Нейтронный спектральный анализ (НСА)
Разработка аналитических методик определения содержания элементов вещества. Сущность нейтронного спектрального анализа (НСА), его преимущества и недостатки. Определение содержания каждого изотопа кадмия в предложенных пробах с использованием НСА.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.07.2015 |
| Размер файла | 233,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Физическая постановка задачи
- 2. Свойства изотопов кадмия
- 3. Установка
- 4. Программное обеспечение.
- 4.1 Программа FIL
- 4.2 Программа LOR
- 4.3 Программа areaex
- 4.4 Программа PLOCHR
- 5. Обработка спектра
- 6. Расчет погрешности содержания
- 7. Расчет содержания по программе Microsoft Excel
- 8. Учет наложения линий
- Заключение
Введение
В ряду актуальных задач науки и техники важную роль играет разработка аналитических методик определения содержания элементов. Требуется обеспечить возможность ответить на вопрос, какие вещества присутствуют в анализируемом объекте, и в каком количестве. Необходимо, чтобы методика была по возможности универсальной (применимой ко всем элементам) и обеспечивала бы приемлемую точность. Кроме того, существенным оказывается диапазон измеримого содержания и оперативность методики, а также сохраняется ли анализируемый объект после проведения анализа.
Нейтронный спектральный анализ (НСА) основан на пропускании нейтронов через исследуемый образец. Наличие ярко выраженных резонансов в полном нейтронном сечении большинства элементов (за исключением водорода и гелия) делает метод практически универсальным. Получаемая информация здесь относится даже не к элементам, а к изотопам, что резко повышает возможности методики, когда соотношение изотопов отличается от природного. Преимущество данной методики состоит в том, что она измеряет именно количество вещества, а не его радиоактивность. Из-за удаления детектора на метры от исследуемого объекта НСА нечувствителен не только к относительно небольшой активности топлива критических сборок, но и к высокой активности отработавшего ядерного материала энергетических реакторов.
К недостаткам методики следует отнести необходимость затрат на создание времяпролётного спектрометра медленных нейтронов с достаточно мощным импульсным источником нейтронов на основе реактора или ускорителя и не слишком приемлемую оперативность (спектры надо набирать 1-3 часа).
В данной работе нейтронный спектральный анализ (НСА) использован для проверки заявленного изотопного состава проб кадмия из Изотопного Фонда страны. Некоторое время назад возникла необходимость проверить, действительно ли предложенные пробы отличаются в нужную сторону от природного соотношения содержания изотопов. Применение этой достаточно новой методики было вызвано необходимостью избежать затрат дорогостоящего материала, к чему неизбежно вело применение разрушающих методик (например, масс-спектрометрии).
1. Физическая постановка задачи
Цель работы:
Необходимо путем нейтронного спектрального анализа определить содержание каждого изотопа кадмия в предложенных четырёх пробах, обогащённых каждая по одному из изотопов - Cd108, Cd110, Cd111 и Cd113. Привлекалась также и проба с природным соотношением изотопов - Cdnt.
Были привлечены файлы оцененных энергетических зависимостей полного сечения, взятых в Центре Ядерных Данных (ЦЯД ФЭИ). Для определения количественного изотопов обработка проводилась методом площадей.
Нейтронный спектральный метод неразрушающего контроля основан на измерении спектра пропускания нейтронов через исследуемый образец в резонансной области энергий. Наиболее удобная область энергий нейтронов 1-450 эВ, где расположено значительное число резонансов в энергетическом ходе полного сечения средних и тяжелых ядер.
нейтронный спектральный анализ кадмий
2. Свойства изотопов кадмия
Вначале работы мне были предоставлены данные по энергетическому ходу полного сечения всех 8 изотопов кадмия (Cd106st, Cd108st, Cd110st, Cd111st, Cd112st, Cd113st, Cd114st, Cd116st). Графики этих зависимостей показаны на рисунках (1-6). Кроме того, имелась таблица ТАКАД, в которой собраны сведения о положении и силе линий (резонансов) каждого из этих восьми изотопов при энергиях ниже 400 эВ (табл. 1).
Также мне были предоставлены измеренные ранее спектры экспериментального резонансного пропускания кадмия (рис. 6-15). Из таблицы ТАКАД и из рисунков (1-6) можно увидеть, что крайние по атомному весу изотопы Cd106 и Cd116 имеют в рассматриваемом диапазоне лишь по одной линии - Cd106 при энергии 232 эВ (сечение 1537барн), и Cd116 - при энергии 28.97 эВ. Первая неразличима от линии Сd108 при энергии 234 эВ (разница в положении 2 эВ, а энергетическое разрешение при этой энергии составляет 8 эВ). В случае Cd116 нужная линия сидит на крыле линии Cd111 при энергии 27.53 эВ и, хотя максимумы этих линий достаточно разнесены (расстояние 1.44 эВ при энергетическом разрешении), но наблюдать эту слабую линию при небольшом содержании данного изотопа (проба, обогащённая по изотопу Cd116, предоставлена не была) так и не удалось.
