PGNAA水泥分析系统中原料水含量影响分析及自校正技术研究

水泥原料中Ca、Fe、Si、Al等元素含量的高低决定着水泥的品质,而元素的含量与其对应的峰面积呈正比。由于氢元素既影响快中子慢化效率,同时又具有很高的热中子俘获截面,因此,本工作利用蒙特卡罗软件MCNP建立了基于252 Cf中子源的瞬发γ中子活化分析(PGNAA)水泥在线分析系统模型,分别对0%~5%水含量下的水泥原料进行模拟分析。通过解谱分析分别得到各关键元素的峰面积,分析了水含量变化对关键元素峰面积的影响,并建立了水含量自校正模型。结果显示,本文所建立的自校正模型能将未知水含量状况下各关键元素的峰面积校正为不含水状况下的峰面积,有效剔除了原料中水含量的影响,从而提高了各关键元素的测量精度。     

海底原位PGNAA探测含水率对中子分布影响研究

运用MC法模拟14 MeV快中子进入沉积物后的物理过程,得到了不同深度下沉积物中子能谱分布,分析了0~1 eV中子在沉积物中横、纵向分布规律以及含水率与Cl~-浓度对中子分布的影响,探讨了模拟条件下0~1 eV中子扩散的最大深度范围。结果表明:沉积物含水率对中子能谱分布和0~1 eV中子横、纵向分布均有显著影响,进行中子活化的最佳深度为2 cm处;0~1 eV中子扩散的最大深度范围为20~40 cm;海水中Cl~-浓度对中子吸收有影响但影响不显著。     

PGNAA方法测量元素的非线性规律研究

瞬发伽玛中子活化分析(prompt gamma neutron activation analysis, PGNAA)在线分析仪广泛应用于水泥、煤炭等工业控制领域,由于工业现场产量的变化,导致皮带上物料的厚度不恒定,当物料厚度变化时,在线分析仪的测量结果会出现偏差。为消除在线分析仪测量不同厚度物料的测量偏差,通过理论分析和蒙特卡罗模拟(MCNP)研究中子自屏蔽和伽玛自衰减影响,并寻求修正模型。根据探测器接收特征伽玛射线的计算公式进行理论分析,利用蒙特卡罗软件建立PGNAA在线分析仪装置模型,分别模拟Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe和水泥生料等物料随厚度变化的特征射线计数,以水泥在线分析仪为例,寻求修正模型。结果表明,特征伽玛射线强度不随物料厚度增加而线性增长,按照线性标定方法的在线分析仪测量误差增大,各元素平均相对误差大于10%;根据水泥生料各元素的特征射线计数与物料厚度之间的关系,建立适用于测量水泥生料的多项式厚度修正模型。与线性标定相比,修正后分析仪测量误差降低30%以上,可为煤质、烧结料、铝土矿等块状物料的PGNAA元素检测提供修正方法。     

中子感生瞬发γ射线能谱的蒙卡模拟

中子感生瞬发γ射线分析(PGNAA)中使用蒙卡技术模拟物料与中子反应后产生的瞬发光子在NaI(T1)探测器中的响应一直是一个难点。介绍了用于PGNAA的专用蒙卡程序NPTrans．NPTrans能够进行中子、光子级联输运并能够给出光子在NaI(T1)探测器中的响应。给出了蒙卡模拟能谱与实验数据的比较。NPTrans的开发经验为其他研究开发专用的蒙卡程序提供了一定的借鉴。     

CARR堆瞬发伽马活化分析系统的初步设计

基于中国先进研究堆（CARR）,采用蒙特卡罗方法设计并优化了瞬发伽马中子活化分析系统,确定了该分析系统的整体结构、关键组成部件的物理和几何参数。20 cm的单晶铋过滤器能够提高中子束中热中子的份额, 也极大地屏蔽了来自堆芯的伽马射线;多层材料单段柱型准直的设计能够保证照射位置较高的中子注量和较低的本底。整个装置的屏蔽设计充分考虑到了材料的质量、体积和成本等因素,通过MCNP模拟结果最终确定了各屏蔽材料的尺寸。模拟结果显示,所设计的装置能满足辐射防护和低本底的要求,达到了最初的设计目标。     

