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中子元素分析中γ射线空间角分布特征的蒙特卡罗模拟

侯东彪  
【摘要】:中子感生瞬发?射线在线分析技术是一种多元素即时测量技术。随着工业生产领域的应用增加,试验设计逐步成熟,已实现大量元素的定量分析。在测量方法上广泛采用透射式,即中子源、样品、探测器依次直线排列,探测器接收样品前方出射?射线。但采用这一探测方法能否获得最强的?射线计数并不确定,缺少理论依据。若采用不当的探测方式,无法最大限度的接收?射线,使元素的特征?射线计数偏低将直接影响分析结果,特别是对那些与中子反应截面较小的元素。 为了在中子感生瞬发?射线在线分析实验中进一步提高测量精度改善测量方法使实验设计科学化,本文对中子感生瞬发?射线在线分析技术应用中出射?射线在空间角分布特性进行了详细研究。首先运用MCNP4C程序模拟中子与一定体积的球形样品相互作用的方法,当放射源为圆面中子源,样品为一定体积煤球时,由点探测器在球形样品的球心与点源所在平面接收样品所含元素的特征?射线,通过得到的实验数据找出元素特征?射线通量角分布最大位置,确定探测器与被测样品的方位关系即最佳探测位置;保持中子源与样品距离和中子束半径不变,改变样品球半径探究样品体积对?射线角分布的影响;另外,模拟了样品为正六面体时的特征?射线角分布,与球形样品进行比较。文中简要介绍了中子与物质相互作用的主要类型,蒙特卡罗(Monte Carlo)方法及MCNP程序的发展过程及在研究领域的主要应用;重点论述了如何应用MCNP程序模拟实验,找出?射线的空间分布特性以及对模拟结果的处理。模拟结果显示中子感生瞬发?射线在线分析试验中样品球半径较小时采用反射法接收?射线优于透射法,以样品箱到中子源方向为准,?射线空间角分布最大位置出现在0°角上,煤中C、H、O三元素的分布曲线从0°到180°呈快速下降趋势;随着球形样品半径的增加,C和O的分布曲线在50°处分别出现交点,表现为样品球半径越小越有利于透射式接收,越大越有利于反射式接收;从H元素的分布曲线可以看出当球形样品半径为25cm时最有利于透射式接收;模拟结果还表明尺寸相当的立方体和球形样品的?射线的空间分布基本符合相同的规律。通过本文的研究方法和结果,拓展了MCNP程序在模拟粒子输运问题中的应用,为中子感生瞬发?射线在线分析技术提供了试验指导依据。


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