石笋中放射性核素高纯锗分析方法

石笋是一种在地下溶洞中形成的碳酸钙沉积物,其生长过程中会吸收并固定周围环境中的各种核素,因此被广泛用作古气候和古环境的代用指标。然而,石笋中的放射性核素,如铀、钍等,对石笋的地球化学性质和环境指示意义有重要影响。因此,对石笋中的放射性核素进行准确测定,对于理解石笋的形成机制和环境指示意义具有重要意义。为了测出当中所包含的核素,通常利用γ谱学的内容,确定石笋中放射性核素的能量,从而找出对应的核素。高纯锗(HPGe)γ谱仪因其优越的性能,通过γ射线与谱仪上的高纯锗相互作用,可对石笋中放射性射线进行测量。对由中国计量科学研究院提供的¹³³Ba、²⁴¹Am、¹⁵²Eu三个标准点源在轴向距离探测器0 cm、5 cm处进行实验测量,通过Gamma Vision32软件进行能量刻度,获得能量与全能峰道址之间的关系,利用放射性核素总表找出能量所对应的核素,从而确定石笋中放射性核素。     

BGO高能γ探测器性能测定与效率模拟

实验测定了两套新制作的φ75×100 BGO高能γ探测器的能量分辨与时间分辨,根据BGO晶体中Ge的热中子俘获所释放的2条高能γ射线对γ能谱作能量刻度.模拟计算了4—30MeV能量区间BGOγ探测器的全能峰效率、单逃逸率与双逃逸率,计算了入射γ光子在0—30MeV区间均匀分布时BGO探测器的实际计数响应与计数效率随γ光子能量的变化,分析了γ光子在探测介质中的能损向下延展造成的能谱扭曲.     

Lucy-Richardson迭代解谱在X射线荧光分析的应用

硬X射线调制望远镜是我国第一颗X射线天文卫星,其载荷低能X射线望远镜采用了SCD型探测器CCD236,主要对能量在0.7～13.0 keV的软X射线光子进行观测。卫星发射前,需要对探测器进行详细的性能标定,其中包括能量响应矩阵的标定。能量响应矩阵是能谱分析的关键。CCD236探测器输出能谱并不是观测光源的真实发射谱,而是发射谱与探测器能量响应矩阵的卷积结果。一般可以通过直接反卷积的方法还原光源的真实能谱。解谱过程可以看作是一维成像问题,利用能量响应矩阵与输出能谱进行反卷积解谱。常用的反卷积算法为Lucy-Richardson迭代算法,其利用条件几率的贝氏定理反复进行运算,进而对输出能谱进行反解,得到观测光源的真实发射能谱。通过能量响应矩阵对CCD236探测器的55Fe测量能谱进行解谱。经过解谱,能谱的能量分辨从144.3 eV提升到了65.6 eV@5.9 keV,连续谱成分被明显地抑制,提高了能谱的峰背比。反解能谱由两个半峰全宽很小的（<70.0 eV）高斯峰组成,两成分的强度比为8.4,能够很好地表征真实发射谱的结构。利用这种方法可对材料X射线荧光谱进行解谱,还原材料的荧光谱,提高能谱的能量分辨。反解结果中主要元素各类荧光线通过解谱彼此独立,能谱峰背比很高,可以很好地用于X射线荧光分析中,提高荧光谱的质量。     

一种基于~4He气闪烁体的裂变中子探测器

研制了一种新中子探测器,它以²³⁵UO₂裂变靶作为转换靶,⁴He气体作为闪烁体.该探测器充分结合了²³⁵U和⁴He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、中子灵敏度较高、n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子.本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积,并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10^-15C·cm²,γ灵敏度约10^-17C·cm²,时间响应约33.1 ns.     

