【摘要】：隨著核物理研究的發(fā)展和核技術(shù)應(yīng)用的普及,粒子探測和鑒別技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛。由于在很多核反應(yīng)中,反應(yīng)道多、反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜、干擾射線多等因素,給實驗測量帶來了困難。因此,精準(zhǔn)地探測粒子的能量、種類、角分布、反應(yīng)截面等信息一直是核物理研究和核技術(shù)應(yīng)用的重點。在復(fù)雜的核反應(yīng)中,經(jīng)常伴有α粒子和質(zhì)子的產(chǎn)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(qiáng),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(yīng)用于α粒子和質(zhì)子的識別進(jìn)行研究。本文應(yīng)用粒子與物質(zhì)相互作用理論和徑跡蝕刻動力學(xué)經(jīng)驗?zāi)Ｐ?模擬了α粒子和質(zhì)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(zhì)子最佳蝕刻條件。根據(jù)對應(yīng)的最佳蝕刻條件,計算獲得的α粒子和質(zhì)子的徑跡直徑、灰度值、徑跡深度,據(jù)此對相同能量的α粒子和質(zhì)子、不同能量的α粒子、不同能量的質(zhì)子、射程相似的α粒子和質(zhì)子進(jìn)行識別。同時,用CR-39固體探測器對α粒子和質(zhì)子進(jìn)行了實驗測量,與理論模擬值進(jìn)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(jié)構(gòu)以及主要內(nèi)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(xì)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(nèi)外研究現(xiàn)狀,最后簡要介紹了研究內(nèi)容及目的。第二章為輻射損傷徑跡及徑跡形成機(jī)制。簡要的介紹了徑跡形成的機(jī)制,詳細(xì)分析α粒子與質(zhì)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(xué)模擬。介紹了蝕刻階段徑跡蝕刻的動力學(xué)模型,模擬了α粒子和質(zhì)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(zhì)子最佳蝕刻條件。根據(jù)各能量的α粒子和質(zhì)子對應(yīng)的最佳蝕刻條件,模擬分析各能量的α粒子和質(zhì)子在各最佳蝕刻條件下的徑跡輪廓。第四章為α粒子與質(zhì)子的識別實驗。采用稱重法進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析,與理論模擬值進(jìn)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(zhì)子進(jìn)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(zhì)子識別的初步分析。根據(jù)對應(yīng)的最佳蝕刻條件,計算獲得的α粒子和質(zhì)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(zhì)子、不同能量的α粒子、不同能量的質(zhì)子、射程相似的α粒子和質(zhì)子區(qū)分開來的方法。第六章為總結(jié)與展望�？偨Y(jié)了本文的研究內(nèi)容及研究結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與其他固體探測器不同，這種結(jié)構(gòu)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(qiáng)。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(zhì)中的射程以及能量損失。TRIM 模塊（theTransportofIonsinMatter）用于詳細(xì)計算入射粒子在較為復(fù)雜的靶物質(zhì)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(zhì)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(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL81

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本文編號：2708583