新材料密度用β測(cè)量刻度誤差的蒙特卡羅模擬修正.pdf

1、在新材料研究中，往往需要對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)量，這不僅有利于新材料制備的工藝探索，也是將新材料用于實(shí)驗(yàn)的理論計(jì)算和結(jié)果分析所必須的。例如在激光慣性約束核聚變(ICF)中，就需要對(duì)新材料的面密度及其分布進(jìn)行測(cè)量，而目前還沒有現(xiàn)成的方法和設(shè)備能實(shí)現(xiàn)該測(cè)量。 選用β射線，利用吸收法完成了上述測(cè)量。由穿過材料的β射線強(qiáng)度衰減測(cè)量得到材料的面密度需要首先知道β射線在待測(cè)材料中的強(qiáng)度衰減系數(shù)。由于β射線是連續(xù)能譜，不像單能X、γ射線那樣有現(xiàn)成的質(zhì)

2、量衰減系數(shù)可查，必須由實(shí)驗(yàn)通過刻度來確定。實(shí)驗(yàn)刻度則需要有與被測(cè)材料成分相同的一系列不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)材料，但對(duì)于正處于研制中的新材料，往往缺乏這樣的標(biāo)準(zhǔn)材料。因此如何刻度是β射線密度測(cè)量中需要解決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。由于ICF靶材料主要由輕元素組成，考慮到β射線與有效原子序數(shù)差別不大的輕元素材料相互作用時(shí)，其強(qiáng)度衰減系數(shù)的差別必然是很小的。因此選擇了打印紙和鋁箔作為標(biāo)準(zhǔn)材料解決了刻度問題。但是，這些替代標(biāo)準(zhǔn)材料的元素組成與待測(cè)靶材料存在差

3、別，這種差別必然引起測(cè)量誤差。這種刻度誤差到底有多大，成為一個(gè)問題。 為了弄清這種誤差的大小，可以采用實(shí)驗(yàn)的方法，但實(shí)驗(yàn)的方法很難確定出該誤差的準(zhǔn)確大小，只能給出一個(gè)誤差范圍。本文提出了用蒙特卡羅(MC)模擬計(jì)算的方法來確定這一刻度誤差的大小。 由于β粒子組成連續(xù)譜，對(duì)它的模擬計(jì)算遠(yuǎn)比計(jì)算單能的X、γ或電子更復(fù)雜。需要解決的問題有：如何正確地描述出實(shí)驗(yàn)中所用β源的能譜；如何由單能的β粒子模擬計(jì)算獲得β全譜的刻度誤差大小；

4、如何選擇β粒子在輸運(yùn)過程中的截止能量等等。 針對(duì)上述問題，采用MCNP4B蒙特卡羅程序，對(duì)本課題所用<'90>Sr-<'90>Y源測(cè)量ICF靶材料的面密度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析了該源的連續(xù)β譜在鋁、塑料、打印紙等不同材料中透射率與質(zhì)量厚度的變化關(guān)系，得出了當(dāng)采用不同的替代標(biāo)準(zhǔn)材料時(shí)給測(cè)量結(jié)果帶來的刻度誤差大小。這一結(jié)果證明了在新材料的面密度測(cè)量當(dāng)中采用與待測(cè)材料原子組成相近的材料作為替代標(biāo)準(zhǔn)材料的正確性，也提供了修正由這種替代