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。     

核废物桶分层γ扫描点源衰减校正方法北大核心CSCD

采用Matlab数据拟合方法及数值计算方法给出校正后的衰减距离。通过Monte-Carlo模拟密度为1.0 g/cm3的聚乙烯材料均匀填充的放射性废物桶,在7个不同的旋转圆周上每隔30°模拟一次探测器计数,得到137Cs点源在桶内7个不同旋转半径上旋转一周的探测器计数,以贡献率较大的部分区域计算给出校正后的平均衰减距离。实验结果显示,通过此方法得到的活度相对误差在0.6%~25.2%之间,相对于传统以桶半径为固定衰减距离计算的结果(相对误差11.8%~209.9%),误差得到明显降低。说明此方法对提高核废物桶中点源活度估计的准确度是有效的。     

基于蒙卡模拟的分段γ扫描无源效率刻度方法

针对200 L核废物桶分段γ扫描(SGS)过程中的效率刻度问题,提出了一种效率刻度函数模型,采用MCNP程序计算不同基质密度和γ射线能量条件下的离散断层效率,经过多元非线性回归获取函数参数,从而建立效率刻度函数,实现核废物桶SGS断层效率刻度。对核废物桶样品进行实验分析,结果表明:对于桶内基质分别为密度0.310 g·cm^-3的硅酸铝、密度0.595 g·cm^-3的木质纤维,桶内核素分别为活度3.110×10^5 Bq的点源137Cs、活度1.371×10^5 Bq的点源60Co,在桶内仅有单个点源存在的核素分布极端不均匀情况下,桶内核素活度重建误差在-37.68%~31.52%范围内。本文的方法能够准确有效实现核废物桶SGS断层效率矩阵计算,并确定核废物桶内放射性核素活度,满足实际检测要求。     

一种分段式γ扫描系统探测效率响应函数的数值计算方法

基于SGS探测系统中放射性核废物桶、准直器及HPGe探测器的空间几何分布建立数学模型。对低、中放射性核废物桶中点源137Cs的探测效率响应函数进行了数值公式推导，然后利用蒙特卡罗工具包MCNP模拟计算了相应的效率函数。将这两种方法模拟的结果进行了对比分析发现:数值计算方法的数据普遍高于MCNP模拟的数据，最大相对误差达143.26%，误差平均值为37.15%。对数值计算方法进行修正后，最大值相对误差为17.22%，平均值为4.54%。在误差范围内，可以认为该修正方法有效。     

低本底α/β仪测量饮用水中总 α放射性活度的实验室质量控制

总α放射性活度检测可避免繁琐的低水平放射性核素鉴定,是饮用水放射性水平的初筛监测手段之一。近年调查显示：我国饮用水总α放射性活度稳定保持在较低水平。低水平的α放射性活度检测需要高质量实验室质量控制,以保证检测结果的准确度。实验采用低本底α/β仪,以α闪烁体为探测器,吸收样品核辐射α粒子能量,使有机闪烁体分子ZnS(Ag)发射荧光,通过统计单位时间内的闪烁体发射荧光数目正比于核衰变数目,由此感应有效厚度样品层辐射的α粒子计数信号,对饮用水中总α放射性活度浓度检测。首先,实验以表面α粒子发射率为2～20粒子数/s(2π 方向)的电镀源测定本底α计数效率(CPS)。然后,在最优化的本底值、工作源效率、串道率等参数条件下,运用标准曲线法测定标准源α计数效率(ε)。最后,结合CPS和ε代值计算质控样总α体积活度、计数平均值(或总体积活度平均值)和标准偏差s,并以±s为上辅助线(upper auxiliary limit, UAL)和下辅助线(lower auxiliary limit, LAL),以±2s为上警告线(upper warning limit, UWL)和下警告线(lower warning limit, LWL),以±3s为上控制线(upper control limit, UCL)和下控制线(lower control limit, LCL),绘制本底α计数、标准源α计数和质控水样总α体积活度的均数质量控制图,以考察CPS和ε对质控水样总α体积活度测量质量控制的影响。数据结果显示,以电镀239Pu为工作源,以241Am为标准源,样品放置时间24 h,测量时间60 min,铺样厚度4 mg·cm-2时,本底α计数率CPS=0.000 37 s-1,工作源探测效率η=94.35%,α→β串道率Fα=0.41%,标准源计数效率ε=7.25%(Y=1.323X-5.285,R2=0.991 5)。统计结果显示：40份空盘本底α计数的受控范围为-1.61~5.82,33个点落在UAL与LAL范围内,2个点落在UWL与UAL范围内,3个点落在LWL与LAL范围内,2个点落在UWL与UCL之间,本底测量受控良好;24份标准源α计数的受控范围523.7~644.3,14个点落在UAL与LAL范围内,5个点落在UWL与UAL范围内,5个点落在LWL与LAL范围内,标准源测量受控良好;20份质控水样总α体积活度受控范围为0.007 91~0.057 86 Bq·L-1,11个点在UAL与LAL范围内,5个点在UWL与UAL范围内,3 个点在LWL与LAL范围内,1个点在LWL与LCL之间,质控水样测量实验室质量控制良好。因此,以α闪烁探测器对低水平α放射性计数测量时,控制α本底计数和标准源计数效率,这两个α统计计数中的主要不确定度来源,可以实现水样中总α放射性活度检测的有效实验室质量控制。     

