充气飞行时间探测方法分析

本工作涉及充气飞行时间探测器的工作原理和实验测量结果。在不同能量(64、48和33MeV)下，利用充气飞行时间探测方法对同量异位素³⁶S和³⁶Cl进行鉴别，并与用传统的ΔE－E方法在相同能量下的鉴别结果进行比较。实验结果表明，在入射能量较高（E_i＞40MeV）时，ΔE－E法的鉴别能力比充气飞行时间法的稍好些；在E_i＜40MeV时，充气飞行时间法的鉴别能力比ΔE－E法的好，入射能量为20～40MeV时，充气飞行时间法能明显将³⁶S和³⁶Cl区分出来。     

AMS-14C样品制备系统的研制及其性能研究

为了开展加速器质谱仪（accelerator mass spectrometry, AMS）在¹⁴C测量方面的研究,研制了可采用锌法、氢法、氢化钛法制备¹⁴C样品的装置,该制样系统以石英玻璃为主要结构材料,分为以下三个单元：系统真空维护单元、CO₂纯化单元和CO₂还原单元。为验证此装置的可靠性,进行了系列 ¹⁴C样品的制备实验,得到的石墨产率基本达到80%,同时对商业碳粉、树木的含碳量与实验过程中测量区域对应的CO₂量进行了线性拟合,结果呈现明显的线性关系。对一批标准样品和本底样品进行AMS测试,结果显示每个样品¹²C^-的引出束流均大于20 μA,系列空白样品的测量结果表明,¹⁴C/¹²C丰度比平均值为1.061×10^-15,样品制备系统稳定且在制样过程中引入的碳污染较小,符合制样要求,现代木头样品的AMS绝对测量值为（9.13±0.05)×10^-13,与预期值~9.0×10^-13相符合。上述结果表明,该系统结构紧凑,能避免相互污染,高效且便于操作,满足AMS对¹⁴C样品的测试要求。     

基于反宇宙射线γ谱仪的水样品测量

本文基于本底水平较低的反宇宙射线γ谱仪,对其在水样品测量上的应用进行了探讨。文中使用水标准源对反宇宙射线γ谱仪进行效率刻度,比较不同形状水样品探测效率差异,对采集的某水样品经蒸发浓缩后测量,比较反宇宙γ谱仪与其他γ谱仪测量水样品的探测限。结果γ射线能量E＜130 keV时,反宇宙γ谱仪对马林杯($\phi$17 cm×17 cm)水样品的探测效率低于圆柱体($\phi$7.5 cm×7.0 cm)水样品,而E＞130 keV时,马林杯水样品的探测效率明显大于圆柱体样品。反宇宙γ谱仪测量马林杯水样品的探测限比圆柱体水样品探测限低一个数量级。反宇宙γ谱仪对同一水样品的探测限比常规高纯锗谱仪低一个数量级,该反宇宙γ谱仪直接测量未经前处理马林杯水样品中核素¹⁴⁴Ce、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的探测限分别为3.07×10^-2 Bq/L、3.67×10^-3 Bq/L、3.70×10^-3 Bq/L。结论是反宇宙射线γ谱仪可用于低水平放射性水样品测量,其优势在于减少前处理时间,缩短样品测量周期,大大降低探测限,提高测量精确度。     

氘-氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

本文对低能D(d,γ)⁴He聚变反应进行了实验研究。由于D(d,γ)⁴He聚变反应γ射线的产额低、能量高、本底大,实验采用大NaI-塑料闪烁体反康谱仪,以提高探测效率并降低宇宙线的影响;采用脉冲束飞行时间方法区分中子和γ射线,以减小中子和宇宙线本底的影响。实验测量了300 keV d束轰击厚D靶和薄D靶两种情况下的γ数据。在计算反应产生23.8 MeV的高能γ峰面积时,采用了拟合法扣除本底。实验测得,对厚靶,D(d,γ)⁴He反应截面为2.47×10^-37m²;对薄靶,D(d,γ)⁴He反应截面为4.36×10^-37m²。     

大面积表面污染测量仪主要性能测试与分析

针对用于测量α、β射线的便携式大面积表面污染测量仪,为确保其测量性能,本文根据JJG 478—2016和GB/T 5202—2008标准要求,对自主研发的便携式α、β大面积表面污染测量仪的均匀性、探测效率、探测限、响应时间和温度稳定性等主要性能指标进行了测试。结果表明:便携式大面积表面污染测量仪的表面发射率响应对²⁴¹Am α源为30.4%左右,对⁹⁰Sr-⁹⁰Y β源为48.1%,对³⁶Cl β源为45.5%左右;最低可探测下限对²⁴¹Am α源为0.15 Bq/cm²,对β源⁹⁰Sr-⁹⁰Y为0.07 Bq/cm²,对β源³⁶Cl为0.09 Bq/cm²;响应时间＜4 s;在-10 ℃～40 ℃时可正常工作。各项参数指标满足标准要求,能够有效达到防止污染扩散,保证工作人员安全的目的。     

