氚分析BIXS方法的深入研究

《氚分析BIXS方法的深入研究》是依託四川大學，由安竹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氚分析BIXS方法的深入研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：安竹
• 依託單位：四川大學

項目摘要

材料中氚的準確分析對能源研究、核技術套用等具有重要意義。本項目採用Monte Carlo模擬方法以及處理病態逆問題的Tikhonov正則化方法，深入研究在實際測量條件下，氚beta衰變的內韌致輻射、含氚樣品表面粗糙度等對氚分析的beta射線誘發X射線譜方法（BIXS）測量結果的影響程度；討論在實際測量條件下BIXS方法測量氚分布的深度解析度；研究氚衰變beta電子與BIXS方法中使用的Ar氣相互作用產生的極化軔致輻射對BIXS方法分析結果的影響程度，以及討論用合適的固體薄膜材料代替Ar氣的可行性。建立BIXS實驗測量裝置，實際測量含氚樣品的氚含量及深度分布，同時與增強質子背散射方法測量結果進行比較，檢驗我們改進後的BIXS方法的可靠性。最終發展和完善BIXS方法，使BIXS方法成為一種分析氚含量及深度分布的可靠方法，為國家的能源研究、核技術套用服務。

結題摘要

材料中氚含量的準確分析對能源研究、核技術套用等都具有重要意義。目前已發展了多種方法來進行各種情況下的氚含量分析，不同的方法各有其優缺點。β電子誘發X射線譜方法（BIXS）是基於測量含氚材料中氚β衰變產生的β電子與材料相互作用產生的特徵X射線和韌致輻射來進行氚分析。該方法具有一些獨特的優點，例如，它是一種方便的非破壞性定量測量方法，可用於固體、液體等材料的原位測量，分析深度大等。雖然BIXS方法已經開始在實際中套用，但是該方法本身還有許多需要研究和改進的地方。針對BIXS方法，本項目開展的主要研究工作和取得的成果如下：1. 採用Monte Carlo方法和實驗測量，研究了BIXS裝置幾何參數誤差對氚測量結果的影響。研究結果表明，在我們的測量條件下，當探測器與樣品的距離誤差有1 mm時，將給測量的氚總量帶來約10%的誤差，同時也會較大地影響測得的氚深度分布形狀。因此，確保BIXS裝置幾何尺寸的準確性具有重要意義。2. 基於並行Monte Carlo模擬計算和Tikhonov正則化反演算法，實現了對氚鈦樣品的實際BIXS測量，測得的氚含量在5%左右與傳統的PVT方法結果相符。我們第一次將氚β衰變的內韌致輻射貢獻考慮在BIXS方法的實際套用中。3. 採用解析算法的SIMNRA程式和Monte Carlo方法的CORTEO程式對氚分析的EPBS方法開展了實驗研究，特別是針對氚信號出現的EPBS譜的低能部分，研究表明必須在多重和多次散射效應得到很好描述的情況下才能進行準確的氚分析。4. 採用改進的實驗裝置和數據分析方法，開展了理論計算的keV能區電子碰撞特徵X射線產額和韌致輻射產額與實驗結果的比較研究，發現理論結果與實驗數據符合很好，這是BIXS方法準確性和實際套用的重要基礎。5. 基於Monte Carlo模擬計算和正則化反演算法，研究了在BIXS方法中採用金屬薄膜材料代替Ar氣作為氚β射線阻擋層的可行性，結果表明，在Al、Ar、Au三種材料中，Al是BIXS技術最理想的β射線阻擋層。6. 完成了新BIXS裝置的設計和加工，利用新BIXS裝置在充Ar氣和抽真空加Al膜兩種狀態下對四塊含氚鈦薄膜樣品進行了BIXS測量，目前對BIXS實驗數據的分析表明，在Al膜狀態下測得的樣品氚含量與EPBS測得的氚含量更為符合，充Ar氣狀態下測得的氚含量比Al膜狀態下測得的氚含量高約10%。