基于特征γ射线的铀材料无损被动测量研究

摘要

铀材料的无损被动测量在核安保领域大量使用，测量方法有多种，其中丰度计法基于铀材料自发衰变产生的特征γ射线来测量富集度，研究和使用经验丰富，是最经典的方法之一。但是丰度计法仍存在受容器厚度、探测装置的位置等影响的缺点，因此，本论文通过引入容器厚度修正因子对丰度计法进行优化，提高测量精度。主要研究内容概括如下:
　　首先，对确定铀材料容器厚度的小角度康普顿散射法进行模拟，在分析光子与容器材料发生康普顿散射作用原理的基础上，提出全能峰185.72keV两侧康普顿坪的响应值与容器厚度的关系。利用控制变量法深入探讨容器厚度、铀材料富集度和容器材料种类对响应值的影响。模拟结果表明，响应值只与容器材料自身参数相关，并随容器厚度线性变化，斜率由容器材料种类决定，并且不受铀材料富集度影响。在国家核安保技术中心对小角度康普顿散射法进行实验，针对初始能谱异常的问题采用能量刻度法解决，提高特征信息提取的准确性。实验结果与模拟结果一致。
　　然后，对无限厚度法进行模拟，分析无限厚度法的实现原理，验证双感兴趣区算法的准确性，提出将容器厚度作为修正因子引入双感兴趣区算法，解决了测量精度受容器厚度影响大的问题。模拟结果表明，引入容器厚度修正显著提升了测量精度，尤其在测量富集度较高的样品时，结果的相对误差与相对偏差均在10％内，为提高无限厚度法的实验精度提供理论支持。此外，随着容器厚度的增加，修正后的测量结果精度下降，表明容器厚度只能在一定程度上修正测量结果。
　　最后，对丰度计法进行实验，采用HPGe探测器测量能谱，通过单样品刻度完成富集度测量，验证了容器厚度对测量结果的修正效果，并着重分析修正富集度较高的数据误差较大的产生原因，为刻度样品的选择方法提供了新思路。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．3研究内容

第2章小角度康普顿散射法确定铀材料容器厚度

2．1小角度康普顿散射法

2．1．1γ射线的衰减过程

2．1．2小角度康普顿散射系数k

2．1．3衰减过程引入小角度康普顿散射系数k的理论计算

2．2铀材料容器厚度的模拟研究

2．2．1 软件Geant4介绍

2．2．2模拟布局

2．2．3 HPGe探测器建模过程

2．2．4铀材料的建模过程

2．2．5模拟结果处理

2．2．6对康普顿坪计数差异的分析

2．3铀材料容器厚度的实验研究

2．3．1实验布局

2．3．2能量刻度

2．3．3实验结果与分析

2．4本章小结

第3章无限厚度法测量铀材料富集度的模拟研究

3．1无限厚度法

3．2模拟设置

3．3模拟结果及分析

3．3．1刻度常数A和B

3．3．2刻度常数准确性的评定

3．3．3容器厚度对模拟结果的影响

3．4本章小结

第4章丰度计法测量铀材料富集度的实验研究

4．1 丰度计法

4．2实验设置

4．3实验结果及分析

4．3．1 丰度计法准确性的评定

4．3．2特殊情况的单独分析

4．4本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果

致谢