新材料密度用β测量刻度误差的蒙特卡罗模拟修正

摘要

在新材料研究中，往往需要对其性能进行测量，这不仅有利于新材料制备的工艺探索，也是将新材料用于实验的理论计算和结果分析所必须的。例如在激光惯性约束核聚变(ICF)中，就需要对新材料的面密度及其分布进行测量，而目前还没有现成的方法和设备能实现该测量。 选用β射线，利用吸收法完成了上述测量。由穿过材料的β射线强度衰减测量得到材料的面密度需要首先知道β射线在待测材料中的强度衰减系数。由于β射线是连续能谱，不像单能X、γ射线那样有现成的质量衰减系数可查，必须由实验通过刻度来确定。实验刻度则需要有与被测材料成分相同的一系列不同厚度的标准材料，但对于正处于研制中的新材料，往往缺乏这样的标准材料。因此如何刻度是β射线密度测量中需要解决的一个关键技术问题。由于ICF靶材料主要由轻元素组成，考虑到β射线与有效原子序数差别不大的轻元素材料相互作用时，其强度衰减系数的差别必然是很小的。因此选择了打印纸和铝箔作为标准材料解决了刻度问题。但是，这些替代标准材料的元素组成与待测靶材料存在差别，这种差别必然引起测量误差。这种刻度误差到底有多大，成为一个问题。 为了弄清这种误差的大小，可以采用实验的方法，但实验的方法很难确定出该误差的准确大小，只能给出一个误差范围。本文提出了用蒙特卡罗(MC)模拟计算的方法来确定这一刻度误差的大小。 由于β粒子组成连续谱，对它的模拟计算远比计算单能的X、γ或电子更复杂。需要解决的问题有：如何正确地描述出实验中所用β源的能谱；如何由单能的β粒子模拟计算获得β全谱的刻度误差大小；如何选择β粒子在输运过程中的截止能量等等。 针对上述问题，采用MCNP4B蒙特卡罗程序，对本课题所用<'90>Sr-<'90>Y源测量ICF靶材料的面密度实验进行了模拟计算，分析了该源的连续β谱在铝、塑料、打印纸等不同材料中透射率与质量厚度的变化关系，得出了当采用不同的替代标准材料时给测量结果带来的刻度误差大小。这一结果证明了在新材料的面密度测量当中采用与待测材料原子组成相近的材料作为替代标准材料的正确性，也提供了修正由这种替代引起误差的方法，使密度测量的准确性提高了5％，这对于采用β射线测量新材料的质量厚度具有非常明显的意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章β射线与物质的相互作用

第三章计算β射线透射率问题的蒙特卡罗方法

第四章新材料密度用β测量刻度误差的蒙特卡罗方法修正

第五章小结

参考文献

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