使用氯化钴盐作为替代活化材料，测定241Am–Be源的热中子通量

《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》：Thermal neutron flux determination of a 241Am–Be source using cobalt chloride salt as an alternative activation material

热中子通量测定方法学研究。采用CoCl?·6H?O替代金属箔进行活化分析，经20天辐照后通过γ谱仪测定Co-60活性，结合蒙特卡洛模拟与自吸收修正，测得距离源13cm处热中子通量6.39±0.75×103n/cm2/s，等效热发射率8.5±0.5×10?n/s，与制造商数据吻合。

　　本文主要探讨了一种利用钴氯化物六水合物（CoCl?·6H?O）作为活化介质，通过中子活化分析（NAA）来测定密封式2?1Am–Be中子源产生的热中子通量的新方法。与传统的金属箔活化方法（如金、铟、钴）相比，该方法提供了一种更实用且可靠的替代方案，尤其在金属箔不易获得的情况下。研究还评估了在石蜡慢化条件下，该源的总中子发射率，并探讨了钴氯化物在中子通量表征中的应用潜力。

中子活化分析是一种广泛应用于多个领域的技术，包括地球化学、地质学、工业质量控制、法医学和环境研究。该技术依赖于中子与样品中的原子核发生反应，从而产生放射性同位素，这些同位素随后通过伽马谱仪进行检测和分析。在本研究中，研究人员选择使用钴氯化物六水合物作为活化介质，因为它具有良好的活化特性，并且在某些情况下比金属箔更易于处理和使用。

实验中，研究人员将一个2.14克的钴样品放置在距离中子源固定为13厘米的位置，并在石蜡慢化环境中进行了为期20天的照射。照射完成后，通过伽马谱仪测量了诱导产生的??Co活性。为了提高测量的准确性，研究人员对探测器效率进行了实验评估，并结合蒙特卡洛模拟对体积几何结构进行了修正。此外，还对自吸收效应进行了分析，以确保测量结果不受样品内部结构的影响。

在实验过程中，研究人员采用了双重照射策略，以确保样品的均匀活化。首先将样品照射10天，使其一面朝向中子源，随后将样品取出并翻转，使另一面朝向中子源，继续照射10天。这种方法有助于减少由于样品形状或密度不均而导致的活化不一致问题。通过这种方式，研究人员能够更精确地测量样品中产生的??Co活性，并据此计算出热中子通量。

实验结果显示，热中子通量在13厘米距离处为6.39±0.75×103 n·cm?2·s?1，这与制造商提供的标称值4.7×10? n·s?1（衰变修正后）基本一致。同时，研究人员还计算了热中子通量与总中子发射率之间的关系，考虑了石蜡慢化对中子能谱的影响。根据实验结果，热中子通量约为总中子发射率的22.5%±4.3%，这表明在石蜡慢化条件下，热中子通量占总中子发射率的较大比例。

为了进一步验证实验结果的可靠性，研究人员还对伽马谱仪的探测器效率进行了模拟和实验测量。模拟结果显示，体积源（即钴氯化物六水合物）的探测器效率为3.275×10?2±3%，而点源的探测器效率为5.521×10?2±3%。实验测量得到的点源效率为5.8×10?2±5%，与模拟结果基本吻合，这表明模拟方法在计算探测器效率方面具有较高的准确性。

此外，研究人员还对自吸收因子进行了分析，得出其约为0.9。这一结果表明，样品内部的自吸收效应对测量结果的影响较小，从而提高了实验的可靠性。通过这些修正和调整，研究人员能够更准确地计算出热中子通量，并将其与总中子发射率进行比较。

在实验过程中，研究人员还考虑了中子源的老化问题。由于中子源在使用过程中可能会受到氧化或湿度的影响，这可能会导致中子发射率的下降或能谱的变化。因此，研究人员在实验设计中特别关注了这些因素，并通过长期照射和重复测量来确保结果的稳定性。实验结果显示，即使在长期照射后，钴氯化物六水合物的活化效果仍然保持良好，表明其在中子活化分析中的应用具有良好的耐久性和可靠性。

为了进一步验证实验结果的准确性，研究人员还参考了之前使用金属箔进行的实验数据。在之前的实验中，研究人员使用了铟箔作为活化介质，并在不同的位置进行了照射，以测量热中子通量和中子能谱。通过比较这些数据，研究人员发现钴氯化物六水合物的活化效果与金属箔相当，甚至在某些情况下更具优势。这表明钴氯化物作为一种活化介质，在中子活化分析中的应用具有广泛的前景。

在本研究中，研究人员还探讨了钴氯化物六水合物在中子活化分析中的具体应用方法。实验结果显示，该方法不仅能够准确测量热中子通量，还能够有效区分热中子和中子能谱中的其他成分。这一能力对于中子活化分析的精确性至关重要，因为它可以帮助研究人员更全面地了解中子源的性能，并为相关研究提供可靠的数据支持。

研究的最终目标是为密封式2?1Am–Be中子源提供一种新的热中子通量测量方法，同时评估钴氯化物六水合物作为活化介质的可行性。通过实验和模拟的结合，研究人员不仅验证了该方法的准确性，还发现其在实际应用中具有较高的稳定性和可靠性。这一发现对于中子活化分析的推广和应用具有重要意义，尤其是在金属箔不易获得或存在其他限制的情况下。

此外，研究人员还对实验设备和方法进行了详细的描述。实验中使用了3英寸×3英寸的NaI(Tl)探测器，用于测量??Co的伽马射线。探测器的性能和效率对实验结果的准确性具有重要影响，因此研究人员对探测器进行了详细的校准和测试，以确保其在实验中的可靠性。实验结果表明，该探测器能够有效捕捉和测量伽马射线，为热中子通量的计算提供了准确的数据支持。

在实验过程中，研究人员还对样品的几何结构和位置进行了详细分析。样品被放置在距离中子源13厘米的位置，并在石蜡慢化环境中进行了照射。这一位置的选择是基于对中子源性能和活化介质特性的综合考虑，以确保测量结果的准确性和代表性。实验结果显示，该位置的热中子通量为6.39±0.75×103 n·cm?2·s?1，这一数值与制造商提供的标称值基本一致，表明实验方法的准确性。

总的来说，本研究为密封式2?1Am–Be中子源的热中子通量测量提供了一种新的方法，同时也验证了钴氯化物六水合物作为活化介质的可行性。实验结果显示，该方法不仅能够准确测量热中子通量，还能够有效区分中子能谱中的不同成分，从而为中子活化分析的应用提供了更广泛的可能性。这一研究对于中子活化分析技术的发展和推广具有重要的意义，尤其是在金属箔难以获得的情况下。