分层γ扫描技术中HPGe探测器几何因子加权刻度方法

分层扫描(SGS)测量分析是一种无损检测技术,是桶装核废物定性、定量分析的重要手段。实际分析过程中,随着放射性核素所在的位置变化,对应每层不同的位置HPGe探测器的探测效率也随之变化,导致对样品不同位置需分别进行效率刻度。本工作用均匀聚乙烯样品填充废物桶,采用SGS装置的测量方法估计放射核素活度。将放射性点源置于桶内,按距离桶的中心距离依均匀分布规律选取7个点,分别对其进行效率刻度。并建立SGS 测量系统几何模型,通过两种方法将1~7号位置的几何因子对探测效率计算结果进行加权平均,后给出每层的探测效率标准值,此标准值可充分估计每层不同位置对核素的探测效率。结果表明:在测量和计算误差存在的条件下,可以快速准确估计出放射性废物桶内不同位置的核素放射性活度,提高检测精度。     

8~Be(g·s)核探测效率研究

将蒙特卡罗模拟用于四种常用的~8Be核探测系统的效率计算,得到了有效立体角的能量响应,探测效率的空间分布等结果.蒙特卡罗计算与分布函数积分法计算结果之间符合很好.通过与国外公开发表的相应数据的比较,以及不同几何条件下测量的相对产额对计算做了检验.     

8Be(g﹒s)核探测效率研究

将蒙特卡罗模拟用于四种常用的⁸Be核探测系统的效率计算, 得到了有效立体角的能量响应, 探测效率的空间分布等结果. 蒙特卡罗计算与分布函数积分法计算结果之间符合很好. 通过与国外公开发表的相应数据的比较, 以及不同几何条件下测量的相对产额对计算做了检验.     

高纯锗探测器探测效率修正法的研究

探测效率是高纯锗探测器的一个重要指标，实际工作中面对的测试对象经常是一些不规则的辐射体，使得用标准源刻度探测效率难以实现，为此通过理论方法研究刻度体源探测效率有着重要意义。但是理论模拟面对着模型刻画准确性的问题，为此，该项研究针对实验室的两台便携式高纯锗γ谱仪开展了理论计算的验证工作，通过两种方法作为验证基准，即：实验和基准程序计算。针对计算产生的偏差，探索了影响效率差异的各种因素，推导了修正公式，并对修正公式的有效性和适应性进行验证。修正后的理论结果与基准的比较见图1和图2。     

积分中值定理在放射性氙样品γ谱效率刻度技术中的应用

在实验室HPGe探测器测量分析氙气样品过程中需要用到相对方法进行分析, 然而由于放射性氙同位素半衰期较短, 制作相应的标准气体比较难, 给谱仪系统刻度带来困难.针对该问题, 提出使用混合面源模拟刻度四种氙同位素气体源的效率, 并提出将积分中值定理应用到面源刻度实验过程, 大大简化了中间流程, 提高了测量的准确性.利用氙分离纯化系统在高氡环境下采集样品, 获得了天然放射性¹³³Xe气体γ谱, 通过计算得到其活度浓度. 积分中值位置处的混合面源刻度结果和气体源刻度结果一致, 说明本文提出的面源刻度技术及积分中值定理的思想在HPGe 探测器效率刻度测量分析中是有效可行的. 关键词： 面源 无源效率刻度软件 效率刻度     

PIPS-α谱仪探测效率蒙特卡罗模拟及其影响因素

在放射源能谱测量过程中,PIPS-谱仪探测效率的影响因素有几何因子、空气层吸收、死层吸收、本征探测效率等,为了更精确地计算放射源的活度,分析母体核素种类和浓度,探究各因素对探测效率的影响具有重要意义。使用蒙特卡罗软件模拟不同探源距、真空度下的放射源的能谱测量;使用SRIM模拟5 MeV 粒子在空气和死层中的射程及分布;使用PIPS-谱仪测量241Am,238Pu,239Pu三种标准源的实际能谱;根据实验与模拟的结果对各个因素对探测效率的影响进行分析,并计算得到谱仪对不同放射源的本征探测效率。结果表明:在PIPS-谱仪的能谱测量过程中,影响谱仪探测效率的主要因素是几何因子和本征探测效率,空气层和死层对粒子的吸收可以忽略不计;谱仪对241Am,238Pu,239Pu三种标准源的本征探测效率分别为64.84%,49.95%,51.55%。     

便携式食品放射性检测仪的研制及测试

设计了一种便携式食品放射性检测仪,主要包括测量结构、核信号处理单元和能谱分析程序。核信号处理单元主要包括抗混叠低通滤波器、程控增益放大器、高速A/D采样、数字低通滤波、梯形成形、脉冲幅度甄别和能谱获取等。能谱分析程序主要包括能谱光滑、能谱寻峰、能量刻度、本底扣除以及活度计算等。最后,以测量131I核素为例,研究了仪器对不同体积样品的探测效率、刻度系数和最低可探测活度,并根据刻度系数对300 mL食品样品的放射性测量结果进行校正。结果表明,仪器对常见食品中131I的放射性活度检测结果误差小于10%,满足食品放射性测量需求。     

