黃向陽(yáng)， 程道文

（1.南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，江蘇南京 210012；2.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

在用中子感生瞬發(fā)伽馬射線分析方法（NIPGA）分析煤質(zhì)時(shí)，中子與待測(cè)樣品中的靶核發(fā)生快中子非彈性散射反應(yīng)和熱中子俘獲反應(yīng)，并釋放出瞬發(fā)特征伽馬射線［1－4］。利用特征伽馬射線的能量可以確定物質(zhì)中所含元素的種類(lèi)，利用特征伽馬射線的峰面積可以計(jì)算此元素的含量，基本計(jì)算公式如下［5－6］：

式中：N——t秒內(nèi)被測(cè)元素的特征伽馬射線凈計(jì)數(shù)；

G——被測(cè)元素的含量。

當(dāng)測(cè)量設(shè)備、待測(cè)元素以及測(cè)量時(shí)間確定，NL，α，σ，j，ε，t和A都是常數(shù)，所以式（1）可以簡(jiǎn)化為：

如果利用的是快中子非彈性散射反應(yīng)，φ應(yīng)該是快中子通量；如果利用的是熱中子俘獲反應(yīng)，φ應(yīng)該是熱中子通量。無(wú)論是快中子通量還是熱中子通量，φ都應(yīng)該是待測(cè)樣品位置的中子通量，它不僅與中子源的產(chǎn)額有關(guān)，還應(yīng)該與樣品中的元素種類(lèi)及含量有關(guān)，文中用MCNP-4C程序?qū)γ禾克趨^(qū)域的快中子通量和熱中子通量進(jìn)行模擬計(jì)算，并找出它們與煤炭元素間的關(guān)系。

1 模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

在實(shí)際應(yīng)用中，很難測(cè)量煤炭?jī)?nèi)部的快中子通量和熱中子通量。為了獲得這兩個(gè)通量，我們用MCNP-4C程序進(jìn)行了模擬計(jì)算。為了盡量接近實(shí)驗(yàn)裝置，模擬所用的模型結(jié)構(gòu)如圖1所示［7－9］。

聚乙烯外殼、D-T中子發(fā)生器以及煤炭樣品都是以x軸為軸的圓柱體。D-T中子發(fā)生器的產(chǎn)額為108n／s，其靶位于點(diǎn)O，與煤炭樣品的距離為1 cm，與BGO伽馬射線探測(cè)器的距離為16 cm，即煤炭樣品沿X軸的長(zhǎng)度為15 cm。

圖1 模型結(jié)構(gòu)示意圖

2 模擬結(jié)果

煤炭中主要含有C，H，O，N，S，Si，Al，F(xiàn)e，Ca 9種元素，它們的含量之和超過(guò)95%。根據(jù)國(guó)內(nèi)主要煤炭的元素含量，文中模擬了30組煤炭樣品。模擬時(shí)，用計(jì)數(shù)卡F4計(jì)算煤炭樣品所在區(qū)域的快中子通量和熱中子通量，D-T中子發(fā)生器產(chǎn)額為108n／s時(shí)的模擬結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 中子通量的模擬結(jié)果、計(jì)算結(jié)果及偏差

續(xù)表1

3 熱中子通量與元素含量間的關(guān)系

表1中的C，H，O，N，S，Si，Al，F(xiàn)e，Ca分別表示煤炭中這9種元素的質(zhì)量百分比含量，φT表示煤炭所在區(qū)域的熱中子通量。根據(jù)元素含量和熱中子通量，利用多元線性回歸可以得到：

利用式（3）和表1中的元素值可以計(jì)算出煤炭樣品所在區(qū)域的熱中子通量（用φTC表示）和MCNP-4C模擬結(jié)果的偏差（見(jiàn)表1中的DT），其中：

由表1可以看出，DT的最大偏差為0.37%，平均值偏差為0.12%，所以，式（3）所描述的熱中子通量與元素含量間的關(guān)系是準(zhǔn)確的。

4 快中子通量與元素含量間的關(guān)系

表1中的φF表示煤炭所在區(qū)域的快中子通量。根據(jù)元素含量和快中子通量，利用多元線性回歸可以得到：

利用式（5）和表1中的元素值可以計(jì)算出煤炭樣品所在區(qū)域的快中子通量（用φFC表示）和MCNP-4C模擬結(jié)果的偏差（見(jiàn)表1中的DF），其中：

由表1可以看出，DF的最大偏差為0.03%，平均值偏差為0.01%，所以式（5）所描述的快中子通量與元素含量間的關(guān)系是非常準(zhǔn)確的。

5 結(jié) 語(yǔ)

由表1可以看出，用式（3）和式（5）計(jì)算出的熱中子通量及快中子通量與MCNP-4C模擬值的偏差非常小，因此可以認(rèn)為這兩個(gè)公式都是比較準(zhǔn)確的。在實(shí)際應(yīng)用中可以用此公式修訂煤炭所在區(qū)域的快、熱中子通量，以提高煤炭中主要元素的測(cè)量精度。

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