热中子俘获瞬发γ射线强度计算

　第35卷第4期　2001年7月原子能科学技术

Atomic Energy Science and Technology

Vol. 35,No. 4

J uly 2001

文章编号:100026931(2001) 0420356207

热中子俘获瞬发γ射线强度计算

周春梅

(中国原子能科学研究院核物理研究所, 北京　102413)

摘要:简要介绍了热中子俘获瞬发γ射线强度的计算方法, 并以实例进行说明, 还给出了有关物理自洽检验的方法及其讨论。

关键词:热中子俘获; γ强度计算; 强度平衡检验中图分类号

:O5711323　　　文献标识码:A

原子核俘获一个热中子后, (S (n ) ) 的俘获态, 并以

辐射瞬发γγ射线可分为3种:1) 从俘获态衰变的初级γ射线;2) 射线;3) 衰变至其基态的γ射线(通常包括初级和次级的) 。

从这些γ, 可了解热中子的(n γ, ) 反应的反应机制、原子核结构, 以及测定某种元素在物质中的有关含量, 即瞬发γ射线中子活化分析。

随着热和快中子核反应堆的建造, 特别是中等和高中子通量核反应堆的建造, 瞬发γ射线中子活化分析技术正在得到广泛应用, 并受到国际上有关方面的关注。

实验中, 测量的是其瞬发γ射线的相对强度。实际应用中, 需知道的是热中子俘获的瞬发γ射线的发射几率, 即绝对强度(通常情况下, 需知道每100次中子俘获后, 从其俘获态或其它激发态辐射的γ射线的几率) 。本工作就热中子(n γ, ) 反应的瞬发γ射线强度的计算方法进行介绍和讨论, 并以实例说明。

1　计算方法

111　从初级γ射线进行的计算

原子核俘获一个热中子后形成俘获态(图1) , 随后, 俘获态通过m 条初级γ射线衰变, 其第i 条射线的强度为I i , 其内转换系数为αi , 则有

m

N

收稿日期:2000202224; 修回日期:2000208223

i =1

∑I (1+α)

i

i

=100(1

)

) , 男, 广东兴宁人, 研究员, 核物理专业作者简介:周春梅(1938—

第4期　　周春梅:热中子俘获瞬发γ射线强度计算

m

357

N =100/

i =1

∑I (1+α)

i

i

(2)

　　对于轻核或几百keV 以上的跃迁能量, 一般情况下, 其内转换系数αi 是很小的, 可忽略不计。因此, 式(2) 变为

m

N =100/

i =1

∑I

i

(3)

图1　复合核的初级γ射线衰变示意图

其中:N 为归一化因子。从式(2) 或(3) 可以计

算出N 。Fig. 1　Skeleton scheme of primary gamma ray

γ) 反应的瞬发γdecay of compound nuclide 表1为热中子的28Si (n ,

射线数据表[1,2], 图2为其衰变纲图。从表1可看出各条瞬发γ射线的能量、相对强度及其衰变特性。利用式(3) , 求出其归一化因子N =0. 5917。显然, 已知N 值, 可计算出28Si (n γ, ) 反应的各条瞬发γ射线的发射几率或绝对强度值(图2) 。

γ表1　热中子的28Si(n , ) T able 1　Prompt gamma ray d ata of

E /keV γ

E level /keV

28

γSi(n , ) b y I γ

Mult

[***********][1**********]3

(E1) (E1) M1+E2M1+E2

(E1) E2(+M3) (M1) (E1) M1+E2M1+E2M1+E2(M1) M1+E2(M1)

δ

3971747616(641125) [***********]

3

[***********]6413545

6

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]564934563

[***********][1**********]313

[***********][***********][***********][***********][***********]0106

-0103+0104+0109+01197

3289

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]0366080

+0126010

2

-01327

358

续表1

E /keV γ

E level /keV

I γ

原子能科学技术　　第35卷

Mult

[***********]35120

E1(E1) E1(+M2)

-0105

M1(E1)

δ

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][1**********]22

[***********]45997

[***********][***********][1**********]80. [***********]. 818473. 566380. 8368473. [1**********]057.

818473. [***********][1**********]3

[***********][1**********]. 076. 20. 060. 210. 030. 5519. 00. 200. 050. 100. 2711. 93. 66

10

　　注:I r

; 标“3”者为未放入纲图的γ射线;397174表示39717±014

(图2　热中子28Si (n γ, ) 反应的衰变纲图

Fig. 2　Decay scheme of

28

Si (n γ, ) reaction induced by thermal neutron

112　从衰变到基态γ射线进行的计算

原子核俘获热中子后形成俘获态, 经初级和次级γ射线衰变至其基态, 其中, 退激发衰变

第4期　　周春梅:热中子俘获瞬发γ射线强度计算359

至其基态的初级和次级γ射线示于图3。

假设有n 条γ射线衰变至其基态, 其k 条γ射线的相对强度为I k , 其内转换系数为αk , 则有

n

N

k =1

∑I

k

(1+αk ) =100

n

(4) (5)

N =100/

k =1

∑I

k

(1+αk )

对于轻核, 同理有

n

N =100/

k =1

∑I

k

(6)

图3　复合核衰变至其基态的

γ射线示意图

Fig. 3　Skeleton scheme of decay gamma ray to ground state from compound nuclide

　　同样, 从式(5) 或(6) 可求出归一化因子N , 显然, 并可得到其各条瞬发γ射线的发射几率(或绝对强度) 。

γ) 反应的瞬发γ射线表2为热中子的26Mg (n ,

数据表[1,2], 图4为其衰变纲图。从表2可看出26Mg (n γ, ) 、相

对强度及其衰变特性。利用式(6) , 求出其归一化因子N =584表2　热中子的26Mg(n , γT able 2　Prompt gamma ray of

E /keV γ

/Mg(n ) induced by thermal neutron

I γ

Mult

[***********]287

(E1) M1+E2

(E1) (E2+M3)