加速器质谱研究超重核进展

超重核的研究具有重要的科学与实际意义。目前,在自然界直接寻找超重核的方法主要包括普通质谱（ICP-SF-MS）,加速器质谱（AMS）及多重中子探测的方法等。相比其他方法,AMS具有灵敏度高、样品用量少、测量时间短等优势。本文综述了近年来国内外利用AMS寻找超重核的方法及现状。迄今为止,利用AMS寻找了40余种超重核素,但没有明显的证据表明超重核的存在,这些核素与其矿物主体元素的丰度比约在10^-12到10^-16之间。     

具有充气飞行时间探测器的AMS测量~(36)Cl

为能实现同量异位素36S和36Cl的高灵敏AMS测量,仔细分析了36S和36Cl在P10 (90%Ar 10%CH4) 气体中的飞行时间差与入射能量、工作气压及射程的关系。在72 MeV的入射能量下,得到了系统在不充气时的时间分辨 (FWHM) 为800 ps。随着工作气压的升高,离子在气体中的时间离散相应增加。     

182Hf的AMS测量技术研究

为实现对¹⁸²Hf岩石样品的AMS精确测量,基于HI-13串列加速器对测量技术和方法等进行了系统的改进,主要包括：¹⁸²Hf空白样品的制备、偏置束流的同时监测技术、加速器系统稳定性检验、交替测量方案的实施、¹⁸²W扣除方法的改进、模拟样品测量检验、岩石样品测量检验及测量结果可信度检验等。实验结果表明,对于1×10^-10(¹⁸²Hf/¹⁸⁰Hf)水平的模拟样品,测量结果的相对不确定度约为12%,基本达到岩石样品的测量要求。岩石样品的测量不确定度较大,主要原因是岩石样品中W的含量较高。     

加速器质谱测量60Fe方法的模拟研究

长寿命的放射性核素⁶⁰Fe在天体物理学等许多研究领域中有重要科学意义。利用高能量的HI-13串列加速器质谱（AMS）系统和高性能的Q3D磁谱仪，初步研究了⁶⁰Fe的测量方法。通过优化测量条件，利用⁵⁸Fe和⁵⁸Ni分别模拟⁶⁰Fe和⁶⁰Ni，获得了仪器压低同量异位素的能力。结果表明，通过ΔE-Q3D系统结合四阳极气体电离室技术，将Ni的干扰压低了10¹¹。化学方法压低Ni的干扰为10⁴。可以预测⁶⁰Fe/Fe的探测灵敏度为10^-15。     

北京大学4.5 MV静电加速器核反应分析系统

为满足对聚变堆面向等离子体材料中氘氚滞留问题的研究，北京大学4.5 MV静电加速器在原束线基础上新增核反应分析系统，该系统使用能量0.8～3.6 MeV的H⁺、D⁺、³He⁺和⁴He⁺粒子束流，可对核反应微分截面和样品中元素浓度的深度分布进行测量分析。本文对核反应分析原理、核反应分析系统的设备布局和实验方法进行了讨论，并以D(³He,p)⁴He核反应为例，分析了微分截面计算和样品中氘元素浓度深度分布的数据结果，其深度分辨小于1.5 μm，实验误差约为7.5%。     

Heavy ion linear energy transfer measurements during single eventupset testing of electronic devices

A heavy ion beam diagnostic system installed at the Brookhaven Single Event Upset Test Facility is described. Calibration of the system with the help of a-particles, essential for linear energy transfer (LET) measurements, is discussed. Measured LET values for 20 different ions, including ⁷Li, ⁹B, ¹²C, ¹⁶O, ¹⁹F, ²⁸Si, ³²S, ³⁵Cl, ⁴⁰Ca, ⁴⁵Sc, ⁴⁸Ti, ⁵⁶Fe, ⁵⁸Ni, ⁶³Cu, ⁷⁴Ge, ⁷⁹Br, ¹⁰⁷Ag, ¹²⁷I, ¹⁹⁷Au, and ²³⁵U, with energies between 0.5 and 8.5 MeV/AMU but not exceeding 400 MeV for the heaviest ions, are presented in both graphical and numerical forms. Results are compared to predictions of the TRIM-90 simulation program, with an average difference between the measured and calculated values of 2±6%     

