物料体效应对PGNAA分析精度影响的物理机制研究

Because of the advantages of representative, instantaneity, accuracy and many other aspects, the prompt gamma-ray neutron activation analysis (PGNAA) becomes one of the most important method in the element analysis for industrial production. How to improve the bulk sample composition analysis accuracy and precision becomes one of the hotspot problems in nuclear technology application fields during the recent years. To improve the element analysis accuracy, many scientific research groups try to use the high resolution detector and study on the new solution method. Aiming at the problem of the poor analysis accuracy of bulk sample when using PGNAA technology, the physical mechanism will be studied deeply, include the relationship between the intrinsic characteristics of bulk sample and the neutron distribution as well as the gamma-ray self absorption in the bulk sample. Also to build the correction model of bulk sample PGNAA technology will be studied. Aiming at the character of PGNAA technology of high background and low signal counts, the assistant detector has been set to obtain more effective of useful nuclear information, in order to improve the accuracy and precision of the bulk sample PGNAA technology.

瞬发伽玛射线中子活化分析（简称：PGNAA）技术由于其在代表性、在线性、准确性等诸多方面的优势，成为了近年来工业生产中元素分析重要手段之一。如何提高大块物料成分分析准确度与精确度成为了近年核技术应用领域的一大热点问题，国内外众多科研团队通过新型探测器的使用、解谱方法的研究以期提高分析精度。本项目拟针对PGNAA技术用于大块物料成分分析中，"体效应带来的分析准确度不佳"的问题，通过对大块物料本征特性与中子场分布间关系、大块物料中伽玛射线自吸收与材料本征特性间的关系等物理机制进行深入研究，建立大块物料PGNAA技术的修正模型。并针对PGNAA技术中伽玛射线能谱中本高本底小信号的特点，通过辅助探测器等物理手段提高有用核信息的提取。最终达到提高PGNAA技术在大块物料中元素分析准确度与精确度的目的。

瞬发伽马射线中子活化分析（Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis，PGNAA）技术由于其非破坏性、在线原位测量、分析精度高等特点，近年来在工业生产中得到广泛应用，如何提高大块物料成分分析准确度与精确度具有重要的研究价值。本项目以大块水溶液样品作为研究对象，以影响样品分析精度的本征因素，样品内部中子场分布以及建立修正模型为主要研究内容，开展了以下工作：优化设计并搭建了一套水溶液测量平台并对水溶液中的多种元素进行测量分析；对大块样品测量中体效应干扰的原理进行了深入的探索，分析影响测量精度的主要因素；建立相应的修正模型并应用。本项目按照原计划顺利进行，取得的主要研究进展包括：（1）基于一枚0.3Ci的Am-Be中子源和一套4×4英寸BGO探测器，利用蒙卡软件优化设计了一套水溶液测量平台；（2）对水溶液中的不同元素（Cl、B、Cd、Hg、Mn、Cu、Cr、Ni、Zn）进行了测量分析，发现了影响大块样品测量精度的主要因素为样品改变时的中子场变化，揭示了样品的宏观吸收截面和宏观散射截面对测量结果的影响；（3）从中子与物质相互作用的基础原理出发，利用中子输运方程、内部元素标定等方法建立了相应的修正模型；（4）利用相关的修正模型对底泥和海水中的重金属元素测量结果进行了修正处理，提高了分析精度。通过这些研究，揭示了PGNAA技术中，大块样品测量过程中的干扰因素和作用原理并给出相应的修正模型，为后续深入研究新的伽马能谱解析技术提供了必要的实验和理论基础。本项目实施期间以第一作者和通讯作者共发表SCI论文7篇；EI论文1篇；授权发明专利1项；共培养1名博士生和5名硕士生，其中5名硕士生已经完成学位论文答辩；在国际学术会议做报告2次，在国内学术会议做报告2次。