医院中子照射器PGNAA系统初步设计及测量

完成了医院中子照射器(IHNI)瞬发γ中子活化分析(PGNAA)系统的初步设计,并按照设计完成系统搭建。该系统探测器屏蔽部分和中子束屏蔽部分内层均为天然LiF粉末,外层为铅屏蔽层。使用该系统进行的硼浓度测量实验结果表明,该系统可测量10B浓度为10 ppm(1 ppm=10-6),体积为2 mL的样品,10B元素测量灵敏度为0.822 cps(s-1)/ppm。同时发现天然LiF粉末会在待测能区产生较高本底,影响测量精度。     

应用MOCA程序设计煤料PGNAA实验装置

为促进国内煤料瞬发γ中子活化分析（prompt gamma neutron activation analysis, PGNAA）技术开发,本研究使用基于蒙特卡罗模拟方法的MOCA程序对煤料PGNAA技术常用中子源²⁵²Cf进行模拟建模,并对²⁵²Cf中子源在煤料和常用慢化体聚乙烯中的中子场分布进行模拟计算,得到了源距与中子通量的关系曲线。通过模拟计算的结果,结合煤料PGNAA的测量过程和实验室情况,设计了既可表征大批煤料PGNAA过程又可实现辐射防护的实验装置。使用该装置开展实验室实验,取得了具有明显特征峰的实验谱图和良好线性的灰分标定系数,表明设计的实验装置具有适宜性,可利用该装置对煤料PGNAA进行进一步实验室研究。     

Prompt Gamma-Ray Analysis of Steel Slag in Concrete

Blast furnace slag (BFS) is added to Portland cement concrete to increase its durability, particularly its corrosion resistance. Monitoring the concentration of BFS in concrete for quality control purposes is desired. In this study, the concentration of BFS in concrete was measured by utilizing an accelerator-based prompt gamma-ray neutron activation analysis (PGNAA) setup. The optimum size of the BFS cement concrete specimen that produces the maximum intensity of gamma rays at the detector location was calculated through Monte Carlo simulations. The simulation results were experimentally validated through the gamma-ray yield measurement from BFS cement concrete specimens having different radii. The concentration of BFS in the cement concrete specimens was assessed through calcium and silicon gammaray yield measurement from cement concrete specimens containing 5 to 80 wt% BFS. The yield of calcium gamma rays decreases with increasing BFS concentration in concrete while the yield of silicon gamma rays increases with increasing BFS concentration in concrete. The calcium-to-silicon gamma-ray yield ratio has an inverse relation with BFS concentration in concrete.     

PGNAA方法学的发展与现状

瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)为非破坏性、在线测量的核分析方法。目前国际上有30多座研究堆建立了PGNAA实验室。本文介绍了三种定量瞬发伽马活化分析方法:相对法、校准曲线法、k0因子法,阐述了基本原理及其应用领域,以及针对短寿命核素高精度测量的束流斩波器技术,针对大样品测量带来的中子自吸收和伽马自屏蔽效应的内标法。此外还简介了基于CARR堆的热中子瞬发伽马活化分析装置进展情况,对国内的PGNAA问题进行了探讨。     

利用MOCA程序模拟PGNAA技术探测地雷的方法

利用MOCA程序设计地雷探测装置,并模拟瞬发γ中子活化分析(prompt gamma neutron activation analysis,PGNAA)技术探测地雷过程.采用东北师范大学NG-9型中子发生器为中子源,研究其内部绝缘材料(聚酰亚胺等)对中子能量分布的影响.在此基础上设计并优化装置,确定钨、碳化钨、钨+含...