阅读说明：本技术 伽马射线角关联测量装置及基于该装置的测量方法 (Gamma ray angle correlation measuring device and measuring method based on device ) 是由 李雪松 余功硕 师全林 代义华 白涛 张小林 解峰 姜文刚 于 2019-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种核数据测量装置,特别涉及一种伽马射线角关联测量装置及基于该装置的测量方法,解决了采用现有伽马射线角关联测量装置测量时,耗时耗力、对于半衰期较短的核素早期和后期测量不可兼顾以及测量精确度难以保证的问题。该装置的特殊在于：包括沿探测器布放环呈圆周分布的至少六个探测器；各探测器中轴线位于同一平面且均穿过探测器布放环圆心；探测器布放环为虚拟圆；至少六个探测器的每两个探测器中轴线的夹角中,至少一个夹角为90°；一个夹角为180°；8个夹角均大于90°小于180°,或者大于90°小于180°的夹角个数,加上将大于0°小于90°的夹角根据角关联对称原理换算后等效角大于90°小于180°的夹角个数,之和大于等于8个,且8个角互不相等。(The invention relates to a nuclear data measuring device, in particular to a gamma ray angle correlation measuring device and a measuring method based on the device, and solves the problems that when the conventional gamma ray angle correlation measuring device is used for measuring, time and labor are consumed, the measurement cannot be carried out at the early stage and the later stage of nuclide with short half-life period, and the measurement accuracy is difficult to guarantee. The device is characterized in that: the device comprises at least six detectors which are circumferentially distributed along a detector arrangement ring; the central axes of the detectors are positioned on the same plane and pass through the circle centers of the detector arranging rings; the detector arrangement ring is a virtual circle; at least one included angle in included angles of central axes of every two detectors of the at least six detectors is 90 degrees; one included angle is 180 degrees; the number of the 8 included angles is more than 90 degrees and less than 180 degrees, or more than 90 degrees and less than 180 degrees, the number of the included angles with the equivalent angle more than 90 degrees and less than 180 degrees after the included angles more than 0 degree and less than 90 degrees are converted according to the angle correlation symmetry principle is added, the sum is more than or equal to 8, and the 8 included angles are different from each other.)

伽马射线角关联测量装置及基于该装置的测量方法

技术领域

本发明涉及一种核数据测量装置，特别涉及一种伽马射线角关联测量装置及基于该装置的测量方法。

背景技术

原子核由激发态跃迁到基态时，有时会连续地通过多次伽马跃迁来完成，期间将发射多条伽马射线。两条级联伽马射线的角关联关系直接与原子核能级结构、角动量、跃迁极次等核数据相关联，是原子核数据测量的关键参数之一。

参见图1，现有的伽马射线角关联测量装置采用双探测器结构([1]古再奴尔·安尼瓦，NaI探测器同时测量γ跃迁角关联的方法研究，新疆大学硕士学位论文，2017年。[2]张高龙等，60Ni级联γ跃迁的角关联测量，大学物理，第33卷第九期，2014年。)，其结构包括固定探测器01和移动探测器02。测量过程中，固定探测器01位置不变，在90°范围内旋转移动探测器02，使移动探测器02中轴线与固定探测器01中轴线形成不同的夹角θ，进而对激发态原子核进行测量，得到不同角度的角关联数据。现有的这种采用双探测器结构的伽马射线角关联测量装置存在以下缺陷：

(1)由于采用的是多位置分时测量方式，要获得比较完整的角关联曲线，至少需要选择8个角度进行测量，即至少测量8次，耗时耗力；

(2)由于每次测量需要达到额定的统计计数，必须测量足够长的时间，对于半衰期较短的核素来说，在后期大部分核素衰变殆尽，因此造成早期和后期的测量往往不可兼顾；

(3)在移动移动探测器02时，移动探测器02的状态有所改变，特别是电子学噪声变化带来的影响对于精确测量来说是不利的。

虽然可以通过θ角在90°～180°范围内，同时布放多个探测器解决上述问题，但是这样又会带来新的问题：即在保证探测效率的前提下，因探测器布放拥挤仅能布放4～5个探测器，一次获取4～5个角关联数据，但是仅4～5个角关联数据不能准确绘制角关联曲线。

发明内容

本发明的目的是提供一种伽马射线角关联测量装置及基于该装置的测量方法，以解决采用现有伽马射线角关联测量装置测量时，耗时耗力、对于半衰期较短的核素早期和后期测量不可兼顾以及测量精确度难以保证的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种伽马射线角关联测量装置，其特殊之处在于：