加速器质谱法测量含铀微粒中铀同位素比的方法研究

准确测定含铀微粒同位素比在核保障中有重要的应用价值。本文采用将含铀微粒溶解并加入高纯Fe粉烘干的方法制样,采用中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器质谱测量靶样中的同位素比。通过对CRM铀系列同位素标准样品的分析表明,该方法可测定高于10^-5的²³⁶U/²³⁸U同位素比;对于²³⁵U/²³⁸U同位素比在10^-4～10^-1范围内的含铀微粒,²³⁵U/²³⁸U同位素比相对扩展不确定度均小于10%。     

The development of a time of flight spectrometer for LARN

An elastic recoil detection time of flight system to depth profile light elements has been developed on ALTAÏS, the new Tandetron accelerator at LARN. The detector mounted at 45° from the beam axis consists of two isochronous electron detectors for the timing signal (START and STOP) and a 450 mm² heavy ion PIPS detector that detects the energy of the recoil atoms. The 2MV Tandem accelerator provides heavy ion beams with a maximum energy of 16 MeV depending on the charge transfer efficiency of the gas exchange canal located in the middle of the machine. A large variety of primary ion beams like ²⁸Si, ³⁵Cl, ⁶³Cu, ¹²⁷I or ¹⁹⁷Au can be produced with the SINIX heavy ion source and accelerated on the target. Typical current around 1 nA can be obtained. The energy transfer to the recoil atoms is typically in the MeV range and depends on the mass and the energy of the projectile. Some secondary effects like the energy loss in the carbon foils of the timing detector but also in the entrance window of the energy detector should not be neglected if we try to depth profile light elements with this technique. Time resolution of about 1 ns for the electrons detectors is suitable to obtain 1 amu mass resolution. Some examples of applications will be developed in this paper.     

Accelerator mass spectrometry with fully stripped Al, Cl, Ca and (su59)Ni ions

The detection system of accelerator mass spectrometry (AMS) with completely stripped ions of ²⁶Al, ³⁶Cl, ⁴¹Ca and ⁵⁹Ni at the Munich accelerator laboratory and measurements with these ions are presented. Detection limits are given. The presented applications are: dating of groundwater of the Milk River aquifer and deduction of the neutron fluence and spectrum of the Hiroshima A-bomb.     

LiH和LiT与H2O反应机理研究

氢材料在微量H₂O、CO₂、O₂和N₂存在下可能发生物理化学反应,使材料的物理品位下降。由于反应过程十分复杂,很难从实验上准确获取这类反应的最佳通道和具体产物信息,因此,从理论上研究氢材料分子的物理化学性质及其化学反应机制,了解化学反应过程具有十分重要的意义。本文使用Gaussian03软件包和Gaussview工具软件,在6-311G(d)全电子基函数水平上,应用二阶微扰理论优化得到了⁶LiH、⁶LiT与H₂O反应的中间体、过渡态及产物的结构,总能量,振动频率和零点能等。通过计算发现⁶LiH、⁶LiT均只有1个反应通道,⁶LiH与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-156.99 kJ/mol、8.95 kJ/mol和3.75×10¹⁰(mol•dm^-3)^-1/s,⁶LiT与H₂O反应的焓变、活化能和反应速率常数分别为-159.02 kJ/mol、9.92 kJ/mol和1.72×10¹⁰ (mol•dm^-3)^-1/s。     

Determination of sulphur and copper depth distribution in patina layers using nuclear reaction techniques

A method for Cu and S profiling in patina layers was developed by applying a combination of nuclear reaction analysis (NRA) and Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The copper profiling was performed by using the 1327 keV γ-ray deexciting the third excited state to the ground state of ⁶³Cu produced by the reaction ⁶³Cu(p,p^′γ)⁶³Cu. For the determination of sulphur the 2230 keV γ-ray was used deexciting the first excited state to the ground state of ³²S formed through the reaction ³²S(p,p^′γ)³²S, which exhibits three sharp resonances at projectile energies 3.094, 3.195 and 3.379 MeV. The relevant cross-sections were measured in the energy range between 3.0 and 3.7 MeV in steps of 20 keV at 125° to the incident proton beam direction. The technique was tested using artificially produced and natural copper patina layers. Supporting information on the depth distribution of the constituent elements of the patina samples was obtained by p-RBS (E_p: 1.5 MeV, θ: 160°).