~(133)Ba面源效率转移法刻度~(133)Xe气体源HPGe探测效率

提出使用面源进行效率转移法刻度133 Xe气体体源的探测效率。使用133 Ba面源模拟刻度放射性133 Xe气体体源的探测效率,在刻度的过程中利用137 Cs与133Ba的峰效率比值及133 Ba面源远端无符合相加效应,137 Cs能峰远近都无符合相加效应等,结合软件模拟建立远近距离峰效率比值的关系,来解决133 Ba的符合相加效应。最后,使用面源效率转移法进行气体体源效率刻度,转移法刻度结果和面源模拟法刻度计算值的偏差在±1%以内。     

XH-3130A在线液体γ监测仪探测效率MC模拟

为了研究改造后的XH-3130A在线液体伽马监测仪对核电站某管道一次水放射性核素的探测效率及探测限的影响因素,利用MCNP5程序计算了改造前后XH-3130A伽马监测仪对管道放射性源项伽马能量在0.08~1.5 MeV范围全谱区及特征峰区活度浓度探测效率。针对放射性管道中单一核素Cs-137,计算结果与液体放射性源标定计数刻度实验数据符合较好。并分析了不同源项伽马能量及探头布置等因素对活度浓度探测效率大小影响差异。模拟结果表明,改造后的XH-3130A在线液体伽马监测仪不再影响原有测量管道整体性且最低探测限为1.35103 Bq/m3,可以满足工程技术要求。     

基于MCPT解法器库的专用辐射探测模拟软件研发与应用北大核心CSCD

甲状腺内^(131)I放射性活度与辐射探测结果的比例关系与甲状腺几何尺寸、探测距离等因素相关,是估算甲状腺内^(131)I含量与其可能造成的辐照损伤的关键参数。基于MCPT辐射输运数值模拟算法器库开发了用于开展NaI探测器伽马辐射测量模拟的应用程序,进而建立了多组具有不同容积的甲状腺型容器和不同探测距离的物理模型,最终通过蒙特卡罗数值计算得到了不同测量状态下探测器的探测效率。在甲状腺型容器与探测器距离较远时,数值模拟给出的结果与理论计算结果一致,证明此应用程序可用于定量分析NaI的探测效率。数值模拟结果表明,小距离模型的结果受甲状腺样容器的大小和距离的显著影响,模拟给出的探测效率表为开展深入细致的实验研究奠定了基础。     

NaI(Tl)探测器对23.8MeV γ射线的效率刻度方法

低能D(d,γ)~4He辐射俘获反应截面的研究在聚变领域和天体物理等领域中起到非常重要的作用。由于受到标准γ源能量的制约,在研究D(d,γ)~4He反应产生的23.8 MeV高能γ射线产额实验过程中不能用标准源进行效率刻度。采用实验测量与计算相结合的方法实现NaI(Tl)探测器对23.8 MeVγ射线的效率刻度是比较成熟可靠的。针对高能γ射线的产额低、本底大的情况,实验采用一个大型NaI(Tl)反康谱仪进行测量,以提高探测效率。NaI(Tl)探测器的效率,独特地采用了包括全能峰、单逃逸峰和双逃逸峰在内的效率来计算,经MCNP-4C程序模拟计算,结合实验测量的19F(p,αγ)~(16)O反应产生的6.13 MeVγ射线探测效率推算出该NaI(Tl)探测器在23.8 MeV的效率为(2.23±0.34)‰。该方法对研究高能γ射线效率刻度具有重要的参考价值。     

基于虚拟刻度原理对放射性体源效率刻度方法的发展

采用蒙特卡罗模拟计算的方法,标定能够适用于不同HPGe探测器上的体源虚拟点源位置,需要对点源、体源的探测效率进行模拟计算。通过 241Am、137Cs、60Co点源和体源研究了HPGe晶体尺寸、类型对它们的虚拟点源位置的影响,模拟结果表明241Am虚拟点源位置随着探测器尺寸、类型的不同呈现明显的差异性,说明虚拟刻度原理对于探测器表面的小体积样品测量在低能区间是不可取的,最后采用 137Cs、60Co源得出体源高度与虚拟点源位置的半经验公式。通过实验室两台HPGe探测系统对尺寸Φ70 mm×65 mm标准土壤体源的探测效率进行计算,与模拟探测效率值、虚拟点源效率表征结果对比分析,验证了拟合一组表征虚拟点源位置的半经验公式是可行的。实验结果表明,对$\gamma $能量区间在300~2 000 keV进行体源的虚拟刻度时,选择可靠的定标源即可建立体源和虚拟点源位置的关系。这为解决监测工作中样品与探测器之间重复进行探测效率校准的问题提供了新的途径。     

