【摘要】：隨著核物理研究的發(fā)展和核技術應用的普及,粒子探測和鑒別技術在各領域的應用日漸廣泛。由于在很多核反應中,反應道多、反應產物復雜、干擾射線多等因素,給實驗測量帶來了困難。因此,精準地探測粒子的能量、種類、角分布、反應截面等信息一直是核物理研究和核技術應用的重點。在復雜的核反應中,經常伴有α粒子和質子的產生,兩種粒子混在一起,需要使用合適的粒子鑒別方法將兩者區(qū)分開來�？捎糜诹Ｗ予b別的方法有很多。相較于其他鑒別方法,固體核徑跡分析方法有著不可取代的優(yōu)勢。CR-39是固體徑跡探測器(SSNTD)中性能較為良好的一種。CR-39探測器具有靈敏度高,探測閾低,受環(huán)境因素影響小,抗干擾能力強,對β、γ以及電子等射線不敏感等優(yōu)點。本文從理論模擬和實驗測量兩個方面對CR-39應用于α粒子和質子的識別進行研究。本文應用粒子與物質相互作用理論和徑跡蝕刻動力學經驗模型,模擬了α粒子和質子在CR-39固體徑跡探測器上的徑跡形貌,分別計算出3~8MeV的α粒子和1~9MeV的質子最佳蝕刻條件。根據對應的最佳蝕刻條件,計算獲得的α粒子和質子的徑跡直徑、灰度值、徑跡深度,據此對相同能量的α粒子和質子、不同能量的α粒子、不同能量的質子、射程相似的α粒子和質子進行識別。同時,用CR-39固體探測器對α粒子和質子進行了實驗測量,與理論模擬值進行了對比分析,兩者差異在0.37%~9.7%之間,實驗驗證了模擬方法的可行性。本章的結構以及主要內容如下:第一章為緒論。論述了本課題的研究背景和意義,詳細介紹了各種粒子鑒別方法的原理和優(yōu)缺點,論述了CR-39國內外研究現狀,最后簡要介紹了研究內容及目的。第二章為輻射損傷徑跡及徑跡形成機制。簡要的介紹了徑跡形成的機制,詳細分析α粒子與質子在CR-39中的射程和能量損失率。第三章為蝕刻徑跡的動力學模擬。介紹了蝕刻階段徑跡蝕刻的動力學模型,模擬了α粒子和質子在CR-39固體徑跡探測器上的徑跡形貌,分析了蝕刻溫度和蝕刻時間對徑跡直徑和徑跡深度的影響,并分別計算出3~8MeV的α粒子和1~9MeV的質子最佳蝕刻條件。根據各能量的α粒子和質子對應的最佳蝕刻條件,模擬分析各能量的α粒子和質子在各最佳蝕刻條件下的徑跡輪廓。第四章為α粒子與質子的識別實驗。采用稱重法進行體蝕刻速率的測量,在98℃的6.25mol/L NaOH溶液蝕刻下測量得到體蝕刻速率值為10.41μm/h,并與理論計算值14.87μm/h進行了比較,確定實驗測量值更為符合本研究所用CR-39。使用~(241)Am粒子源對CR-39進行照射,將照射后的CR-39逐層蝕刻,采用的蝕刻條件是98℃的6.25mol/L的NaOH溶液分別蝕刻30min、60min、90min、120min、150min、170min。對蝕刻后α粒子徑跡進行分析,與理論模擬值進行了對比分析,兩者差異在0.37%~9.7%之間。用CR-39固體探測器對3MeV的α粒子和3MeV的質子進行實驗測量,在98℃的6.25mol/L的NaOH溶液中蝕刻45min后,兩種粒子徑跡區(qū)分明顯。第五章為α粒子與質子識別的初步分析。根據對應的最佳蝕刻條件,計算獲得的α粒子和質子的徑跡直徑、灰度值、徑跡深度,提出了將相同能量的α粒子和質子、不同能量的α粒子、不同能量的質子、射程相似的α粒子和質子區(qū)分開來的方法。第六章為總結與展望�？偨Y了本文的研究內容及研究結果,并提出了論文可以繼續(xù)完善的地方。
【圖文】：

圖 1.2 CR-39 的分子結構式Figure 1.2 Structure molecular formula of CR-39優(yōu)點為固體探測器有以下優(yōu)點:敏度高。CR-39 的分子結構與其他固體探測器不同，這種結構使得 CR-39 只需要受到很少的輻射就能斷裂，從而形成潛徑跡。量沉積密度探測閾低，可以探測的能量范圍較廣。損區(qū)域（潛徑跡）相對穩(wěn)定，受環(huán)境濕度和溫度等 β、γ 和電子等射線不敏感，抗干擾能力強。積小，易于攜帶，價格便宜。

（b） （c）圖 2.1 SRIM 軟件界面圖Figure 2.1 Main Interface of SRIMSRIM 軟件包含主要兩個模塊，，SR 和 TRIM。如圖 2.1 所示，（a）為 SRIM軟件運行主界面，（b）、（c）分別為 SR 和 TRIM 運行界面。SR 模塊（Tables oStopping and Range of ions in simple targets）可用于快速計算入射粒子在簡單靶物質中的射程以及能量損失。TRIM 模塊（theTransportofIonsinMatter）用于詳細計算入射粒子在較為復雜的靶物質中的能量輸運過程以及粒子碰撞過程。本章SR 模塊計算不同能量的 粒子與質子兩種粒子在 CR-39 探測器中的射程、電子能量損失率以及核能量損失率，見表 2.1。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL81

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本文編號：2708583