测量40keV D束轰击铜靶后产生的 长寿命核素 中国科学院近代物理研究所 辐射安全与防护室 徐翀 2016.9.22
主要内容 实验目的 实验条件 分析方法 谱仪刻度 样品分析 实验过程中中子剂量率 结果与讨论
实验目的及意义 加速器运行期间粒子的色散效应、尾场效应以及粒子在束流收集器上的损失。 不同类型加速器上放射性核素产生的机理、种类、放射性核素活度以及衰变特性不同。 是加速器运维人员所受外照射的主要来源。 研究低能D+束长时间打靶后靶上是否会产生无氧铜嬗变,可为以后的D束加速器在低能RFQ设计提供参考数据。 评估长寿命核素对加速器运维人员的辐射危害。
实验条件 靶:99.9%无氧铜 几何尺寸:厚度3mm,直径5cm 入射粒子:D+,能量为40keV/u,平均流强6.952mA 实验总时间:8小时24分钟 实验地点:2.4GHz ECR离子源实验大厅
谱仪效率刻度 谱仪型号:ORTEC GMX N型高纯锗 参数:在前放时间常数为6μs时,对60Co在1.33MeV能量处的分辨率(FWHM)为2.3keV 相对分辨率为60% 刻度源:152Eu,60Co,137Cs
Tab.1. Reaction Q-values for 63Cu+2H(Elab=0.04MeV) 分析方法 首先:分析能量为40keV/u的D+分别轰击63Cu、65Cu可能发生的核反应。 Tab.1. Reaction Q-values for 63Cu+2H(Elab=0.04MeV) Reaction Products Q-Value(keV) Threshold(keV) 65Zn+γ 13468.218 61Ni+α 9352.83 64Cu+p 5691.544 57Fe+2α 2887.774 60Ni+n+α 1532.724 63Cu+d 其中,65Zn、64Cu为放射性核素
Tab.2. Reaction Q-values for 65Cu+2H(Elab=0.04MeV) Reaction Products Q-Value(keV) Threshold(keV) 67Zn+γ 13752.33 66Cu+p 4841.3643 59Fe+2α 1686.603 62Ni+n+α 2121.896 65Cu+d 其中,59Fe、66Cu为放射性核素
剥谱法:从样品谱中剥去环境测量谱,然后从剩余谱中找出能够分析出的核素。 优点:简单直观 缺点:对低能部分谱线分析误差较大。 测量时刻:实验结束后3小时 测量时刻:实验结束后315.3小时 剥谱法:从样品谱中剥去环境测量谱,然后从剩余谱中找出能够分析出的核素。 优点:简单直观 缺点:对低能部分谱线分析误差较大。
核素活度分析 假设在测量开始时刻核素的活度为N1,其中Δt1为测量时长 考虑靶自身的自吸收,若靶后L,则穿过靶后的活度为 最后确定打靶后产生的长寿命核素为59Fe Isotope Half-live Energy[keV] A1[Bq] A2[Bq] Exempt activity[Bq] 59Fe 44.503d 189 6.07E+4 4.95E+4 1E+6
中子剂量率测量 束流能量40keV,平均流强6.95mA 测量仪器: FHT762-WENDI2中子周围剂量当量仪 测量位置 剂量率(μSv/h) IFc=6.95mA IFc=12mA 工作台 0.5 2.54 微波机 2.07 12 源北面1米处 3.2 28.6 靶台北1米 17 152 /h /h /h /h /h /h /h
结果与讨论 在氘束打铜靶8小时24分钟,在辐照结束时刻,产生59Fe的活度为60720.52 Bq。则距铜靶1米处,产生的照射率为8.96E-9 Gy/h。对应的剂量当量率为8.62E-5μSv/h。这与环境本底γ剂量率0.12μSv/h相比,59Fe剂量率可以忽略不计。 实验不足: 1)实验过程中束流流强不稳定 2)实验时间的合理性 3)谱仪刻度的误差较大 4)核素辨别能力需要提高
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