一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法与流程

1.本发明涉及一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法，属于中子活化分析领域。


背景技术：

2.瞬发伽马中子活化分析简称pgnaa，是一种快速、无接触的多元素分析技术,目前在煤炭、水泥等领域的在线检测方面已得到成熟运用。pgnaa技术的原理是利用中子与物质发生非弹性散射(n,n’γ)，辐射俘获(n,γ)等反应放出的瞬发特征γ射线来对样品中的某种元素进行识别和定性、定量的分析。pgnaa技术具有高穿透性、抗电磁干扰等优点，尤其对于主组分分析，pgnaa展现了相较其他活化分析方法更高的效率。
3.由于在分析过程中需要纯净的伽马能谱，但是在探测过程中很难完全屏蔽中子，样品也会将中子反射进入探测器，实际测得的能谱往往是一个存在中子/伽马信号的混合能谱，中子的存在一定程度上会影响样品分析的结果。现有的技术受制于原理，无法做到中子信号的完全屏蔽，也没有一种准确率高、普及度好的伽马中子活化分析优化技术。
4.因此，本发明建立了一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法，以填补该方面技术的空缺。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法。
6.本发明的技术方案是：
7.步骤一：中子源2产生的中子轰击在样品1上激发伽马射线；
8.步骤二：利用探测器4探测样品1中激发的伽马射线与反射的中子射线；
9.步骤三：通过现有中子/伽马甄别算法去除步骤2中的中子信号，仅保留伽马信号；
10.步骤四：将伽马信号反解，获得纯净的伽马能谱，解谱后获得样品的元素种类和含量。
11.优选的，步骤一采用中子源2可以使用同位素中子源或中子发生器，进一步地，所述同位素中子源包括：
241
am-be中子源或
252
cf自发裂变中子源；所述中子发生器包括氘-氚中子发生器或氘-氘中子发生器。
12.优选的，屏蔽反射体2采用具有良好中子和伽马屏蔽作用并可实现中子反射的组合屏蔽反射体，进一步的，所述屏蔽反射体3构成包括钨、含硼聚乙烯、铅或铋、不锈钢。
13.优选的，步骤二中的探测器4通常选取具有中子/伽马甄别能力和能量分辨能力的探测器，如：cs2liycl6:ce晶体探测器、芪晶体探测器。
14.优选的，将步骤二中获取的数据利用现有的中子/伽马甄别算法进行甄别，举例的，如长短积分时间窗，通过对长门与短门时间长度的选择，达到脉冲形状甄别的目的，其计算式由下式表出：
[0015][0016]
其中t0为信号的峰值时刻，t1为短门长度，t2为长门长度，f(t)为探测器输出的时域信号；
[0017]
可由r_psd值区分中子与伽马；
[0018]
进一步的，可利用fom值判定甄别的好坏，其计算式由下式表出：
[0019][0020]
其中μ
γ
为伽马峰值的r_psd值，μn为中子峰值的r_psd值，fwhm
γ
、fwhmn分别为伽马峰与中子峰的半高宽；
[0021]
进一步的，fom值越大甄别效果越好。
[0022]
优选的，将步骤三中分析得到的伽马信号进行反解，最终可以得到纯净的伽马能谱。对纯净的伽马能谱进行解析，获得样品的元素种类和含量。
[0023]
本发明的有益效果是：
[0024]
本发明提供了一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法，通过具有中子伽马甄别能力的探测器获得中子/伽马的混合能谱，并利用中子/伽马甄别算法去除中子干扰，再将甄别出的伽马信号反解，最终获得纯净的伽马能谱，提高样品分析精度。
[0025]
而且，本发明针对目前伽马中子活化分析技术中，中子信号干扰严重的现象，提出了将中子/伽马甄别算法运用到伽马中子活化分析领域，并利用甄别出的伽马信号反解伽马能谱，从而能够提高对样品成分分析的效率与精度。
附图说明
[0026]
图1是本发明实现的流程框图；
[0027]
图2是典型的中子与伽马信号；
[0028]
图3是利用长短积分时间窗进行n/γ甄别中r_psd值的分布图；
[0029]
图4为伽马与中子的能谱分析图；
[0030]
图5是本发明的装置布局示意图。
[0031]
附图5标记说明：1-待分析样品，2-中子源，3-屏蔽反射体，4-中子/伽马信号探测器，5-进行数据信号处理的计算机。
具体实施方式
[0032]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0033]
参见图1，一种可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法，其包括以下步骤：
[0034]
步骤一：中子源2产生的中子轰击在样品1上激发伽马射线；
[0035]
进一步的，发明采用中子源2可以使用同位素中子源或中子发生器，进一步地，所述同位素中子源包括：
241
am-be中子源或
252
cf自发裂变中子源；所述中子发生器包括氘-氚中子发生器或氘-氘中子发生器。
[0036]
进一步的，屏蔽反射体3采用具有良好中子和伽马屏蔽作用并可实现中子反射的组合屏蔽反射体，进一步的，所述屏蔽反射体3构成包括钨、含硼聚乙烯、铅或铋、不锈钢。
[0037]
步骤二：利用探测器4探测样品1中激发的伽马射线与反射的中子射线；
[0038]
进一步的，步骤二中的探测器4通常选取具有中子/伽马甄别能力和能量分辨能力的探测器，如：cs2liycl6:ce晶体探测器、芪晶体探测器等。
[0039]
步骤三：通过中子/伽马甄别算法去除步骤2中的中子信号，仅保留伽马信号；
[0040]
步骤四：将分析得到伽马信号反解给出射线能量，获得纯净的伽马能谱，能谱解析后获得样品的元素种类和含量。
[0041]
下面通过具体实例来对本发明进行进一步说明：
[0042]
参见图5，实验中，中子源2采用
241
am-be中子源，屏蔽体3采用包括钨、含硼聚乙烯、铅或铋、不锈钢等材料的混合屏蔽体，探测器4采用具有中子/伽马甄别能力的cs2liycl6:ce晶体探测器。
[0043]
实验中采用长短积分时间窗进行中子/伽马甄别，通过实验比较，最终t1取24ns，t2取500ns，并利用下式计算得到混合信号的r_psd分布：
[0044][0045]
混合信号的r_psd分布如图3所示，其中中子的r_psd均小于0.09，伽马的r_psd均大于0.09。
[0046]
实验中的fom值约为2.30，可有效识别中子和伽马信号，满足要求。
[0047]
参见图4，,再利用长短积分时间窗甄别出的伽马信号进行反解，最终可以得到纯净的伽马能谱。
[0048]
再由纯净的伽马能谱，通过解谱获得各元素特征峰净计数，结合模拟计算和标准样品校正等方法获得的标定系数，最终得到样品中所包含的元素种类以及含量。
[0049]
图4为geant4模拟仿真加速器中子源轰击石墨样本产生的pgnaa能谱，其中“总能谱”为探测器直接测量得到的能谱，“中子份额”与“伽马份额”分别为中子和伽马在能谱中的贡献。图4可见，中子在能谱中占据较高比重(约30-50％)，对pgnaa解谱造成了较大的困难和干扰。若利用具有中子/伽马甄别能力的探测器，并利用中子/伽马甄别算法，可有效去除中子在能谱中的干扰，得到较为纯净的伽马能谱，可有效提高pgnaa的测量精度。
[0050]
本发明基于伽马中子活化分析技术，利用中子/伽马甄别算法，去除中子信号对于整体能谱的干扰，并反解出纯净的伽马能谱，进而对样品进行分析，效果较好，是一种可行、良好的可去除中子干扰的伽马中子活化分析方法。
[0051]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。