罐装钚材料同位素丰度和年龄的测量

用被动探测的方法，在尽量短的时间内，准确探测密封在容器罐中的钚材料的特征属性，譬如同位素丰度、钚材料的年龄等，是核材料控制的一个重要技术手段。用高分辨γ谱仪在钚材料密封容器罐外一定距离处进行一定时间的测量，可以获得高分辨的γ射线能谱，如何从这些能谱中求解出钚材料同位素丰度和年龄是主要的研究内容。相对效率法利用测量对象的能谱信息作自身效率刻度，而不需要使用标准源来进行探测效率的刻度；在相对效率曲线上，绝对探测效率之比等于相对探测效率之比。因此，只要从能谱中求解出任意两个核素不同能量的特征峰峰面积，就可以求出这两种核素的核子比。     

γ分布与特征峰绝对探测效率关系的Monte-Carlo模拟

用γ谱法评估放射性物质的量时，必须获得相应的探测效率。当测量比较复杂体系中的放射性物质的量时，被测对象的材料密度、材料组分以及源分布状态的差异使得用标准源刻度法是非常困难的。因此，无标定量分析方法具有更适用的价值。该方法的理论基础是光子的输运理论，而解决光子输运问题最好的方法是蒙特卡洛(Monte-Carlo，简称MC)模拟方法。MC法能够逼真地描述真实的物理过程、在解决光子的输运问题时具有无可比拟的优点。为此，用MC方法来模拟γ源分布与特征峰绝对效率的关系具有重要的意义。对假定长方体内的点源、线源、面源和体源，以几种形式稀疏分布(均匀、抛物)，模拟计算了相应条件的特征射线的绝对探测效率，并讨论了模拟计算绝对探测效率与能量、吸收体厚度、源分布和探测几何位置等关系。模拟计算程序结构见图1。     

基于虚拟点探测器的虚拟点源效率刻度技术

主要针对尺寸为?75 mm×25 mm的241Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究,通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现,使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源,其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器,通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置,再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置,最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此,该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置,是一种全新的刻度方法,已达到实际应用的程度,可以大面积推广应用该技术成果。     

基于Geant4的α粒子能谱模拟研究及软件设计实现

为进一步发展基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术,利用PyQt5设计一款调用蒙特卡罗模拟程序包Geant4进行α粒子能谱模拟研究的软件。一方面,建立了测量α粒子的钝化离子注入平面硅探测器（Passivated Implanted Planar Silicon）物理模型,根据实际α粒子测量条件对模拟的物理过程、模型材料及粒子源几何形状、成分等参数进行校正,结合PyQt5界面开发平台将粒子源参数、探测器参数修改等功能可视化。在多个探源距和不同真空压强条件下进行模拟实验,得到该模型的探测效率,并将获取的能量沉积成谱后,通过EMG-Landau响应函数模型展宽。另一方面,为验证该探测器模型的准确性,将模拟结果与实测结果的探测效率进行对比,实验结果表明,两者探测效率误差均在5%之内,且EMG-Landau响应函数模型展宽效果良好。本文研究结果验证了该Geant4模拟软件在α粒子能谱研究方面的可靠性,该软件可直观修改α粒子能谱测量条件,简化了模拟步骤,提高了模拟效率,为基于蒙特卡罗模拟方法的α粒子能谱探测参数优化技术提供了有力工具。     

基于蒙特卡罗的HPGe伽马谱仪无源效率刻度方法

采用MCNP5模拟与数学计算相结合,并利用探测器晶体几何的轴对称性,建立一种HPGe探测器的无源效率刻度方法。基于此方法的计算程序在使用过程中完全脱离MCNP5,运算时间为1~60 s,可实现点源和同轴圆柱体源的效率刻度,能量范围为50 keV~3 MeV。程序计算结果与实验数据以及MCNP5直接模拟结果比较,误差分别不超过12%和7%,证明方法可行。     

大面积闪烁体探测器的中子探测效率刻度

介绍了一种利用同位素中子源(²⁴¹Am⁹Be)通过γn符合的中子飞行时间法对大面积探测器的中子探测效率进行刻度的方法,并用蒙特卡罗方法对该探测器的探测效率进行了模拟.实验与模拟结果基本一致.     

闪烁探测器Nal(TI)对γ射线的光峰效率刻度

在辐射的探测与测量中,精确的效率刻度是绝对强度测量必不可少的步骤。本工作是为研究磁约束聚变装置(托卡马克)在放电过程中的逃逸电子成分及硬X射线绝对辐射强度而作的实验准备工作。     

井型高纯锗探测器体源样品无源效率刻度

采用蒙特卡罗程序MCNP建立物理模型,对井型高纯锗探测器的效率进行虚拟刻度。模拟计算在密度为0.4,1.2 gcm-3的6种不同成分环境样品中,探测器对射线的探测效率,当能量高于0.10 MeV时,体源样品的探测效率主要与样品密度、射线能量相关。以土壤、水和植物油样品为代表,结合所选取的函数模型,确定了密度范围0.1~1.6 gcm-3的固体源、密度1.0 gcm-3的水溶液和密度0.92 gcm-3的油溶液体源的效率函数及参数。实验采用标准源,对探测效率模拟结果进行了验证,探测效率的模拟值与实验值符合较好,二者误差均在3%以内。说明MCNP程序可以较为准确地模拟计算井型高纯锗探测器对射线的探测效率,验证了该无源效率刻度方法的准确性和可行性。