(n,n'),(n,γ)等反应。如何扣除产生同种子核反应对目标核反应截面测量的影响对目标核反应截面测量准确性至关重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法及系统，根据所测得目标核反应产物的特征γ射线全能峰的总计数和产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，可快速计算出扣除产生同种子核反应影响后的目标核反应截面，计算简单快捷，排除干扰后的核反应截面数据更为精确。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
6.本发明提供了一种扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法，包含以下步骤：
7.制备样品并对样品进行中子辐照；
8.判断样品辐照后是否仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略；
9.在仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略情况下，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响。
10.进一步地，所述制备样品并对样品进行中子辐照包含以下步骤：
11.制备样品：将含有两种及两种以上同位素的天然样品制成直径为2cm的圆片，并被
夹在两个相同直径的监督片中间，外面再用镉皮包住；
12.辐照样品：用中子发生器产生的中子对样品进行辐照；
13.测量γ射线活性：用高纯锗γ谱仪系统对反应产物的γ射线活性进行测量。
14.进一步地，当采用含有多种稳定同位素的天然样品测量核反应截面时，则存在多个反应的生成物完全相同的情况，此时判断是否其它反应没有发生或虽然发生但对目标核反应的影响可以忽略不计，仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略。
15.进一步地，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响，包含以下步骤：
16.测量目标核反应产物的特征γ射线全能峰的总计数c
x
；
17.用c
x
计算有与目标核反应子核相同的反应影响的目标核反应截面σ'
x1
；
18.用σ'
x1
和产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值σ
x2
计算目标核反应截面σ
x1
。
19.进一步地，所述有与目标核反应子核相同的反应影响的目标核反应截面σ'
x1
的计算公式如下：
[0020][0021]
式中，下标x和0分别表示待测样品和监督片的值，m为样品质量，η0为监督反应的母核丰度，i
γ
为特征γ射线的强度，ε为所测的特征γ射线的全能峰效率，λ为衰变常数，k为中子注量率波动校正因子，表达式为其中l是将中子辐照时间分成的段数，δti为第i段的时间间隔，ti为第i段辐照结束到总辐照结束之间的时间间隔，φi是在δti时间内入射到样品上的平均中子通量，φ是在总辐照时间t内入射到样品上的平均中子通量，s＝1-e-λt
表示剩余核的生长因子，d为测量收集因子，表达式为t1是从辐照结束到测量开始的时间间隔，t2是从辐照结束到测量结束的时间间隔，a为样品元素的原子量，f为总的γ射线活度校正因子，f＝fs×
fc×fg
，其中fs，fc，fg分别是γ射线在样品中的自吸收校正因子、级联γ射线符合效应校正因子和几何校正因子，co为监督反应产物的特征γ射线的全能峰计数，η
x1
为目标核反应的母核丰度。
[0022]
进一步地，所述目标核反应截面σ
x1
的计算公式如下：
[0023][0024]
式中，σ'
x1
为有与目标核反应子核相同的反应影响的目标核反应截面，σ
x2
为产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，η
x1
为目标核反应的母核丰度，η
x2
为与目标核反应子核相同的反应的母核丰度。
[0025]
本发明还提供了一种扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的系统，包括：
[0026]
样品制备模块，用于制备样品并对样品进行中子辐照；
[0027]
判断模块，用于判断样品辐照后是否仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略；
[0028]
目标核反应截面计算模块，用于在仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标
核反应截面测量影响不可忽略情况下，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响。
[0029]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0030]
当采用含有多种稳定同位素的天然样品测量核反应截面时，往往可能存在多个反应的生成物完全相同的情况，在其它反应没有发生或虽然发生但对目标核反应的影响可以忽略，而仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略的情况下，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，可快速计算出扣除产生同种子核反应影响后的目标核反应截面；本发明的方法原理清楚、涉及公式简单、计算快捷，从而提高在采用含有两种及两种以上同位素的天然样品测量核反应截面时所获得核反应截面数据的精确度。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1是本发明实施例的扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法的流程示意图；
[0033]
图2是本发明实施例的扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的系统的结构框图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
如图1所示，本实施例的扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法，包含以下步骤：
[0036]
步骤s11，制备样品并对样品进行中子辐照。
[0037]
步骤s12，判断样品辐照后是否仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略。
[0038]
步骤s13，在仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略情况下，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响。
[0039]
具体的，所述制备样品并对样品进行中子辐照包含以下步骤：
[0040]
步骤s111，制备样品：将含有两种及两种以上同位素的天然样品制成直径为2cm的圆片，并被夹在两个相同直径的监督片(铌或铝)中间，外面再用厚度约为0.1cm的镉皮包住。
[0041]
步骤s112，辐照样品：用d-t中子发生器产生的14mev中子对样品进行辐照。
[0042]
步骤s113，测量γ射线活性：用高纯锗γ谱仪系统对反应产物的γ射线活性进行测量。
[0043]
对于步骤s12，当采用含有多种稳定同位素的天然样品测量核反应截面时，往往可能存在多个反应的生成物完全相同的情况，此时判断是否其它反应没有发生或虽然发生但对目标核反应的影响可以忽略不计，仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略。例如ax(n,p)ay，
a+1
x(n,d
*
)ay，
a+2
x(n,t)ay反应等；
a+1
x(n,3n)
(a-1)m
x，ax(n,2n)
(a-1)m
x，
a-1
x(n,n')
(a-1)m
x，
a-2
x(n,γ)