В итоге анализ содержания проводился по 6 изотопам кадмия, остающимся после исключения крайних изотопов: Cd108, Cd110, Cd 111, Cd 112, Cd 113 и Cd 114. У изотопа 108 имеется три линии, однако, первая не слишком сильна, а вторая и третья приходятся на энергии, где разрешение спектрометра, вообще говоря, недостаточно для надёжного их выделения мз спектра. У изотопа 110 имеется сильный резонанс при энергии 89.2 эВ. Изотопы 111 и 113 имеют много линий, которые можно будет привлечь в анализ. У изотопа 112 имеется две линии - с энергиями 66.77 эВ (815 барн) и 226.5 эВ (408 барн). Они оба перекрываются с близкими линиями других изотопов, и если первый (при энергии E=66.77 эВ), как оказалось, еще можно обработать, то от второго было невозможно получить надёжные результаты. Более качественные данные можно получить по изотопу 114. У него хорошо изолированы сильные провалы при энергиях E=120.1эВ (2344 барн) и E=392,2эВ (4137 барн). Большое количество провалов имеет 111 изотоп, но наиболее хорошо подающиеся обработке имеют энергию E=27.53 эВ (1355 барн), E=164,1эВ (1258эВ).108 имеет два хорошо выраженных пика с энергией E=234 эВ (3516 барн) E=312 эв (4201 барн). По 110 с энергией E=89,27эВ (8373 барн) можно получить качественные результаты только по одному провалу, так как вторая линия с энергией E=230,9эВ имеет сечение всего 158 барн и потому при недостаточности разрешения в большинстве случаев невидна. Особый интерес представляет 113 изотоп, особенно при малых энергиях. Следовые его количества во всех пробах достаточно различимы именно в мягкой части спектра (рис.1) На данном рисунке представлены все изотопы обогощенные (Cd113) а также график 22868 с кадмиевым фильтром. Кроме того, у этого изотопа имеются хорошо выделенные линии, позволяющие измерять его содержание - при энергиях E=18,40эВ (93 барн), E=63,68эВ (355 барн) и повыше он хорошо обрабатывается.
1) Tcd1322 2) Tcdna22 3) Tcd1022 4) Tcd1122 5) Tcd0822 6) 22868
Рис. 1
3. Установка
В настоящее время существует много типов установок, которые предназначены для измерения спектров нейтронов методом времени пролета. Данный эксперимент проводился в ФЭИ на времяпролетном спектрометре медленных нейтронов при микро троне МИ-30 комплекса БФС. Источником нейтронов является циклический ускоритель электронов микротрон МИ-30.
Рабочие параметры МИ-30:
энергия электронов 4-30 Мэв;
длительность вспышки 0.1-3 мкс;
частота следования вспышек 50 Гц - 3 кГц;
ток в импульсе 40мА.
Пучок ускоренных электронов попадает на свинцовую мишень и тормозится в ней. На мишени, в результате торможения электрона в поле ядра свинца образуются гамма кванты высоких энергий. Гамма кванты возбуждают ядра свинца, которые при переходе в основное состояние испускают нейтроны. Для того чтобы их замедлить, у свинцовой мишени установлен полиэтиленовый блок. На него ориентирована труба пролетной базы (16,388м). В конце трубы расположен детектор - батарея гелиевых счетчиков, работающих в пропорциональном режиме. При регистрации нейтрона происходит реакция Не3 (n,p) Н3 с выделением энергии. Образующие протон и гелий ионизируют газ чувствительного объема детектора, что приводит к появлению скачка потенциала собирающего электрода, улавливаемого электронной аппаратурой. Энергия зарегистрированного нейтрона определяется по времени, прошедшему между стартом - вспышкой тока на мишени - и отсчетом в детекторе. Это время определяется номером и шириной канала временного анализатора с учетом времени задержки его запуска, вводимой для того, чтобы избежать перегрузок при регистрации вспышки быстрых нейтронов в начале аппаратурного спектра.
Для устранения рециклических нейтронов использован кадмиевый фильтр, выводящий из пучка все нейтроны с энергией ниже 0.3 эВ. Поэтому обычно анализируются отсчеты, приходящиеся на времена пролета от 50 до 2500 мкс, что для пролетной базы в 16.3м соответствует энергиям от 450 эВ до 0.3эВ.
Спектр набирается при частых (до 1кГц) запусках многоканального анализатора в течение нескольких часов.
Диапазон энергии 0.3<E<400эв, в котором спектрометр наиболее эффективен, приходится на область резонансных нейтронов. Это позволяет наблюдать резонансы практически всех ядер, кроме самых легких.
4. Программное обеспечение.
При обработке результатов измерений использовалась ЭВМ типа IBM РС. Реализованные в ней программные средства включают в себя:
4.1 Программа FIL
Данная программа позволяет визуально обрабатывать аппаратурный спектр нейтронов для приблизительной оценки нахождения провалов и линейных участков спектра.
