平面源模型对就地谱仪角度修正因子影响研究

随着伴生放射性矿开采利用、核技术应用、核工业发展,核与辐射应急准备成为监管和行业部门的一项重要工作。就地谱仪具备快速现场监测能力,成为一种重要应急设备。应急准备工作中,必须对就地谱仪角度修正因子和标准偏差进行校准。采用MCNP模拟计算和试验验证,建立一种就地P型HPGe谱仪探测器模型。依据平面源模型,MCNP模拟计算不同探测器高度、不同角和不同γ能量的相同半径平面源的探测效率,以及模拟计算相同探测器高度、不同角、不同γ能量的不同半径平面源的探测效率,进而分析其角响应因子、角度修正因子和相对标准偏差。研究结果表明,探测器高度1 m、2 m、3 m、4 m情况下,其角响应因子和角度修正因子相对标准偏差小于2.5%;平面源半径3.5 cm、4.0 cm、4.4 cm情况下,其角响应因子和角度修正因子相对标准偏差小于1.7%;其角度修正因子是能量的自然对数的分段函数,在45～120 keV为指数函数,在120～3 000 keV为线性函数。     

就地HPGeγ谱仪校准系数的蒙特卡罗计算

本文采用蒙特卡罗方法和技术，建立了用于环境测量的就地ＨＰＧｅγ谱仪对点源的全能峰探测效率因子和角响应校正因子的ＭＣ计算数学模式，进而利用Ｂｅｃｋ公式，给出了理论计算就地ＨＰＧｅγ谱仪测量土壤中天然和人工放射性核素的比活度校准系数及其地面上１ｍ高处的空气吸收剂量率校准系数的方法。     

就地HPGeγ谱仪校准系数的蒙特卡罗计算(英文)

采用蒙特卡罗(MC)方法和技术,建立了用于环境测量的就地HPGeγ谱仪对点源的全能峰探测效率因子(N_0/φ)和角响应校正因子(N_f/N_0)的MC计算数学模式,进而利用Beck公式,给出了理论计算就地HPGeγ谱仪测量土壤中天然和人工放射性核素的比活度校准系数(N_f/A)及其地面上1m高处的空气吸收剂量率校准系数(N_f/D)的方法。采用自编的MC专用计算软件,计算了两台就地HPGeγ谱仪的(N_0/φ),(N_f/N_0),(N_f/A)的理论值并与它们的实验值进行了比较。在能量129kev～2.62MeV范围内,上述两台就地HPGeγ谱仪,(N_f/A)的计算值与实验值一般在±6％的相对偏差范围内吻合,最大相对偏差小于±9％。     

HPGe γ谱仪体源探测效率与射线能量和体源密度的关系

通过采用蒙特卡罗程序MCNP4B模拟计算出6种不同基质环境样品的探测效率,得出在体源形状、密度相同,能量范围从200～1500keV时,HPGeγ谱仪探测效率基本上不随样品成分而变化;并模拟计算出体源密度范围从0.4～1.8g/cm3,能量范围从200～1500keV的探测效率.按照最小二乘法原理,用一个拟合公式来描述HPGeγ谱仪对体源的探测效率与能量和密度的关系,其复相关系数为0.999818,最大相对残差为1.20%.通过实验验证,得出此拟合公式的正确性.     

蒙特卡罗模拟确定HPGe探测器点源效率函数及参数

在探测器晶体体积一定的情况下,HPGe探测器点源效率主要由γ射线能量、角度和探测距决定。利用极坐标对点源进行空间定位,试验测试了不同角度和探测距条件下137Cs和60Co点源的γ能谱,同时采用MCNP程序模拟计算HPGe探测器不同角度与探测距条件下γ点源效率,并与实验值进行对比和校正。结果表明,探测角度在0-9π/24,γ点源效率模拟值与实验值之间全能峰净计数的相对偏差均在8%以内。最后对γ点源效率模拟值进行多元非线性回归,确定了在特征γ射线能量下,以角度和探测距为因变量的点源效率函数及其参数。     