不同射线能量及线衰减系数条件下体源探测效率的函数模型

基于放射性废物桶内所含介质材料和放射性核素分段均匀分布的假设, 采用蒙特卡罗程序模拟计算多种射线能量、多种样品密度条件下的线衰减系数和体源探测效率, 通过多元非线性拟合得到以线衰减系数和能量为自变量的体源探测效率函数。基于壳源法, 通过多个点源组合测试近似替代均匀体源的实验测量, 对3种能量射线和3种密度的样品进行验证实验, 利用蒙卡模拟与数值拟合结合方法和实验测量两种方式获得各自的体源探测效率, 完成活度估算。两种方式活度估算结果相对误差均小于23%。通过蒙卡模拟与数值拟合结合方法所得结果与实验结果基本吻合, 证明了该方法的有效性。     

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。     

低能质子束产生感生放射性的蒙特卡罗模拟

质子束轰击探测器产生的感生放射性核素,将使探测器成为一个典型的外照射辐射源,针对感生放射性核素种类、活度的计算有利于辐射防护工作的开展。使用FLUKA蒙特卡罗程序,研究了低能质子束（20 MeV以内）轰击三种探头材料（铜、钽、钨）产生的感生放射性问题,得到探头材料在一定照射时间下的放射性核素活度及指定冷却时间后的剂量水平。研究结果表明,质子束轰击铜探头产生感生放射性的能量阈值最低（4~5 MeV）,而钨、钽探头与质子束产生感生放射性的能量阈值较高。相同照射时间下的钨、钽探头产生感生放射性总活度远低于铜探头,在冷却1 h后其放射性总活度降至最低。     

斜光束对校正滤色器校正精度的影响

当用测色仪器按照国际照明委员会规定的条件测量物体颜色时 ,若样品与探测器之间的距离不够大 ,则斜光束会透过校正滤色器而被探测器接收 ,这时对应探测器某点校正滤色器的当量透射比可以用修正计算式求得。以“Y”校正滤色器为例 ,从计算结果和实验说明了斜光束对校正滤色器透射比的影响。     

光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因;介绍多项式校正原理,并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程;采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正,校正后残余误差分别为2.5pixel和1.2pixel。实验结果表明,多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。     

暗物质寻找实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中, 采用了CsI(Tl)晶体反符合探测器作为主动屏蔽体. 本工作对CsI(Tl)晶体反符合探测器的实验性能进行了研究. 通过FADC系统记录的脉冲波形数据, 研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力; 研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数; 为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响, 利用低本底HPGe探测器对CsI(Tl)晶体内部的放射性进行了测量, 得到晶体内部Cs同位素的放射性活度. 探测器系统进行了约18d的试运行取数. 实验数据表明, CsI(Tl)晶体探测器的反符合效率约为31% HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd. 为了进行暗物质探测研究, 需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

暗物质寻找实验中CsI（T1）晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中,采用了CsI（T1）晶体反符合探测器作为主动屏蔽体.本工作对CsI（T1）晶体反符合探测器的实验性能进行了研究.通过FADC系统记录的脉冲波形数据,研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力;研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数;为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响,利用低本底HPGe探测器对CsI（T1）晶体内部的放射性进行了测量,得到晶体内部Cs同位素的放射性活度.探测器系统进行了约18d的试运行取数.实验数据表明,CsI（T1）晶体探测器的反符合效率约为31%,HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd.为了进行暗物质探测研究,需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

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。     

四象限探测器光斑尺寸测量方法的研究

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。     

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     

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。     

基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计

本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI （Tl）环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI （Tl）主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。     

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。     

低能质子回旋加速器内部束流测量探头的感生放射性

 为满足回旋加速器内部束流测量探头产生低放射性的要求,通过理论分析和蒙特卡罗模拟方法,研究了11 MeV,50 μA质子束轰击铜探头产生的感生放射性,得到各种感生放射性核素的饱和放射性活度,并对结果进行了比较。分析结果表明,采用软件FLUKA进行蒙特卡罗模拟,核反应考虑完全,可同时计算不同照射时间下的直接和间接感生放射性,计算结果准确。应用该方法,质子束轰击不同测量探头产生的感生放射性可以得到详细和准确的分析和预测。     

血液中Na活化放射性测量的蒙特卡罗模拟

针对超临界事故中人体受到中子辐照后感生的24Na活度测量,采用MCNP软件建立蒙特卡罗模拟模型,分别模拟不同类型NaI探测器对24Na衰变的两条射线全能峰的探测效率和塑料闪烁体探测器对24Na衰变的射线总计数的探测器效率。模拟结果表明:井型NaI探测器与圆柱型相比,24Na衰变的1.38 MeV和2.76 MeV 射线全能峰探测效率分别提高了4.30倍和4.11倍;塑料闪烁体探测器对24Na衰变的射线的探测效率是NaI探测器对24Na 射线的探测效率的1.72倍;同时粗略计算了探测器计数与人体所受中子辐照剂量之间的关系。