FIL. Масштаб: min x = 1
max x = 4096
min y = 0
max y = 65535
После нажатия клавиши [F3] появляется на мониторе экран, в котором:
Читать из файла:
первый канал чтения 1
последний канал чтения
первый канал памяти 1
После того как назвали имя файла, из которого надо читать, на графике n (имп.) =f (N кан.) появляется (рисуется) спектр (имя которого написали). В дальнейшем с ним работают, изменяя масштаб, что позволяет получать более точные результаты.
Alt/X-выход, [F1] - помощь, [Enter] - ввод, [Esc] - отмена.
4.2 Программа LOR
Данная программа позволяет определить энергию нейтронов в провалах, также определяется задержка, номер канала, пролетная база.
LOR. Что необходимо посчитать:
Энергию (1), номер канала (2), пролетную базу (3), задержку (4).
(1)
*tау 1:
Задержка:
Пролетная база:
Номер канала:
Энергия = …
*tay-ширина канала;
4.3 Программа areaex
Позволяет рассчитать площадь резонансного пропускания нейтронов через образец.
Аreaex. Запрашивает:
file name?
nn?
nk?
ответ:
4.4 Программа PLOCHR
Рассчитывает площадь провала в заданных границах. Позволяет найти содержание изотопа путем совмещения расчетных значений площади, получаемых по сечению изотопа при наращивании содержания, с экспериментальным (программа AREAEX).
Программа PLOCHR запрашивает:
*имя исходного файла?
имя файла для результатов?
начальная энергия?
конечная энергия?
начальная толщина?
конечная толщина?
шаг изменения толщины?
экспериментальная площадь?
количество точек в эксперименте?
* название файла зависимости полного нейтронного сечения данного изотопа от энергии.
Программа NABSUM. Реализует предположение о том, что вся погрешность экспериментального значения площади провала в пропускании определяется количеством отсчетов в соответствующем провале спектра.
Позволяет определить погрешность полученной площади, а по ней найти погрешность искомого содержания.
NABSUM. Запрашивает:
*имя исходного файла (спектра)?
Начало провала (номер канала)?
Конец провала?
И в самом конце выдает окончательный результат. После несложных вычислений получаем искомую погрешность.
5. Обработка спектра
В качестве рабочих линий используются все выраженные провалы в аппаратурных спектрах.
Так как все спектры обрабатывались по аналогичной схеме, приводится подробный расчет для одного из спектров - одного провала в этом спектре. Например, приведем пример обработки провала с энергией нейтронов 18,40 эВ в спектре пробы, обогащенной по Cd-113.
В начале работы мне был предоставлен файл резонансного пропускания нейтронов через образец Cd-113 (название файла Tcd1306). Детали спектра можно посмотреть на экране по программе FIL. По оси абсцисс откладывается номер канала, по оси ординат - резонансное пропускание нейтронов (рис. 2).
Рис. 2 Изображение исследуемого спектра в программе FIL.
Для последующих вычислений нужно найти начало и конец провала. Из данного графика видно, что начало провала, находится примерно в 425 канале, а конец провала в 458 канале. Зная задержку z и пролётную базу L, определяем границы, в которых нужно будет брать значения сечения данного изотопа.
LOR: 1 - Нужно найти энергию.
Tay - 0.6
Задержка - 14,02
Пролетная база - 16,388
Номер канала - 437
Энергия 18,41
По таблице №1 смотрим, к какой энергии ближе всего подходит найденная. Вывод: в канале 437 лежит энергия 18,40 эВ. По этой же таблице узнаем изотопную принадлежность линии с энергией нейтронов в ней 18,40 эВ. В данном случае линия принадлежит изотопу Cd-113.
На следующем этапе выясняем, достаточно ли линия изолирована от других. Данная линия, с энергией 18,40 эв, изолирована от линий других энергий.
Для определения экспериментального значения площади резонансного пропускания применялась программа areaex.
Происходит следующий ввод данных.
имя файла пропускания спектра Tcd1306
номер каналов подлежащих обработке:
nn-425
nk-458
S=4.4 - площадь резонансного пропускания (выраженная в числе каналов). Поскольку PLOSHR рассчитывает площадь в единицах энергии (так задан файл сечения), то далее эту площадь тоже надо перевести в электрон-вольт. Для этого нужно определить цену канала в центре провала, то есть нужно взять две соседние точки в этом провале и определить разницу их энергий. После чего данную разницу принимаем за среднюю цену канала в данном провале. И её нужно умножить на полученную ранее площадь, выраженную в числе каналов. В данном примере цена канала будет равняться 0,062 эВ/канал. Искомая площадь в электрон-вольтах будет равняться S=0,062*4,4=0,275 эв
Для дальнейшего нахождения содержания изотопов применяется программа PLOSHR.
происходит ввод данных:
имя исходного файла? Cd113st
имя файла для результатов? Cd13pl
начальная энергия? 16,89*
конечная энергия? 20,11
начальная толщина? 0,00001**
шаг изменения толщины? 0,000005
экспериментальная площадь? 0,275
количество точек в эксперименте? 33***
*Начальная и конечная энергия находились по программе LOR, для начала провала в канале 425 и для конца провала в канале 458.