基于模糊识别的γ能谱定性分析

提出了一种基于模糊识别的γ能谱分析方法。通过建立关于未知谱的模糊集合、标准核素库及模糊识别算法,实现了γ能谱的快速自动定性分析,并对3组混合标准源γ能谱和3个低本底样品γ能谱进行了定性分析。结果表明在不精确求解峰位的情况下,即可准确分析出样品中所含的放射性核素。     

基于稀疏表示的核素能谱特征提取及核素识别

提出了一种基于稀疏表示的核素能谱特征提取方法,其实质是将核素能谱在区分性最好的稀疏原子上进行投影。利用稀疏分解方法对核素能谱进行稀疏分解,提取分解系数向量作为表征核素的特征向量,通过模式识别分类方法建立分类模型实现核素识别。与传统稀疏分解方法的区别在于:在能谱稀疏分解过程中按照稀疏字典中的原子排列顺序顺次进行分解;其次,分解目的在于特征提取,即最终提取到的特征对不同核素具有可区分性,并不要求核素能谱的重构精度。在241Am, 133Ba, 60Co, 137Cs, 131I和152Eu共6种核素1200个能谱数据上进行了核素识别实验,7种不同分类算法的平均识别率达到91.71%,实验结果的统计分析表明,本文提出的特征提取方法识别准确率显著地高于两种传统核素能谱特征提取方法准确率。     

液体闪烁体探测器γ射线测量研究

利用几种单能γ源对BC501A型液体闪烁体探测器进行能量刻度, 以得到探测器对电子的光输出响应函数。 介绍了用蒙特卡罗模拟法确定康普顿边缘所对应的电子能量的方法, 得到的结果与用半高点确定康普顿边缘方法所得的结果做了比较。 利用德国PTB开发的PHRESP蒙特卡罗程序计算出液体闪烁体探测器对各种单能γ射线的光响应矩阵, 阐述了利用γ射线响应函数矩阵和γ射线的反冲电子谱求解待测γ能谱的原理, 对解谱的误差来源也进行了简要的分析。 The light output of the BC501A liquid scintillation detector for γ rays was calibrated by serial monoenergetic γ ray sources. The Monte Carlo simulation method to confirm Compton edge was described briefly. The result was compared with that obtained by the semi height method. The γ ray response matrix of BC501A liquid scintillation detector was calculated by the Monte Carlo code PHRESP from PTB. The method of using response function matrix and recoil electron spectrum to unfold γ ray energy spectrum was introduced and the error of unfolding spectrum was also briefly discussed.     

BC537探测器中γ射线的响应函数测量与蒙特卡罗模拟

为了将氘化液闪探测器(BC537)测量的反冲电子谱转换为γ射线能谱,利用标准γ点源对BC537探测器的响应进行了测量并运用基于蒙特卡罗方法的Geant4程序计算了BC537探测器探测γ射线的响应函数。讨论了探测器建模中有无铝壳和入射γ射线束流半径对探测效率和响应函数的影响。对比模拟和实验测量的反冲电子谱,两者符合较好。利用模拟的响应函数和实验测量标准γ源Cs-137和Co-60以及AmBe源在BC537探测器中的反冲电子谱,经迭代法解谱得到了对应的标准γ射线能谱,验证了模拟参数的合理性以及该响应函数的实用性。     

使康普顿探测器灵敏度能量响应相对平坦的一种方法

介质型标准康普顿探测器对1．5MeVγ的灵敏度约为0．5Mevγ辐射对应灵敏度的1．7倍，在0．5～5MeV对应能区内，能量灵敏度相对该能区的平均灵敏度的最大差异近40％，也就是说在该能量区内介质型标准康普顿探测器的灵敏度变化较大，能量响应不太平坦，如果用于近距离测量具有能谱结构的高强度γ辐射，就比较难获得不确定度小的绝对强度结果。本工作研究了康普顿探测器各构成部分的材料和尺寸对探测器输出的贡献，各种γ辐射能量下探测器的灵敏度，设计加工了灵敏度可调的康普顿探测器，在强钴源放射性源场中验证了部分研究结果。     

