[发明专利]一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法。该装置包括铅准直器、HPGe探测器以及特定靶片；所述铅准直器、特定靶片依次设置在待测脉冲γ射线的束流方向上；所述HPGe探测器位于待测脉冲γ射线的一侧且HPGe探测器与束流方向之间的夹角为90°‑120°；特定靶片包括多种靶材料叠加而成，且每一种靶材料的能级均位于待测脉冲γ射线的能量范围内。该方法包括：1)利用HPGe探测器探测待测脉冲γ射线核共振荧光过程中出射的光子数R；2)计算光子数密度；3)将光子数密度通过高斯拟合得到待测脉冲γ射线的能谱分布图。本发明的应用不仅使得脉冲γ射线能谱测量实验设置简单，后期计算简单并且测量精度高。

技术领域

本发明属于核辐射射线能谱测量技术，具体涉及一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法。

背景技术

当入射γ光子能量与原子核激发态与基态间的能级差相等时，原子核会产生强烈的共振吸收，之后处于激发态，被激发的原子核在退激到基态或能量较低激发态的过程中会释放特定能量的γ光子，这一过程即为核共振荧光(Nuclear Resonance Fluorescence,NRF)。由于核能级带宽很窄，所以释放的γ光子带宽很窄(ΔE/E＝10^-6)。核共振荧光的反应截面可以表示为：

其中，E为入射γ射线能量；λ为其相应波长；E_r为共振能量；Γ为退激到不同能级的带宽之和；Γ₀为对应退激到基态的带宽；g为与总角动量相关的统计因子其中J_i为激发态的总角动量；J₀为基态的总角动量。由于核的热运动，核能级存在多普勒展宽。当多普勒展宽远大于固有带宽时，此时核共振荧光过程的反应截面可近似表示为：

其中，Δ代表多普勒展宽，其与原子核共振能量、质量及温度间有关系：

由于核能级与核素的对应关系，故核共振荧光可以应用于同位素的识别和检测，据此有很多相关的应用方向和前景，包括核废料检测、核武器核查、爆炸物检测、集装箱安检及医学诊断成像等等，近些年得到了大家的广泛关注和研究。

对于射线能谱的测量，目前主要依靠常用的射线探测器，如气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器等连接多道谱仪这种计数方式实现。但是对于高强度的脉冲射线，由于一个脉冲中包含大量粒子，依靠这种计数方式会由于信号堆积而很难实现对能谱的测量。测量脉冲射线能谱，目前常用的方法有衰减法和磁分析法，衰减法通过测量通过不同厚度衰减片后的脉冲强度，分析计算得到脉冲射线能谱；磁分析法利用磁铁将射线与转换靶康普顿作用产生的电子进行偏转，通过电子的空间分布得到射线能谱分布。

衰减法需要复杂的解谱方法进行后期的计算，而磁分析法通常需要大块磁铁，实验设置较为复杂。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种实验设置简单，后期计算简单且测量精度高的基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统及方法。

本发明的基本原理是：

本发明基于核共振荧光，测量脉冲γ射线能谱，根据被测γ射线能量范围，选择截面合适且NRF谱线在所测伽马射线最大能量以内近似均匀分布的一些核素材料作为靶材料，使用HPGe探测器测量NRF谱线强度，进而计算得到多个能点的射线强度数值，可以将各点平滑相联，即可得到待测脉冲γ射线的能谱图。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种基于核共振荧光的脉冲γ射线能谱测量系统，包括铅准直器、HPGe探测器以及特定靶片；

所述铅准直器、特定靶片依次设置在待测脉冲γ射线的束流方向上；所述HPGe探测器位于待测脉冲γ射线的一侧且HPGe探测器与束流方向之间的夹角为90°-120°