**Начальная толщина и шаг изменения толщины был предоставлен ранее.
***458-425=33 разница между конечным и начальным каналом, которые были найдены ранее из графика.
Следующий этап это определение погрешностей полученных нами значений.
6. Расчет погрешности содержания
При помощи программы NABSUM посчитаем отсчеты в провале (Рис. 3)
путём вычитания из суммы отсчетов под верхней огибающей провала (Рис. 2) площади ниже спектра в одинаковых границах (Рис. 1).
рис1 рис2 рис3
В = С-А ?B=vA+ C дB= ?B/B
?S= дB*S
Найдем содержание, которое соответствует "недосчитанной"
Площади S2; обозначим его t2.
Найдем величину недосчета площади S2 до площади S1,Посчитанной в Areaex. Затем найдём содержание, соответствующее S1- - t3.
Рис. 4. Определение действительного содержания.
Из Рис. 4 видно, что погрешность содержания - равна t1-t3, а итоговый результат: t . Окончательный результат будет: t=0,01246 ± 0,00086 (атом/барн) и находиться в файле Cd13pl. Обработка остальных провалов в спектрах происходит по аналогичной методике, результаты обработки находятся в таблицах (,2,3,4,5,6).
2. Таблица обработки спектра пробы Cd-nt:
|
№ канала |
E, эВ |
Изотоп |
S±?S, эВ |
t±?t (атом/барн) *10?3 |
дt, ? |
|
|
437 |
18,40 |
Cd113 |
0.055±0.003 |
2.25±0.15 |
6,6 |
|
|
352 |
27,53 |
Cd111 |
0.61±0,03 |
2,25±0.12 |
6,6 |
|
|
225 |
63,68 |
Cd113 |
0.285±0.012 |
2.12±0.15 |
7,1 |
|
|
219 |
66,77 |
Cd112 |
0.783±0.037 |
3.63±0,32 |
8,7 |
|
|
192 |
84,82 |
Cd113 |
1.09±0.05 |
2.74±0.35 |
12,7 |
|
|
186 |
89,27 |
Cd110 |
2.63±0.27 |
1.54±0.25 |
16,2 |
|
|
176 |
99,41 |
Cd111 |
0.77±0.19 |
2.57±0.87 |
33,8 |
|
|
173 |
102,9 |
Cd111 |
0.77±0.19 |
2.57±0.87 |
33.8 |
|
|
168 |
108,3 |
Cd113 |
0.46±0.03 |
1.96±0.26 |
13,2 |
|
|
158 |
120,1 |
Cd114 |
1.26±0.13 |
1.77±0.38 |
21,4 |
|
|
147 |
138,1 |
Cd111 |
0.259±0.103 |
1.27±0.54 |
42,5 |
|
|
143 |
143,1 |
Cd113 |
0.080±0.031 |
1.45±0.63 |
43,4 |
|
|
79 |
392,2 |
Cd114 |
6.3±0.4 |
4,42±0.45 |
10,8 |
|
|
хвост |
2,64±0,34 |
12,8 |
3. Таблица обработки спектра пробы Cd-110:
|
№ канала |
E, эВ |
Изотоп |
S±?S, эВ |
t±?t (атом/барн) *10?3 |
дt, ? |
|
|
437 |
18,40 |
Cd113 |
0.044±0.005 |
0.16±0.012 |
6.2 |
|
|
352 |
27,53 |
Cd111 |
0.127±0.01 |
0.279±0.04 |
14,3 |
|
|
225 |
63,68 |
Cd113 |
0.024±0.008 |
0.15±0.05 |
33.3 |
|
|
220 |
66,77 |
Cd112 |
0.0126±0.001 |
0.031±0.005 |
16.2 |
|
|
187 |
89,27 |
Cd110 |
5,93±0.36 |
9.32±0.89 |
9.5 |
|
|
158 |
120,1 |
Cd114 |
0.506±0.085 |
0.28±0.04 |
14 |
|
|
133 |
164,1 |
Cd111 |
0.32±0.05 |
0.325±0.055 |
16.9 |
|
|
109 |
230,9 |
Cd110 |
0,96±0.087 |
7.73±0.74 |
10 |
|
|
хвост |
0,316±0,004 |
12,6 |
4. Таблица обработки спектра пробы Cd-111:
|
№ канала |
E, эВ |
Изотоп |
S±?S, эВ |
t±?t (атом/барн) *10?3 |
дt, ? |
|
|
437 |
18.40 |
Cd113 |
0,014±0,0007 |
0,46±0,03 |
6,5 |
|
|
353 |
27.53 |
Cd111 |
1.624±0.092 |
18,4±1,21 |
6,5 |
|
|
242 |
56.4 |
Cd114 |
0,004±0,0007 |
0,584±0,06 |
10,2 |
|
|
225 |
63.68 |
Cd113 |
0,029±0,0009 |
0,4±0,015 |
3,7 |
|
|
220 |
66.77 |
Cd112 |
0,137±0,017 |
0,35±0,06 |
17,1 |
|
|
215 |
69.43 |
Cd111 |
0,056±0,0007 |
12,18±0,77 |
6,7 |
|
|
191 |
86.11 |
Cd111 |
0,732±0,024 |
14,27±0,85 |
5,9 |
|
|
187 |
89.27 |
Cd110 |