(a-1)m
x反应等；一般情况下，在14mev中子能区
a+2
x(n,t)ay反应因其反应截面小，对ax(n,p)ay和
a+1
x(n,d
*
)ay反应截面测量的影响可以忽略，但是ax(n,p)ay和
a+1
x(n,d
*
)ay反应的相互影响不能忽略。
a+1
x(n,3n)
(a-1)m
x反应的阈能一般较大，该反应在14mev中子能区一般不会发生，而
a-2
x(n,γ)
(a-1)m
x反应因其反应截面小，对ax(n,2n)
(a-1)m
x和
a-1
x(n,n')
(a-1)m
x反应截面测量的影响可以忽略，但
a-1
x(n,n')
(a-1)m
x与ax(n,2n)
(a-1)m
x的相互影响一般不能忽略。
[0044]
对于相互影响不能忽略的两个反应(如ax(n,p)ay和
a+1
x(n,d
*
)ay，
a-1
x(n,n')
(a-1)m
x和ax(n,2n)
(a-1)m
x等)，可以采用步骤s13的方法扣除一个反应对另一个反应截面测量的影响。下面以扣除
a+1
x(n,d
*
)ay反应对ax(n,p)ay反应截面测量的影响为例，说明扣除与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响的方法，结果适用于扣除
a-1
x(n,n')
(a-1)m
x反应对ax(n,2n)
(a-1)m
x反应截面测量的影响，也适用于相反的情况，以及类似的其它情况。
[0045]
具体的，所述步骤s13中用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响，包含以下步骤：
[0046]
步骤s131，测量目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)产物(例如ay)的特征γ射线全能峰的总计数c
x
；
[0047]
步骤s132，用c
x
计算有与目标核反应子核相同的反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)影响的目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ'
x1
；
[0048]
步骤s133，用σ'
x1
和产生同种子核的不可忽略的核反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)截面的实验值或评价值σ
x2
计算目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ
x1
。
[0049]
步骤s132中有与目标核反应子核相同的反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)影响的目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ'
x1
的计算公式如下：
[0050][0051]
式中，下标x和0分别表示待测样品和监督片的值，m为样品质量，η0为监督反应的母核丰度，i
γ
为特征γ射线的强度，ε为所测的特征γ射线的全能峰效率，λ为衰变常数，k为中子注量率波动校正因子，表达式为其中l是将中子辐照时间分成的段数，δti为第i段的时间间隔，ti为第i段辐照结束到总辐照结束之间的时间间隔，φi是在δti时间内入射到样品上的平均中子通量，φ是在总辐照时间t内入射到样品上的平均中子通量，s＝1-e-λt
表示剩余核的生长因子，d为测量收集因子，表达式为t1是从辐照结束到测量开始的时间间隔，t2是从辐照结束到测量结束的时间间隔，a为样品元素的原子量，f为总的γ射线活度校正因子，f＝fs×
fc×fg
，其中fs，fc，fg分别是γ射线在样品中的自吸收校正因子、级联γ射线符合效应校正因子和几何校正因子，co为监督反应产
物的特征γ射线的全能峰计数，η
x1
为目标核反应的母核丰度。
[0052]
步骤s133中目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ
x1
的计算公式推导如下：
[0053]
由核反应截面的一般计算公式得到公式(2)和公式(3)，其中σ0为监督反应截面评价值：
[0054][0055][0056]
式中，σ
x1
为目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面，σ
x2
为与目标核反应子核相同的反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)截面，η
x1
为目标核反应的母核ax丰度，η
x2
为与目标核反应子核相同的反应的母核
a+1
x丰度，c
x1
为目标核反应产物应有的特征γ射线的全能峰计数，c
x2
为与目标核反应子核相同的反应产物应有的特征γ射线的全能峰计数，c
x
为实际测量的目标核反应产物的特征γ射线全能峰的总计数。
[0057]
在测量目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面过程中，c
x1
为c
x
减去c
x2
，表达式如下：
[0058]cx1
＝c
x
－c
x2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0059]
由公式(2)、(3)和(4)推导出公式(5)：
[0060][0061]
式(5)中，σ'
x1
为有与目标核反应子核相同的反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)影响的目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面，σ
x2
为产生同种子核的不可忽略的核反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)截面的实验值或评价值。公式(5)即为在核反应测量中，扣除与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响的计算公式。
[0062]
在实际的核反应截面测量中，首先测得目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)产物(例如ay)的特征γ射线全能峰的总计数c
x
，然后代入公式(1)求得有与目标核反应子核相同的反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)影响的目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ'
x1
，最后，用产生同种子核的不可忽略的核反应(例如
a+1
x(n,d
*
)ay反应)截面的实验值或评价值σ
x2
代入公式(5)，求得目标核反应(例如ax(n,p)ay反应)截面σ
x1
；扣除与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响的计算公式，计算原理清楚、计算公式简单、计算方便快捷和计算结果更为准确。
[0063]
与上述扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的方法相应地，如图2所示，本实施例还提供一种扣除其它核反应对目标核反应截面测量影响的系统，包括：
[0064]
样品制备模块21，用于制备样品并对样品进行中子辐照；
[0065]
判断模块22，用于判断样品辐照后是否仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略；
[0066]
目标核反应截面计算模块23，用于在仅有一种与目标核反应子核相同的反应对目标核反应截面测量影响不可忽略情况下，用产生同种子核的不可忽略的核反应截面的实验值或评价值，扣除其对目标核反应截面测量的影响。
[0067]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0068]
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。