基于蒙特卡罗方法的NaI探测器效率刻度及其测量轫致辐射实验

为了将NaI探测器更好地应用到轫致辐射谱测量工作中,对一套NaI探测器做了研究:利用~(137)Cs,~(60)Co等同位素γ源,结合蒙特卡罗方法,得到全能峰效率的模拟值与实验测量值符合得较好;利用蒙特卡罗N粒子编码模拟NaI对不同能量光子的响应,得到了该探测器对光子的能量响应,并将获得的能量响应用于轫致辐射的解谱工作,解谱结果与原始谱符合得很好;将该探测器应用到强流电子束打靶轫致辐射测量实验中,对轫致辐射在NaI探测器中的响应做了初步测量.     

CdZnTe核探测器的蒙特卡罗模拟的初步研究

以CdZnTe核探测器的工作原理为依据,探测器内反应的随机性和反应产生的电子空穴对数目的统计规律为物理模型,应用Visual C + + 自行编制了蒙特卡罗模拟软件.模拟了γ射线在CdZnTe探测器中的响应能谱,并将模拟结果与实际器件的测试结果进行了比较讨论.模拟能谱与实际测得的能谱的主峰符合较好.此外,通过分析⁵⁷Co源辐照下探测效率与器件厚度的关系,可以推测探测效率达到最大时所对应CdZnTe探测器的理想厚度     

γ能谱特征峰定位算法分析

γ能谱分析是辐射探测数据分析工作的关键步骤，多年来能谱分析程序多依赖于美国成熟的分析软件，随着国内近年来对中子活化分析（瞬发γ、缓发γ）、核材料识别、核素快速识别技术的介入，γ能谱分析程序的自主研发显得至关重要。不论是传统的能谱分析技术，或是目前流行的神经网络，现代谱估计技术，其中特征峰的甄别是丫能谱分析的首要工作。特征峰的甄别，普遍采用极值法原理，其实质是微分法。最简单有效的方法是对原始谱进行平滑处理的一阶微分法（局部极大值法），它不但能够确定峰位，而且能够给出左右边界的位置，     

核材料γ能谱指纹模糊识别机理研究

以γ射线的能量与强度所构成的二维平面为论域,提出了关于γ射线能谱的二维模糊集合的概念,建立了γ射线能谱二维模糊集合隶属函数.提出和介绍了γ射线能谱指纹模糊识别的基本原理与方法.通过对γ能谱数据的归一化处理,实现了γ射线能谱指纹的类型识别和个体识别.通过引入识别增强因子,获得了较高的识别置信度.对模拟放射性物质的γ射线能谱指纹进行了识别研究,探讨了系统统计涨落以及探测距离变化对识别隶属度的影响.研究表明,γ射线能谱指纹模糊识别方法具有较强的类型识别能力和个体识别能力,可应用于核安全保障等领域. 关键词： γ能谱指纹 模糊识别 核材料     

基于微结构气体探测器对单能和连续谱快中子的模拟解谱

本工作探索了基于Triple GEM探测器对快中子能谱的测量,利用MCNPX和Geant4软件分别模拟了两种在Triple GEM阴极耦合由多层聚乙烯组成的堆栈式中子转化质子的转化模型,研究对象包含了5种单能中子源和Am-Be连续谱中子源.模拟得到了探测系统对160条单能中子的响应函数和上述源的反冲质子谱分布,使用GRAVEL和MLEM算法对模拟得到的6种快中子源的反冲质子谱进行了解谱研究,并把解谱结果与标准输入谱进行了对比,结果显示与标准输入谱均符合较好,解谱的相对不确定度为10%—15%;并研究了气体探测器能量分辨率对解谱精度影响的关系,结果表明微结构气体探测器的能量分辨率好于30%时,快中子的解谱精度就可以满足实际应用需求.本研究在以前的实验基础上提出了一种新的转化结构,并通过模拟结果得出微结构气体探测器可以应用于快中子探测,并能够利用得到的反冲质子谱结合合适的反演算法实现入射中子源的能谱重建.本文积累的建模和解谱算法为将来微结构气体探测器组成的快中子探测系统应用于未知快中子源探测,能谱重建,实现源项识别提供了新的办法.     