0,347±0,018 |
0,065±0,005 |
7,6 |
|
|
176 |
99.41 |
Cd111 |
1,605±0,069 |
9,39±0,88 |
9,3 |
|
|
173 |
102.9 |
Cd111 |
1,605±0,069 |
9,39±0,88 |
9,3 |
|
|
164 |
114.8 |
Cd111 |
0,097±0,004 |
19,1±1,9 |
9,9 |
|
|
158 |
120.1 |
Cd114 |
0,28±0,12 |
0, 19±0,09 |
47 |
|
|
133 |
164.1 |
Cd111 |
2,13±0,08 |
12,3±1,6 |
13 |
|
|
79 |
392.2 |
Cd114 |
1,36±0,043 |
0,285±0,05 |
17,5 |
|
|
хвост |
0,354±0,034 |
9,6 |
5. Таблица обработки спектра пробы Cd-108:
|
№ канала |
E, эВ |
Изотоп |
S±?S, эВ |
t±?t (атом/барн) *10?3 |
дt, ? |
|
|
353 |
27,53 |
Cd111 |
0.118±0.0009 |
0.263±0.005 |
1.9 |
|
|
246 |
54,2 |
Cd108 |
0.13±0.016 |
3.86±0,54 |
12,6 |
|
|
225 |
63,68 |
Cd113 |
0.037±0.013 |
0.24±0.01 |
4.1 |
|
|
220 |
66,77 |
Cd112 |
0.24±0.03 |
0.22±0.026 |
12 |
|
|
215 |
69,43 |
Cd111 |
0.072±0.017 |
0.32±0.06 |
18.7 |
|
|
192 |
84,82 |
Cd113 |
0.203±0.004 |
0.23±0.004 |
1.7 |
|
|
187 |
89,27 |
Cd110 |
0.92±0.03 |
0.249±0.015 |
6 |
|
|
158 |
120,1 |
Cd114 |
0.349±0.03 |
0.244±0.012 |
4.9 |
|
|
132 |
164,1 |
Cd111 |
0.27±0.09 |
0.264±0.015 |
5.6 |
|
|
108 |
234,0 |
Cd108 |
2.46±0.13 |
1.64±0.2 |
12.1 |
|
|
91 |
312,0 |
Cd108 |
3.02±0.28 |
1.59±0.16 |
10.3 |
|
|
79 |
392,2 |
Cd114 |
2.25±0.28 |
0.19±0.035 |
18.4 |
|
|
хвост |
0,323±0,037 |
11,2 |
6. Таблица обработки спектра пробы Cd-113:
|
№ канала |
E, эВ |
Изотоп |
S±?S, эВ |
t±?t (атом/барн) *10?3 |
дt, ? |
|
|
437 |
18.40 |
Cd113 |
0.275±0.02 |
12.46±0.86 |
6 |
|
|
353 |
27.53 |
Cd111 |
0.034±0.002 |
0.007±0.0005 |
7,1 |
|
|
242 |
56.4 |
Cd114 |
0.07±0.0045 |
1.28±0.64 |
5 |
|
|
225 |
63.68 |
Cd113 |
0.77±0.03 |
10.1±1.2 |
11 |
|
|
220 |
66.77 |
Cd112 |
0.18±0.02 |
0.48±0.09 |
18,7 |
|
|
192 |
84,82 |
Cd113 |
2.15±0.04 |
10.9±0.58 |
5,3 |
|
|
186 |
89,27 |
Cd110 |
0.109±0.02 |
0.025±0.005 |
20 |
|
|
168 |
108,3 |
Cd113 |
1.16±0.08 |
9.68±1.56 |
16,1 |
|
|
158 |
120,1 |
Cd114 |
0.39±0.05 |
0.279±0.045 |
16,1 |
|
|
143 |
143,1 |
Cd113 |
0.42±0.06 |
8.26±1.59 |
19,2 |
|
|
135 |
158,7 |
Cd113 |
0.757±0.108 |
6.12±1.26 |
20,5 |
|
|
121 |
192,8 |
Cd113 |
2.15±0.16 |
5.88±0.93 |
15,8 |
|
|
99 |
261,0 |
Cd113 |
2.28±0.08 |
5.8±0.7 |
12 |
|
|
98 |
269,3 |
Cd113 |
2.28±0.08 |
5.8±0.7 |
12 |
|
|
Хвост |
7,94±0,83 |
10,4 |
7. Расчет содержания по программе Microsoft Excel
Данные результаты считаются неполными, так как они были получены лишь для энергий больше 7.8 эВ (спектры с шириной канала 0.6 мкс, область резонансов). Форма спектра в мягкой части спектра (от 0.3 эВ до 7.8 эВ, усреднена до ширины канала 2.2 мкс) весьма чувствительна к содержанию изотопа Cd113. Для нахождения содержания этого изотопа прежний подход "средней цены канала" был невозможен из-за большой ширины анализировавшегося провала. Была составлена программа Microsoft Excel, где экспериментальная площадь вычислялась сразу в электронвольтах. Совмещением расчетного значения части площади провала и с найденным по этой программе экспериментальным значением была получена ещё одна оценка ("по хвосту") содержания изотопа Cd-113 во всех пробах (кадмиевый фильтр)
Данные расчеты будут представлены для одного из спектров, например спектра Cd108 (остальные спектры на рис 17.) представленного на рисунке.