-010

(E2+M3) (E1) M1M1+E2M1+E2(M1) (E1) (E1)

-0108+0102

(M1)

δ　　

[***********][***********][***********][1**********]13(153712) [***********][***********][***********]88166(249017) [***********]86

[***********]411

2366

[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][1**********]135

[***********]1142714

01030124

62

≈[1**********]

≈010

3

≈010

360

续表2

E /keV γ

E level /keV

I γ

原子能科学技术　　第35卷

Mult

[***********]

(E1) (E1) M1

δ

[***********][***********][***********][***********][***********][***********]150

[***********]

[***********][***********][***********][***********][***********]266443135

[**************]24

2516

同理

, 已知N 值, 便可计算出26Mg (n γ, ) (或绝对强度值) (图4) 。

图4　热中子26Mg (n γ, ) 反应衰变纲图

Fig. 4　Decay scheme of

26

Mg (n γ, ) reaction induced by thermal neutron

2　物理自洽检验

一般情况下, 最重要的物理自洽检验是其各条激发能级的强度平衡检验。

原则上, 对其从俘获态衰变的瞬发初级γ射线应满足

m i =1

∑I (1+

α)

i

i

=100/N (7)

　　对从各激发态衰变至其基态的瞬发γ射线, 应满足

第4期　　周春梅:热中子俘获瞬发γ射线强度计算

n

361

k =1

∑I

i

k

(1+αk ) =100/N (8)

及通常情况下,

m

n

i =1

∑I (1+α)

i

=

k =1

∑I

k

(1+αk ) (9)

　　对于除了俘获态和基态以外的其它激发态, 应满足输入和输出该激发态能级的γ绝对强度相等。如图(5) 所示, 对能级j , 应有

m

n

i =1

∑I

ji

(1+αji ) =

o =1

∑I

jo (1+αjo ) (10)

图5　能级j 的衰变强度平衡示意图

Fig. 5　Skeleton scheme of gamma ray decay intensity balance for level j

α其中:I ji 、I jo 和αji 、jo 分别为进入第j 能级和输

出第j 能级的相对γ强度及其内转换系数。

表3列出了28Si (n γ, ) 反应的各条能级的γ射线强度的计算检验结果。从表3可以看出, 它们满足γ射线强度平衡条件。

γ表3　热中子28Si(n , ) T able 3　G amma ray intensity b alance of each E level /keV

by thermal neutron

TI

RI

　　0

[***********][***********][**************]6

[***********][1**********]6

[1**********]

输出[***********]1466

[**************]6

[1**********]4

[***********][***********][1**********]000

[**************]0

2169111-0104013-0105-01130-115-0102-01010102-0103-01070169

[***********]34

[***********]1380146

[**************]

输入

169

[1**********]6

[***********][***********][***********]

[**************]20

输出2输入

-169111-0104013-0105-01130-115-0102-01010102-0103-01070169

[***********]34

计算值

012017-01020117-0103-01080-019-01012-01010101-01018-0104110013

[***********]1423

0105020

[**************]0

[**************]69

4

3169

　　注:RI为相对强度; TI 为包括内转换电子强度的相对γ强度; 计算值为绝对γ强度

3　讨论

一般情况下, 由于中子俘获态的激发能很高, 除轻核以外, 能级纲图相当复杂。在实验测量中, 由于探测器的探测下限的限制, 会有许多弱的γ射线不能被测量到

。此外, 测量误差(特(8) 、(9) 和(10) 只别是解谱和扣除本底等) 将引起γ射线强度测量的不确定性。实际上式(7) 、

能在其不确定度的范围内成立。正由于这些原因, 由初级γ射线进行的归一化因子的计算结

果和由衰变到其基态的γ射线进行计算的结果会有较大差别。在这种情况下, 采用由衰变至其基态的γ射线进行计算的结果比较好, 其原因是弱的未被测量的γ射线会少一些。

362原子能科学技术　　第35卷

参考文献:

[1]　Raman S ,J urney ET ,Strarner J W ,et al. Thermal Neutron Ca pture by Silicon Isotopes[J].Phys Rev C ,1992,

46:972～9831

[2]　Islam MA , K ennett TJ ,Prestwich WV ,et al. Thermal Neutron Ca pture in Silicon[J].Phys Rev C ,1990,41:

1272～1275.

[3]　Walkiewicz TA ,Raman S ,J urney ET ,et al. Thermal Neutron Capture by Magnesium Isotopes[J].Phys Rev

C ,1992,45:1597～1608.

Prompt G amma R ay Intensity C alculation

of Thermal N eutron C apture

ZHOU Chun 2mei

(China Institute of A tomic Energy , P. O. Box 275241Beijing , )

Abstract :It is introduced briefly to calculate of thermal neutron cap 2ture. The examples are given to

physical consistent check and some discussion are also given K ey w ords :intensity calculation ; intensity balance check

俄罗斯拟进口乏燃料赚取外汇

据报道, 俄罗斯原子能部正在大力推动从国外进口乏燃料进行贮存或再处理的计划。俄罗斯国家杜马下院已计划, 对目前极具争议的环境保护法修正案进行第二次审议。该法案将允许俄国进口外国乏燃料进行后处理或贮存。

俄罗斯原子能部表示, 一旦相关禁令解除, 俄国将从韩国、瑞士、日本、印度、伊朗及中国等国, 进口约2万吨的乏燃料, 可望在未来10年内赚取210亿美元, 从而使俄成为全球核能服务业龙头。

摘自《中国核工业》