γ射线对含氢正比计数管中子能谱测量的影响

通过蒙特卡罗模拟和实验测量相结合的方法,获得从50keV~10MeV区间γ射线在直径为30mm内充1.013 25MPa氢气的球形含氢正比计数管上的能量响应,结果显示,γ射线在该计数管中的能量沉积主要集中在100keV附近及以下。Am-Be中子源和137 Cs源的实验测量结果显示,强137 Cs源的γ射线会严重影响含氢正比计数管对Am-Be中子源100keV以下能谱的测量,这表明,裂变材料介质内的强γ射线同样会影响到介质内100keV以下中子能谱的测量。根据计数管对反冲质子和电子电离信号的收集特性,采用上升时间法甄别掉本底γ射线是可行的。     

特征γ射线谱分析的蒙特卡罗模拟技术

蒙特卡罗方法(MC)是模拟核探测问题的理想方法,用中子照射客体,中子诱发产生非弹γ和俘获γ,通过特征γ射线能谱和时间谱分析,确定客体核素组成和重量百分比.本文基于非弹γ和俘获γ时间门测量技术,给出了脉冲源发射下探测器响应计数公式.在中子与核作用产生次级光子方面,采用期望值估计(expect value estimator,EVE)产光.为了避免大量小权光子模拟带来的计算存储量增加,设计了EVE产光与直接估计(direct estimator,DE)产光耦合.仅增加少量计算时间,便实现了特征γ射线解谱.数值模拟在自主MC软件JMCT上开展,计算结果初步验证了方法的正确有效性.     

MC模拟无卷积全谱转换法测量X，γ辐射剂量

为了更好地进行环境X/γ辐射剂量的测量,通过对电制冷高纯锗探测器蒙特卡罗建模获取0.01～1.5 MeV能量范围内的能谱和剂量（率）值,并利用无卷积全谱转换法进行能谱-剂量转换研究。研究发现,通过无卷积全谱转换法计算得到的剂量率与模拟剂量率符合较好;通过在中国计量研究院环境γ辐射空气吸收剂量标准辐射场中进行Co-60和Cs-137放射源剂量率实验验证,结果显示,在0.01～1.5 MeV的能量范围内,通过能谱-剂量转换得到剂量率与标准剂量率的误差小于±10%,这表明通过无卷积全谱转换法进行能谱-剂量（率）转换系数的求解是可行的。     

采用数学分析方法分析样品核素含量的方法研究

当样品含有多种能量的γ射线时，某一峰下的面积，不仅记录了该能量的光电效应事件，而且还包括了更高能量γ射线的Compton 散射事件。这样，就不能由峰下面积确定相应的γ射线强度，采用逆矩阵法对γ能谱进行分析可得到较好非结果。When the sample contains many kinds of energies γ rays,their peak’s area not only records the matters of optical electronic effect but also the Compton scattering matters with higher energyγ rays.So that,theγ rays intensity conducted by the peak’s area can’t gain.Using the anti-matrix method,the better results of anlyze on theγ Spectrometry may be getten.     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

中重核中子辐射俘获γ射线强度函数研究

假设退激过程中除包含巨偶极共振模式外还存在⁶He,⁶Li,⁶Be,⁷Li和⁷Be等粒子集团激发态的退激过程.本文对这一物理假定作了进一步分析.利用据此建立的包括这些过程在内的γ射线强度函数,计算了在核素⁹³Nb,¹⁸¹Ta和天然元素Ag上入射中子能量在0.01—5MeV能区以及在核素¹⁹⁷Au上入射中子能量在0.01—10MeV能区的中子辐射俘获反应截面和γ能谱,得到了与实验数据较好符合的结果.特别是可以较好地解释γ能谱中5.5MeV之后的反常突起.这表明,上述物理假定适用于中重核中子辐射俘获反应.