热中子截面测量

V-51的热中子俘获截面测量

摘要：利用活化法和相对测量法对截面未知样品V-51进行进行热中子截面的测量，并与标准核数据进行比较，分析误差。

关键词：热中子俘获截面：活化法，相对测量法；Al-27，V-51;半衰期；

一引言

实验目的：

1.熟悉掌握相关实验仪器的原理与使用

2.掌握相对测量法测量热中子界面的基本原理

3.利用所学知识对独立自主设计实验的熟悉

实验原理：

相对测量法：

利用已知热中子截面的Al-27进行活化，对活化后的样品进行γ计数，利用公式

可以得到在该样品活化点的热中子通量，将待

测样品v-51放置在相同活化地点至饱和，利用NaI闪烁体探测器对其进行γ计数，由于在同一活化地点具有相同的通量，所以算出样品v-51的热中子俘获界面。

活化法：

利用样品在中子源的辐照下被活化，通过NaI闪烁体探测器测量活化后样品的γ放射性，可以得到样品活化处的中子通量。

实验器材及软件：

NaI闪烁体探测器SG1121（75*75）多道分析系统示波器电光分析天平游标卡尺

中子屏蔽腔（铅）胶带镊子

MCNP 5 多道分析软件MCA16K

实验样品：

Al-27 V-51 标准样品源Co-60 Cs-137

实验步骤：

1 熟练掌握MCNP 5 和多道分析软件的使用。

2 测量实验样品的三维尺寸和质量（见表一和表二）

3 利用标准源进行能量刻度。

4 分别将样品放入中子源进行活化（20分钟），活化完成后开始计时（t0=0,t1 ,t2)，利用NaI 闪烁体探测器和多道系统对活化样品进行计数，并且记录相关数据（见表三）。

5 每个样品计数完成后，在相应道数对其进行本地计数的测量并且记录数据（见表四）。

6 利用MCNP5对NaI探测器对活化后样品的探测效率的模拟（见表五）。

7数据处理，利用相对测量法算出V-51的热中子俘获截面。

8 误差分析以及实验总结。

实验数据处理：

表一 样品的尺寸和质量 样品 长(mm) 宽(mm) 高(mm) 质量(g) Al1 63.24 31.66 11.24 45.540 Al2 54.06 31.24 10.64 39.644 V 49.50

42.46

4.88

17.440

表二 样品的γ计数及其相应本底计数 第一次测量： 样品 0t (s) 1t (s) 2t (s) 净面积(个) 本底（个）

净计数2N （个） V 0

191.59 519.59 55299 1220 54079 Al1 0 15.74 315.74 9821 181.5 9640 Al2 0 16.28 216.28 7316 84.3 7232

第二次测量： 样品

0t (s) 1t (s) 2t (s)

净面积(个) 本底

(个) 净计数2N （个） V 0 16.14 516.14 58426

626.7 57799 Al1 0 17.26 217.26 7767 69.3 7698 Al2 0

12.77

312.77

10196

111

10085

查表可知：

Al 28

： =21T 2.24 min

λ=212

ln T =5.5173×310- 1-S

V 52

: =21T 3.473 min

λ=212

ln T =3.0864×310- 1-S

对于

Al,其截面=1σ0.241 b

对表一数据通过计数后可得到：

1Al 的 24

1100154.1⨯=N （个） 2Al 的 23

1108383.8⨯=N （个）

由于使用的V 样品为52O V ,所以样品中V 的实际 231101537.1⨯=N （个）

对Al-28和V-51，分别用MCNP 5进行模拟NaI 探测器对其γ的探测效率： Al-28:

Al

Al 28

*28

−→−γ

MeV

E 77885.1=γ

由MCNP 5的模拟结果可知 探测效率η=4.1636％ （Al1) η=4.3449％ （Al2) V-52:

V

V 52

*52

−→−γ

MeV

E 4306.1=γ

由MCNP 5的模拟结果可知 探测效率η=5.8909％ （V) 由公式

[]

)()

(112

0201t t t t e e

N N -----=

λλλ

φ

ση

代入Al 的核数据可以得到中子通量φ.

对于第一次测量得到的2N 可得：

1Al =1φ6723.126 12--s cm 2Al =2φ7107.624 12--s cm

对于第二次测量得到的2N 可得：

1Al =1φ6618.714 12--s cm 2Al =2φ7948.440 12--s cm

对两次测量所得到的的中子通量φ取平均值得到

=φ7104.303 12--s cm

将得到的φ和V 的数据代入公式 []

)(12

02)

01(t t e e

N N t t ---=

--λλλ

φ

ση

可得到 V-51的截面σ： 第一次测量 =1σ 4.6704 b 第二次测量 =2σ 4.9387 b 所以V-51的平均截面 =+=

2

2

1σσσ 4.8045 b

V-51的标准截面为5 b ，所以误差91.35

5=-=σ

η％