包括至少六个探测器；

所述至少六个探测器沿探测器布放环呈圆周分布，各探测器的中轴线均位于同一平面上，且均穿过探测器布放环的圆心；所述探测器布放环为一个虚拟圆；

所述至少六个探测器的每两个探测器中轴线形成的夹角中，至少有一个夹角为90°；有一个夹角为180°；有8个夹角均大于90°小于180°，或者大于90°小于180°的夹角个数，加上将大于0°小于90°的夹角根据角关联对称原理换算后等效角大于90°小于180°的夹角个数，之和大于等于8个，且8个夹角的角度值互不相等。

进一步地，所述探测器均为圆柱形伽马射线探测器。

进一步地，所述圆柱形伽马射线探测器为高纯锗探测器或碘化钠探测器或溴化镧探测器或碲锌镉探测器。

进一步地，为了既能测得绘制达到精度要求的角关联曲线所需的角关联数据，又能使探测器的数量尽可能的少，节约资源，所述探测器的数量为六个。

进一步地，定义：六个所述探测器沿逆时针方向依次分别为一号探测器、二号探测器、三号探测器、四号探测器、五号探测器以及六号探测器；并且定义：

θ₁为五号探测器与二号探测器中轴线之间的夹角；

θ₂为五号探测器与三号探测器中轴线之间的夹角；

θ₃为四号探测器与六号探测器中轴线之间的夹角；

θ₄为六号探测器与三号探测器中轴线之间的夹角；

θ₅为五号探测器与六号探测器中轴线之间的夹角；

θ₆为五号探测器与一号探测器中轴线之间的夹角；

θ₇为一号探测器与三号探测器中轴线之间的夹角；

θ₈为六号探测器与二号探测器中轴线之间的夹角；

则所述一号探测器与二号探测器中轴线之间的夹角为90°；一号探测器与四号探测器中轴线之间的夹角为180；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇、θ₈中，将大于0°小于90°的夹角根据角关联对称原理换算后等效角大于90°小于180°，其余夹角均大于90°小于180°，且8个夹角的角度值互不相等。

进一步地，所述探测器布放环的直径为500mm；

所述θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇、θ₈分别等于168°、123°、115°、160°、37°、102°、135°、155°。

本发明还提供了一种基于上述测量装置的伽马射线角关联测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：确定探测器布放环的直径尺寸；

步骤2：搭建伽马射线角关联测量装置

步骤2.1：确定待搭建的伽马射线角关联测量装置中探测器的个数；

步骤2.2：根据步骤2.1确定的待搭建伽马射线角关联测量装置中探测器的个数，确定各探测器中轴线之间的夹角；

步骤2.3：根据步骤1确定的探测器布放环的直径尺寸以及步骤2.2确定的各探测器中轴线之间的夹角，完成伽马射线角关联测量装置的搭建；

步骤3：放置待测量伽马放射性样品

将待测量伽马放射性样品放置到步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的探测器布放环的圆心位置；

步骤4：测量角关联数据，完成测量

同时开启步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的所有探测器，进行测量，获取至少10个不同夹角的角关联数据，完成测量。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的伽马射线角关联测量装置，巧妙利用伽马射线角关联对称性质以及圆周分布空间，在一个圆周上按一定的角度至少设置六个探测器，即可同时获取至少10个探测器中轴线夹角不等的角关联数据，避免了移动探测器测量时，耗时耗力、对于半衰期较短的核素早期和后期测量不可兼顾以及测量角关联曲线精确度难以保证问题的发生；因此，本发明解决了采用现有伽马射线角关联测量装置测量时，耗时耗力、对于半衰期较短的核素早期和后期测量不可兼顾以及测量精确度难以保证的技术问题。

(2)本发明的伽马射线角关联测量装置，其测得的角关联数据大于等于10个，与传统方法相比，显著提高了角关联曲线的测量准确度。

(3)本发明的伽马射线角关联测量装置，设置六个探测器，即可同时获取至少10个角关联数据，大大提高了效费比。

附图说明

图1是背景技术中现有角关联测量装置的结构示意图；

图1中各标号的说明如下：

01-固定探测器，02-移动探测器。

图2是本发明实施例的结构示意图；

图2中各标号的说明如下：

1-一号探测器，2-二号探测器，3-三号探测器，4-四号探测器，5-五号探测器，6-六号探测器，7-探测器布放环，8-待测量伽马放射性样品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图2，本发明一种伽马射线角关联测量装置，其结构包括至少六个探测器；该至少六个探测器沿探测器布放环7呈圆周分布，各探测器的中轴线均位于同一平面上，且均穿过探测器布放环7的圆心；探测器布放环7为一个虚拟圆，其直径尺寸由设计探测效率决定。上述至少六个探测器的每两个探测器中轴线形成的夹角中，至少有一个夹角为90°；有一个夹角为180°；有8个夹角均大于90°小于180°，或者大于90°小于180°的夹角个数，加上将大于0°小于90°的夹角根据角关联对称原理换算后等效角大于90°小于180°的夹角个数，之和大于等于8个，且8个夹角的角度值互不相等。上述探测器优选地均为圆柱形伽马射线探测器。