反符合屏蔽低本底Ge(Li)γ谱仪

本文报道了一台由Ge(Li)主探测器和环形NaI(Tl)反符合探测器组成的高灵敏度γ谱仪的结构、性能和应用。谱仪用交替的物质屏蔽和井形NaI(Tl)反符合屏蔽降低本底。Ge(Li)探测器的体积为78cm~3,对~(60)Co 的1332keVγ射线的分辨率为2.42keV,不加任何屏蔽时峰康比为36.4,相对效率为16%,对~(187)Cs 点源γ射线全能峰的探测效率为1.6%。本谱仪在不加和加反符合屏蔽时,对~(137)Cs 点源的峰康比分别为79和333;康普顿区积分抑制因子为3.67,康普顿端抑制因子为5.2;在50—2700keV 能量范围内,本底抑制因子为3.2。在物质屏蔽和反符合屏蔽条件下,在上面的能量范围内,谱仪本底为24cpm。对~(137)Cs 点源,当测量时间为1000min、置信水平为95%时,谱仪的最小探测限(判断限)为2.2×10~(-2)Bq(0.59pCi)。本谱仪主要用于分析测量环境样品和其他低水平放射性样品中发射γ射线的核素的含量。     

就地计数系统小推车车体屏蔽修正

介绍了应用152Eu面源对就地计数系统(ISOCS)小推车车体屏蔽修正的实验方法和计算方法。BE5030型HPGe探测器配带50mm-90°、50mm-30°或50mm-180°铅准直器，端面向下，垂直地面测量，探测器距地面58.2cm。得到了该测量条件下关注能量γ射线的小推车屏蔽修正因子。并通过最小二乘拟合得到屏蔽因子与γ射线能量的关系式，用以内插获得122～1408keV范围内任意γ射线的小推车车体屏蔽修正因子。     

HPGe探测器点源效率与其空间位置的函数关系

本文采用蒙特卡罗(MCNP)模拟与实验相结合的方法,计算了HPGe探测器(美国Ortec公司产品,相对效率40%,对1332keV的分辨率为1.8keV)对空间不同位置、不同能量点源的探测效率,对Masayasu等[1]提出的点源径向表达式作了修正,改进了与实验值(或MC模拟值)的一致性;给出了HPGe探测器效率随点源位置变化的解析表达式;证明了应用MCNP模拟方法确定探测器对于点源的探测效率函数的可靠性和实用性,也有助于对体源效率的测量和计算。     

一种用于Hp(3)测量的电离室性能评价

人眼晶体易受辐照损伤,为直接测量人眼晶体的个人剂量当量Hp(3),通过自研的一种人体头颅模型,在眼球部位嵌入球形电离室,开展辐射环境中Hp(3)的准确性评价。首先在GB/T 12162.1标准中规定的S-Cs辐射质条件下对该仪器进行校准,再利用该校准因子在不同能量和入射角条件下测量,获得相应的能量和入射角修正因子k(E,α),同时对其本底电流和极化效应进行测量,最后探讨该电离室测量值准确性的影响因素。结果表明,Hp(3)电离室的校准因子NH=1.19 μSv/pC;在未进行能量和入射角修正情况下,测得其在33 keV~1.25 MeV能量范围内响应相对误差为-0.9%~12.6%,-60°~60°入射角范围内的响应相对误差为-7.9%~0%。通过不确定度评定,得到其校准因子的相对扩展不确定度为5.6%（k=2）;能量和入射角已知、未知时,Hp(3)测量值的相对扩展不确定度分别为9.4%（k=2）和18%（k=2）。对于能量和入射角未知情况下的辐射场,在不确定度范围内可直接利用该电离室测量得到辐射场的Hp(3)。本研究可为眼晶体个人剂量当量的准确测量提供参考。     

