用D-T中子发生器快速检测土壤中铅含量的方法研究

摘要

利用自产中子发生器做中子源，采用中子感生瞬发γ射线分析技术，进行土壤中重金属铅含量的快速检测方法研究，可为土壤污染防治工作提供快速有效的监测手段。本论文在详细介绍了中子感生瞬发γ射线分析原理的基础上，为了使研究工作节省时间和更合理的使用实验材料，利用蒙特卡罗方法对实验装置设计和对所测的铅元素特征γ射线峰位进行了模拟。通过MCNP模拟，合理的设计了实验装置，确定了铅元素被中子辐照后产生γ射线的最佳特征峰能量。在对所采集的土壤样品和掺杂不同数量铅粉样品进行反复测试积累大量数据后，用自己编写的计算软件进行回归计算，得出使用14MeV的D-T中子发生器做中子源进行土壤中重金属铅检测的最小检出限，证明了使用中子感生瞬发γ射线法进行土壤中重金属检测是可行的。由于目前只有能够产生108n/s中子的中子发生器，要提高检测精度，可适当提高中子发生器的中子输出，并根据MCNP模拟结果，在装置设计时尽量不用或少用对所测元素特征γ射线峰干扰的物质，使用中子发生器做中子源还可以进行土壤中微量元素检测研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 NIPGA的国内外发展现状及应用

1.2.1 NIPGA的国内外发展现状

1.2.2 NIPGA 应用

1.3 本文所要解决的关键问题

1.4 课题的实用价值

1.5 本章小结

第二章 中子感生瞬发伽马射线分析方法的原理

2.1 中子与物质的五种主要反应

2.1.1 弹性散射

2.1.2 非弹性散射

2.1.3 放出带电粒子的核反应

2.1.4 核裂变

2.1.5 辐射俘获

2.2 反应截面

2.3 利用特征伽马峰的能量和面积确定元素种类和元素含量

2.3.1 利用特征伽马峰的能量确定元素种类

2.3.2 利用特征伽马峰的面积计算元素含量

第三章 蒙特卡罗(Monte Carlo)方法简介

3.1 Monte Carlo方法简述

3.2 MCNP程序简介

3.3 粒子在介质中输运的Monte Carlo模拟

3.3.1 单个粒子的随机模拟

3.3.2 中子在介质中输运的Monte Carlo方法模拟

3.4 光子在介质中输运的Monte Carlo方法模拟

3.4.1 简单的物理处理过程

3.4.2 详细的物理处理过程

3.5 源的设置与结果的记录

第四章 中子源的选择

4.1 常见的中子源

4.1.1 放射性同位素中子源

4.1.2 加速器中子源

4.1.3 反应堆中子源

4.2 自成靶陶瓷中子管中子发生器

第五章 伽马射线探测器的选择

5.1 气体探测器

5.2 闪烁探测器

5.3 半导体探测器

5.4 伽马射线探测器的选择

第六章 中子防护体的选择

6.1 模型的建立

6.2 输入文件

6.3 模拟结果

第七章 特征伽马射线的选择

7.1 模型的建立

7.2 纯铅的模拟

7.2.1 输入文件

7.2.2 模拟结果

7.3 含铅土壤的模拟

7.3.1 输入文件

7.3.2 模拟结果

7.4 不含铅土壤的模拟

7.4.1 输入文件

7.4.2 模拟结果

第八章 实验装置的构成、实验条件的确定及实验过程

8.1 实验装置

8.2 实验条件的确定

8.2.1 样品的制取

8.2.2 中子发生器和BGO探测器工作条件的确定

8.3 实验过程

8.3.1 探测过程

8.3.2 探测内容

第九章 数据处理

9.1 特征伽马射线谱的获取

9.2 数据处理过程

9.2.1 原始数据的平滑

9.2.2 峰位的确定

9.2.3 峰面积的计算

9.2.4 元素含量的计算

9.3 测量结果及分析

第十章 总结与展望

10.1 全文总结

10.2 下一步的工作展望

参考文献

后 记

在学期间公开发表论文及著作情况、学术交流情况