Из данного рисунка можно увидеть, что данный провал заметно отличается от провалов обработанных ранее. И, следовательно, расчет площади будет несколько иной. Разделим область AB на небольшие отрезки CD и EF. Из графика видно, что площадь CD можно взять как площадь прямоугольника.
Но это было бы не совсем точно, так как график у нас постепенно "падает" вниз особенно это хорошо заметно на отрезке EF. Поэтому данные области (CD и EF) будем рассчитывать как площади трапеций небольших участков на данной кривой. То есть сначала возьмем небольшое количество каналов, например из DF 401-420 потом 401-465 и т.д. Для начало для них нужно определить энергию. Это будет сделано по программе Microsoft Excel. В XL для начала перенесем все значения соответствующие данному графику то есть Cd108. И по формуле:
"E= (72,3*L/t) І
где t=Z+N * ф (мкс): Z=14, L=16,388 м, ф=2,2, N-номер канала" если все эти значения подставить в формулу для E, то получим E= (1184,85/ (14+2,2*N)) І с данной формулой теперь будет легче работать в XL. Если вместо N в XL подставить значения 1,2,3,4,,n+1, то мы рассчитаем интересующую нас энергию. Например, для канала N=401 она будет равняться E=1.7518 эВ и для N=420 E=1,599 эВ. Теперь можно преступать к нахождению площади трапеции находящейся между 401-420 каналом. Площадь будет рассчитываться по формуле
S=? (2-Ti-Ti+1) * (Ei+1-Ei) /2
где: Ti,Ti+1 - это значения из файла Cd108, и Ei+1,Ei-энергия соответствующая данным значениям. В XL данная формула примет иной вид. Допустим для области трапеции (401-402) с соответствующими значениями 401-1,0090307 и 402-0,98694749 и с энергиями E (401) =1.751814 и E (402) =1.743236 площадь будет равняться S= (2-1,0090307-0,98694749) * (1,743236-1,751814) /2= - 1,72509*10-5
Так далее будут перебираться все каналы, например с 401 и по 401+n. То есть получиться большое количество маленьких участков площадей. При их суммирование мы получим окончательную нашу площадь трапеции, например CD или EF. Для участка с 401-420 в XL это будет выглядеть следующим образом:
|
401 |
1,751814 |
1,0090307 |
-1,72509E-05 |
|
|
402 |
1,743236 |
0,98694749 |
1,35955E-05 |
|
|
403 |
1,73472 |
1,01624549 |
0,000161689 |
|
|
404 |
1,726266 |
1,02200784 |
7,61148E-05 |
|
|
405 |
1,717874 |
0,9961321 |
1,88398E-05 |
|
|
406 |
1,709543 |
1,00839077 |
5,22305E-05 |
|
|
407 |
1,701273 |
1,00423986 |
-5,08937E-05 |
|
|
408 |
1,693062 |
0,98336304 |
-0,000141579 |
|
|
409 |
1,684911 |
0,98189911 |
-9,42504E-07 |
|
|
410 |
1,676818 |
1,01786796 |
5,50657E-05 |
|
|
411 |
1,668784 |
0,99583953 |
-6,06446E-05 |
|
|
412 |
1,660807 |
0,98895522 |
1,52768E-05 |
|
|
413 |
1,652887 |
1,01490268 |
6,57551E-05 |
|
|
414 |
1,645024 |
1,00182205 |
-9,14767E-06 |
|
|
415 |
1,637217 |
0,99583457 |
-3,22511E-06 |
|
|
416 |
1,629465 |
1,00333333 |
8, 20815E-06 |
|
|
417 |
1,621768 |
0,99879952 |
0,000140076 |
|
|
418 |
1,614126 |
1,0378578 |
0,000169008 |
|
|
419 |
1,606537 |
1,0066849 |
0,0001637 |
|
|
420 |
1,599002 |
1,03676471 |
0,000244137 |
|
|
0,000900013 |
Первая колонка - это канал, вторая - энергия, третья - значения файла Cd108 и четвертая - площадь. Окончательный результат площади S (401-420) =0.00093. Далее можно взять несколько областей из графика и получить несколько различных площадей. После этого данные площади трапеций усреднить. И полученный нами окончательный результат подставляем в программу, изученную ранее (PLOSHR) и находим искомое нами содержание. Например, для Cd-108 оно будет равняться (0,323±0,037) *10?3 (атом/барн). Остальные файлы обрабатывались так же.
После всех подсчетов результатов с энергии выше 0.3 эВ данных в таблицах (2,3,4,5,6) и с энергией ниже 0,3 эВ можно переходить к усреднению данных результатов. После чего окончательные результаты даются в таблице (7).