核设施退役γ源项现场测量技术研究(英文)

非破坏性分析技术(NDA)是核设施退役特性调查中的重要技术之一。就地γ谱仪是一类可专门用于核设施建筑物和现场清污测量、放射性污染源项调查的NDA装置,其探测器必须进行合适的校准。报告给出一种新的用于核设施退役中放射性非破坏性测量的就地HPGeγ谱仪探测器的校准技术,即蒙特卡罗方法模拟计算校准技术。采用校准了的一台就地HPGeγ谱仪对中国原子能科学研究院的核设施/实验室的不锈钢管和不锈钢罐进行了现场就地测量分析,同时取样进行实验室样品分析;还对核工业航测遥感中心的大体积辐射模型(铀、镭、钍)进行了就地测量分析。就地测量结果与实验室样品分析结果及大体积辐射模型标称值的相对偏差小于±45.0%。     

环境电离模型辐射体源放射性核素活度浓度的HPGe γ谱仪就地测定

本工作建立了由圆柱型环境电离模型辐射体源发射的γ光子进入HPGe γ谱仪晶体发生相互作用以及γ光子能量沉积的物理数学模型,自编了蒙特卡罗(MC)模拟软件GED8.FOR;模拟计算了一台便携式就地HPGe γ谱仪(54.8 mm×57.9 mm,ε=30.3%,FWHM=1.71 keV)就地测量模型辐射体源内放射性核素活度浓度的校准因子.利用该谱仪对核工业放射性勘查计量站的圆柱型环境电离模型辐射体源内放射性核素活度浓度进行了就地测量分析,分别测得10个模型辐射体源内放射性核素(238U、226Ra、232Th和40K)的活度浓度值,并与上述模型辐射体源的取样分析结果进行比较.对各模型辐射体源内的主导放射性核素(即所掺矿粉且含量较高的核素)而言,两种方法的结果在±6.2%的偏差范围内吻合;对于非主导放射性核素偏差较大的原因进行了分析.     

HP(10)次级标准电离室几个重要性能测量及模拟计算

介绍了T34035型H_p(10)次级标准电离室的结构和技术特性,实验测量了H_p(10)次级标准电离室的校准系数N_H和修正因子k(R,α),并评定给出校准系数N_H的相对扩展不确定度为4.6%(k=2),修正因子k(R,α)的相对扩展不确定度为6.0%(k=2)。在辐射质入射角≤75 °时,12～1 250 keV范围内能量响应好于±20%;个人剂量当量率非线性在100 μSv/h～3 Sv/h范围内好于±3%。采用 MCNP5模拟计算了该电离室对部分窄谱N系列和低空气比释动能L系列的k(R,α)值,结果表明计算值与实验测量值之间的相对误差在±6%范围内。说明该电离室性能满足次级标准电离室要求,可以直接用于H_p(10)量值的传递。     

MCNP模拟HP-Ge探测器效率刻度曲线

利用MCNP模拟得到了某型HP-Ge探测器对一系列不同能量γ射线的响应能谱,根据响应能谱得到了相应的全能峰探测效率,在此基础上对探测器效率刻度曲线进行了模拟,可为HP-Ge探测器的设计和使用提供参考和依据。模拟结果表明:探测器对低能γ射线(60~300 keV)探测效率较高,随着能量的增加其效率逐渐减小;对能量在160 keV~1.8 MeV范围的γ射线,探测器效率与射线能量在双对数坐标中的关系为一条直线。     

基于MCNP对γ辐射积累因子不同影响因素的研究

通过蒙特卡罗程序来模拟计算γ辐射积累因子,以找出不同条件下积累因子受各因素的影响,为屏蔽研究提供一定的数据参考。就γ辐射积累因子的影响因素:γ光子能量,源的几何尺寸,辐射角和屏蔽层厚度,通过MCNP程序进行了模拟计算。初步结论为:轻元素和中等元素构成的介质在厚度一定的情况下,积累因子随着γ光子初始能量的减小而增大;相对于轻材料,重材料的积累因子较小;随着源的线度增大而增大;随着准直角进一步增大而增大,源的各向同性程度增高会导致积累因子增加;随着源与探测器之间介质厚度的增加,积累因子增大,对于高能辐射源和具有中偏低原子序数Z的元素,积累因子增长速率接近于线性。     