为了既能测得绘制达到精度要求的角关联曲线所需的角关联数据，又能使探测器的数量尽可能的少，节约资源，本实施例中优选地探测器的数量为六个。参见图2，定义：六个探测器沿逆时针方向依次分别为一号探测器1、二号探测器2、三号探测器3、四号探测器4、五号探测器5以及六号探测器6；并且定义：θ₁为五号探测器5与二号探测器2中轴线之间的夹角；θ₂为五号探测器5与三号探测器3中轴线之间的夹角；θ₃为四号探测器4与六号探测器6中轴线之间的夹角；θ₄为六号探测器6与三号探测器3中轴线之间的夹角；θ₅为五号探测器5与六号探测器6中轴线之间的夹角；θ₆为五号探测器5与一号探测器1中轴线之间的夹角；θ₇为一号探测器1与三号探测器3中轴线之间的夹角；θ₈为六号探测器6与二号探测器2中轴线之间的夹角；则上述一号探测器1与二号探测器2中轴线之间的夹角为90°；一号探测器1与四号探测器4中轴线之间的夹角为180；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇、θ₈中，将大于0°小于90°的夹角根据角关联对称原理换算后等效角大于90°小于180°，其余夹角均大于90°小于180°，且8个夹角的角度值互不相等。在本实施例中，优选地上述探测器布放环7的直径为500mm；上述θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇、θ₈分别等于168°、123°、115°、160°、37°、102°、135°、155°；其中θ₅根据角关联对称原理换算后，等效于180°-37°＝143°。

采用本发明伽马射线角关联测量装置，对伽马放射性样品8进行伽马射线角关联测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：确定探测器布放环7的直径尺寸

根据设计探测效率的要求，确定探测器布放环7的直径尺寸；设计探测效率要求越高，探测器布放环7的直径尺寸越小；

步骤2：搭建伽马射线角关联测量装置

步骤2.1：根据对角关联曲线的精度要求，确定待搭建的伽马射线角关联测量装置中探测器的个数；一般对角关联曲线的精度要求越高，探测器的个数也越多；

步骤2.2：根据步骤2.1确定的待搭建伽马射线角关联测量装置中探测器的个数，确定各探测器中轴线之间的夹角；

步骤2.3：根据步骤1确定的探测器布放环7的直径尺寸以及步骤2.2确定的各探测器中轴线之间的夹角，完成伽马射线角关联测量装置的搭建；

步骤3：放置待测量伽马放射性样品8

将待测量伽马放射性样品8放置到步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的探测器布放环7的圆心位置；

步骤4：测量角关联数据，完成测量

同时开启步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的所有探测器，进行测量，获取至少10个不同夹角的角关联数据，完成测量。

本实施例中，以对伽马放射性样品⁶⁰Co的测量为例，上述伽马射线角关联测量方法，包括以下步骤：

步骤1：确定探测器布放环7的直径尺寸

根据设计探测效率的要求，本实施例中，确定探测器布放环7的直径尺寸为500mm；

步骤2：搭建伽马射线角关联测量装置

步骤2.1：根据对角关联曲线的精度要求，本实施例中，确定待搭建的伽马射线角关联测量装置中探测器的个数为六个(在其它实施例中，如果对对角关联曲线的精度要求提高，探测器的个数可为六个以上)；且选用的是圆柱形伽马射线探测器中的高纯锗探测器，除了选择高纯锗探测器外，还可以选择碘化钠探测器或溴化镧探测器或碲锌镉探测器；

步骤2.2：根据步骤2.1确定的待搭建伽马射线角关联测量装置中探测器的个数，确定各探测器中轴线之间的夹角；本实施例中，上述一号探测器1与二号探测器2中轴线之间的夹角为90°；一号探测器1与四号探测器4中轴线之间的夹角为180；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆、θ₇、θ₈分别等于168°、123°、115°、160°、37°、102°、135°、155°；

步骤2.3：根据步骤1确定的探测器布放环7的直径尺寸以及步骤2.2确定的各探测器中轴线之间的夹角，完成伽马射线角关联测量装置的搭建；

步骤3：放置待测量伽马放射性样品8

将待测量伽马放射性样品⁶⁰Co放置到步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的探测器布放环7的圆心位置；

步骤4：测量角关联数据，完成测量

同时开启步骤2搭建好的伽马射线角关联测量装置中的6个探测器，进行测量，获取至少10个不同夹角的角关联数据，完成测量。

本发明的伽马射线角关联测量装置，避免了采用现有伽马射线角关联测量装置进行测量时，需要移动探测器改变角度逐个测量的问题，缩短了测量时间，可以对半衰期较短的核素进行角关联数据数据测量。