7. Итоговое содержание изотопов (в ?).
|
Изотоп Cd |
Проба "Cd108" |
Проба "Cd110" |
Проба "Cd111" |
Проба "Cd113" |
Проба "Cdnt" |
|
|
Cd 108 |
61.2±6.3 |
- |
- |
- |
- |
|
|
Cd 110 |
8.10±0.96 |
92.5±5.3 |
0.40±0.05 |
0.28±0.04 |
12.4±1.4 |
|
|
Cd 111 |
8.2±1.3 |
3.30±0.34 |
91.8±4.5 |
0.080±0.015 |
17.7±2.2 |
|
|
Cd 112 |
7.3±1.1 |
0.30±0.03 |
2.30±0.15 |
5.48±0.36 |
29.2±3.5 |
|
|
Cd 113 |
7.7±0.94 |
1.7±0.12 |
2.80±0.23 |
90.9±4.2 |
17.2±2.5 |
|
|
Cd 114 |
7.4±1.1 |
3.10±0.36 |
2.50±0.17 |
3.23±0.13 |
25.2±3.7 |
8. Учет наложения линий
В данной работе при расчете содержания в некоторых провалах получались или слишком завышенные данные или наоборот слишком низкие. Это было связанно с перекрыванием линий некоторых изотопов между собой. Для выявления этих перекрываний нужно было сравнить сечения, предоставленные мне перед началом работы и данные которые были полученные в ходе работы (сечения ожидаемое для данного изотопа). Для определения ожидаемой смеси (сечения) использовалась программа MIXER. Разберем получения ожидаемой смеси Cd обогащенного, например Cd108. В данном случае мы предполагаем, что Cd-108 около 70% в данном изотопе Cd. Содержание всех остальных рассчитывается из определения того, что сумма должна получиться 100%. То есть Cd106-4%, Cd110-4%, Cd111-4%, Cd112-5%, Cd113-4%, Cd116-4%, Cd114-5%. После этого можно воспользоваться программой MIXER.
Происходит следующий ввод данных.
Имя файла 1: Cd108st
Имя файла 2: Cd106st
Концентрация 1: 70%
Концентрация 2: 4%
*Результирующий файл: Cm108_1
**Начальный уровень энергии? 60
Конечный уровень энергии? 500
Файл Cd108_1 успешно создан.
*-Название файла дается так чтобы с ним было легче работать.
Начальный и конечный уровень энергии берется из определения того, что мы работаем в данных областях энергий.
Обработка по программе MIXER будет происходить до тех пор, пока мы не "пройдемся" по всем изотопам и не получим 100%. После этого окончательный файл (назовем его Cm108) можно просмотреть по программе FIL и сравнить с исходным сечением.
Все остальные файлы (Cd110st, Cd111st, Cd112st, Cd113st, Cd114st, Cdst116) обрабатываются по аналогичной схеме. После всех измерений их можно сравнить с исходными сечениями (рис18-29)
Из данных графиков (рис.27-29) можно заметить, что Cd111st перекрывается с Cd110st при энергиях от 85 до 95 эВ. На пике Cd113st (E=84,82эв) для заявленной изотопной композиции имеется сильный скачок из-за Cd110st (E=89.27 эВ). Линия Cd108 (E=234 эВ) на хвосте пика имеет небольшое перекрывание с линией Cd111st (225.1 эВ) и линией изотопа Cd112st (E=226,5 эВ). У линии Cd110st (E=230,9 эВ) образовался небольшой скачок, который относиться к влиянию линии Cd111st (E=233,4 эВ). Из-за данных перекрываний получаются некоторые искажения результатов. Их учет требует изменения способа обработки спектров пропускания - перехода от метода площадей, использованного в данной работе, к методу формы провала. Такая задача передо мной не ставилась
Заключение
С целью демонстрации возможностей НСА проведена численная обработка спектров кадмия. Полученные результаты имеют хорошие данные. В паспортах значилось, что обогащение по главному изотопу составляло 70.2% (61.2±6.3?) в случае пробы, обогащённой по Cd108, 95.6% (92.5±5.3%) для Cd110, 96.0% (91.8±4.5%) для Cd111 и 95.9% (90.9±4.2%) для пробы Cd113. Содержание остальных изотопов в паспортах не приводилось. Полученные данные согласуются в приделах 2д, то есть мы подтвердили паспортные данные.
В ходе написания диплома были допущены незначительные ошибки, которые внесли свой вклад в погрешность. Так, например график (рис12-13) по пропусканию изотопа 113 плохо выходит на единицу вследствие чего происходит уменьшение площади, что ведет к дальнейшему искажению результатов. Неточные результаты в некоторых провалах получаются из-за перекрывания линий.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение спектров пропускания резонансных нейтронов проб урана различного обогащения. Устройство и принцип работы времяпролетного спектрометра на основе ускорителя электронов. Контроль изотопного состава урана путем нейтронного спектрального анализа.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.07.2015Изучение спектров пропускания резонансных нейтронов проб урана различного обогащения. Устройство и работа времяпролетного спектрометра на основе ускорителя электронов. Анализ содержания изотопов по площадям резонансных провалов в измеренных спектрах.
