[發明專利]一種基于核共振熒光的脈沖γ射線能譜測量系統及方法

有效

• 申請號: 201810049783.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108267775B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 魏坤;翁秀峰;黑東煒;盛亮;李斌康;譚新建;付竹明;孫彬
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明涉及一種基于核共振熒光的脈沖γ射線能譜測量系統及方法。該裝置包括鉛準直器、HPGe探測器以及特定靶片；所述鉛準直器、特定靶片依次設置在待測脈沖γ射線的束流方向上；所述HPGe探測器位于待測脈沖γ射線的一側且HPGe探測器與束流方向之間的夾角為90°?120°；特定靶片包括多種靶材料疊加而成，且每一種靶材料的能級均位于待測脈沖γ射線的能量范圍內。該方法包括：1)利用HPGe探測器探測待測脈沖γ射線核共振熒光過程中出射的光子數R；2)計算光子數密度；3)將光子數密度通過高斯擬合得到待測脈沖γ射線的能譜分布圖。本發明的應用不僅使得脈沖γ射線能譜測量實驗設置簡單，后期計算簡單并且測量精度高。

技術領域

本發明屬于核輻射射線能譜測量技術，具體涉及一種基于核共振熒光的脈沖γ射線能譜測量系統及方法。

背景技術

當入射γ光子能量與原子核激發態與基態間的能級差相等時，原子核會產生強烈的共振吸收，之后處于激發態，被激發的原子核在退激到基態或能量較低激發態的過程中會釋放特定能量的γ光子，這一過程即為核共振熒光(Nuclear Resonance Fluorescence,NRF)。由于核能級帶寬很窄，所以釋放的γ光子帶寬很窄(ΔE/E＝10^-6)。核共振熒光的反應截面可以表示為：

其中，E為入射γ射線能量；λ為其相應波長；E_r為共振能量；Γ為退激到不同能級的帶寬之和；Γ₀為對應退激到基態的帶寬；g為與總角動量相關的統計因子其中J_i為激發態的總角動量；J₀為基態的總角動量。由于核的熱運動，核能級存在多普勒展寬。當多普勒展寬遠大于固有帶寬時，此時核共振熒光過程的反應截面可近似表示為：

其中，Δ代表多普勒展寬，其與原子核共振能量、質量及溫度間有關系：

由于核能級與核素的對應關系，故核共振熒光可以應用于同位素的識別和檢測，據此有很多相關的應用方向和前景，包括核廢料檢測、核武器核查、爆炸物檢測、集裝箱安檢及醫學診斷成像等等，近些年得到了大家的廣泛關注和研究。

對于射線能譜的測量，目前主要依靠常用的射線探測器，如氣體探測器、閃爍體探測器、半導體探測器等連接多道譜儀這種計數方式實現。但是對于高強度的脈沖射線，由于一個脈沖中包含大量粒子，依靠這種計數方式會由于信號堆積而很難實現對能譜的測量。測量脈沖射線能譜，目前常用的方法有衰減法和磁分析法，衰減法通過測量通過不同厚度衰減片后的脈沖強度，分析計算得到脈沖射線能譜；磁分析法利用磁鐵將射線與轉換靶康普頓作用產生的電子進行偏轉，通過電子的空間分布得到射線能譜分布。

衰減法需要復雜的解譜方法進行后期的計算，而磁分析法通常需要大塊磁鐵，實驗設置較為復雜。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了一種實驗設置簡單，后期計算簡單且測量精度高的基于核共振熒光的脈沖γ射線能譜測量系統及方法。

本發明的基本原理是：

本發明基于核共振熒光，測量脈沖γ射線能譜，根據被測γ射線能量范圍，選擇截面合適且NRF譜線在所測伽馬射線最大能量以內近似均勻分布的一些核素材料作為靶材料，使用HPGe探測器測量NRF譜線強度，進而計算得到多個能點的射線強度數值，可以將各點平滑相聯，即可得到待測脈沖γ射線的能譜圖。

本發明采用的技術方案是：

本發明提供了一種基于核共振熒光的脈沖γ射線能譜測量系統，包括鉛準直器、HPGe探測器以及特定靶片；

所述鉛準直器、特定靶片依次設置在待測脈沖γ射線的束流方向上；所述HPGe探測器位于待測脈沖γ射線的一側且HPGe探測器與束流方向之間的夾角為90°-120°