环境样品γ射线自吸收修正因子与样品质量的相关性

本文探讨高纯锗（HPGe)γ谱测量环境样品时γ射线自吸收修正因子与样品质量之间的相关性。采用装于相同规格样品盒的8个不同质量的环境样品（海洋沉积物）和1个标准源基质材料（290g)，将一块发射多个γ射线的标准点源（152Eu 137Cs)放置在准直器上，用HPGeγ谱仪对不同能量γ射线测量8种不同质量的样品相对于标准源基质材料的自吸收修正因子F。将自吸收修正因子F与样品质量m进行回归分析，得到F－m直线回归方程，用此方法得到的修正因子对测量的IAEA标准参考物质样品的活度进行修正，得到令人满意的结果。     

利用角关联计算符合相加修正因子

提供了一种理论计算符合相加修正因子的方法。根据级联衰变的两个γ光子之间角度服从某一分布，利用蒙卡罗随机模拟方法，理论计算＾６０Ｃｏ点源离探测器为某一高度时各γ光子的符合相加修正因子。结果表明，符合相加修正因子随高度的增加而减小。     

HPGe γ谱仪点源探测效率计算的蒙特卡罗方法研究

在CT扫描精确获得HPGe探测器结构尺寸的基础上,用MCNP4C蒙特卡罗程序建立了HPGeγ谱仪计算点源的物理模型;通过对探测器死层尺寸的精确校正,确定了探测器死层厚度为0.38cm;以点源物理模型和探测器死层校正尺寸为基础,分别计算了60Co、133Ba、137Cs、241Am和152Eu标准点源各能量分支的探测效率,并与实验结果比较,计算在59.54~1 408.01 ke V能量范围内探测效率的最大相对偏差为2.39%,最小相对偏差为0.13%。     

慢化探测器径向的微分响应

对慢化探测器的微分响应进行了实验测定,结果表明,当中子能量在热能—144keV 之间,几种典型慢化探测器微分响应的实验值η,可用η=(?)来拟合,此处γ为慢化探测器的半径,P 为“碰撞距离”(中子束至探测器中心的距离)。附录给出了按此响应函数导出的响应修正因子,用以将准直束响应换算为宽平行束响应。     

航空伽玛谱仪校准因子的计算研究

为了确定不同高度飞行时航空伽玛谱仪对大面积伽玛源的校准因子,采用蒙特卡罗方法模拟了航测模型源和无限大地面源在机载NaI探测器上的计数响应过程,给出了标定高度1m处的计数响应能谱,得到了不同高度飞行测量时谱仪对地面无限大137Cs源的校准因子,计算结果和实验标定结果符合较好.     

LaBr_3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究

近年来一种采用LaBr3:Ce晶体的闪烁探测器被研发出来,这种新型探测器比NaI(Tl)探测器具有更高的能量分辨率,在662 keV大约为3%。利用蒙特卡罗通用程序MCNP4C分别模拟计算了LaBr3:Ce晶体和NaI(Tl)晶体的γ能谱,模拟能谱与相应的实验测量能谱符合很好。研究还发现晶体尺寸大小对能量分辨率没有影响,能量分辨率不随晶体体积的增加而提高。同样晶体尺寸下通过模拟探测不同入射能量γ射线的峰总比R(E)计算值与NaI(Tl)晶体的模拟值和实验值比较发现,LaBr3:Ce晶体对中高能量γ射线的探测效率较高,而在较低能量时探测效率低于NaI(Tl)晶体。