дипломная работа [710,4 K], добавлен 23.02.2015Эффект Шпольского. Методы количественного анализа Факторы, влияющие на точность спектрального анализа. Физические процессы, обусловленные двухквантовыми реакциями. Спектрофлуориметрическая установка для спектральных и кинетических измерений.
курсовая работа [403,2 K], добавлен 06.04.2007Характеристика спектрального метода анализа сигналов, при помощи которого можно оценить спектральный состав сигнала, а также количественно выяснить его энергетические показатели. Корреляционный анализ сигнала для оценки прохождения сигнала через эфир.
курсовая работа [169,7 K], добавлен 17.07.2010Рентгено-флуоресцентный спектральный анализ материалов. Исследование элементного состава вещества. Процесс возникновения рентгеновской флуоресценции. Аналитические возможности нейтронно-активационного анализа. Спектры излучения радиоактивного образца.
реферат [1,3 M], добавлен 07.05.2019Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р15.011–96. Выбор изучения и разработка технического предложения прототипов модулей на основе активного кварцевого элемента для фазоконтрастного и сверхразрешающего спектрального экспресс-анализа.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 17.08.2013Описание работы Запорожской атомной электростанции. Принцип действия энергетических реакторов. Технология выработки электроэнергии. Подсистемы контроля: внутриреакторного и нейтронного потока. Определение объектов анализируемой измерительной информации.
реферат [6,2 M], добавлен 06.05.2014Особенности поведения тепловыделяющих элементов в переходных режимах. Определение линейных тепловых нагрузок в твэлах. Анализ нейтронно-физических характеристик твэлов. Расчет параметров работоспособности элементов при скачках мощности в реакторе.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 27.06.2016Разработка на основе концепций обратных задач динамики математических методов и построенных на их основе алгоритмов синтеза законов управления; определение параметров настройки САУ. Применение спектрального метода для решения обратных задач динамики.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 14.01.2010Зависимость оптической плотности от концентрации вещества в растворе и толщины поглощающего слоя. Ознакомление с устройством и принципом работы спектрального прибора, его назначение; определение плотности и концентрации вещества на спектрофотометре.
лабораторная работа [34,1 K], добавлен 05.05.2011Определение назначения регенеративных теплообменных аппаратов как устройств, обеспечивающих нагрев или охлаждения материальных потоков, их преимущества и недостатки. Устройство и преимущества люминесцентных светильников. Энергоемкость галогенных ламп.
реферат [46,7 K], добавлен 27.05.2013Выбор релейных защит для всех элементов транзитной подстанции и составление графика селективности. Расчет уставок, разработка принципиальной и функциональной схем защиты фидера контактной сети, разработка методик их наладки. Проверка трансформаторов тока.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 23.11.2012Характеристика и свойства теплового, люминесцентного и электро- и катодолюминесцентного излучений. Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения (спектральный анализ). Основные виды спектров.
презентация [10,4 M], добавлен 21.05.2014Место активационного анализа в аналитической химии. Регистрация ядерного излучения и частиц. Понятия и термины активационного анализа. Метод нейтронно-активационного анализа. Источники активации и нейтронов. Количественный нейтронно-активационный анализ.
курсовая работа [735,0 K], добавлен 03.02.2016Характеристика методов определения концентрации химических элементов в сложных соединениях. Методики определения концентрации железа (III) и выбор оптимального метода его определения в полиэлектролитных микрокапсулах и магнитоуправляемых липосомах.
дипломная работа [942,6 K], добавлен 25.07.2015Размерное квантование в полупроводниках. Методы получения и оптические свойства наночастиц сульфида кадмия. Люминесценция нанокристаллов сульфида кадмия, внедренных в полимер. Влияние внешних факторов на люминесценцию нанокристаллов соединений А2В6.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 12.03.2008Работы Эрнеста Резерфорда. Планетарная модель атома. Открытие альфа- и бета-излучения, короткоживущего изотопа радона и образования новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов. Воздействие радиации на опухоли.
презентация [520,3 K], добавлен 18.05.2011Нейтронные источники как устройства или вещества, излучающие нейтроны, знакомство с важнейшими характеристиками: энергетический спектр, угловое распределение интенсивности. Рассмотрение основных преимуществ полониевых источников, анализ недостатков.
курсовая работа [898,1 K], добавлен 10.10.2013Схема монохроматора, используемого для исследования фотоэлектрических свойств полупроводников. Экспериментальные результаты исследования спектральной зависимости фотопроводимости. Зависимость фотопроводимости сульфида кадмия от интенсивности облучения.
лабораторная работа [176,4 K], добавлен 06.06.2011Изучение основных метрологических характеристик фотометрических методов анализа, их методического и технического обеспечения, методик поверки фотоэлектрических колориметров. Разработка лабораторной работы по поверке фотоэлектрического колориметра КФК-2МП.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 08.06.2013
