点源模型刻度就地谱仪角度修正因子影响研究

对于核与辐射事故应急,就地谱仪现场监测辐射事故污染的程度和范围,利于现场指挥快速科学决策。应急准备的一项重要工作是就地谱仪准确校准角度修正因子及其相对偏差及其海拔高度适宜性。采用MCNP模拟计算和试验校准,建立一种就地P型高纯锗谱仪探测器模型。根据就地谱仪校准角度修正因子的点源模型,理论计算其初级γ射线注量率和MCNP模拟计算探测器高度1 m、2 m、3 m、11种入射角和11种γ能量的点源探测效率,以及500 m、2 261 m、3 650 m海拔高度,探测器高度1 m、11种入射角、3种γ能量的点源探测效率和初级γ射线注量率,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,点源距离大于1 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4.35%;海拔高度500～3 650 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1.2%;其角度修正因子是能量的自然对数的分段函数,在120～3 000 keV为线性函数,在45～120 keV为指数函数。     

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.     

气溶胶滤材样品γ探测效率与测量源尺寸的关系

用22.5cm×45cm的聚丙烯滤材制备了一套含6种单能γ发射体(能量60～1116keV)的直径为30～110mm的八种圆片形测量源,分析其在6种HPGe探测器上的各能量的相对探测效率。实验显示各能量在各探测器上探测效率最高时的源直径在50～60mm之间。分析实验结果还发现:探测器晶体直径增大,测量源最佳直径也趋于增大;相对于高能射线而言,低能射线趋于选择直径稍小但厚一些的圆片测量源,但此趋势对平面型HPGe探测器不如同轴型HPGe探测器显著。用MCNP4B程序模拟计算上述不同尺寸的源在GEM60195-P探测器上分析时各相应能量的探测效率,探测效率最高的源尺寸结果和实验吻合。对同一探测器计算得到:本实验能量范围内,对20cm×25cm和45cm×45cm的滤材,测量源最佳直径分别为40～50mm和50～70mm。滤材面积增大,测量源最佳直径也增大。     

造钚率实验中γ射线自吸收修正研究

造钚率实验研究中需要测量贫化铀活化片发射的277.6 keVγ射线,活化片对此γ射线具有一定自吸收作用,需要对其进行修正。用面源法和体源法开展了自吸收理论的蒙德卡罗模拟计算,结果显示:探测距离为9 cm时,两种方法的偏差小于1.3%。用243Am面源、贫化铀活化片和HPGe探测器开展了277.6 keVγ射线自吸收实验研究,得到了不同厚度贫化铀活化片对277.6 keVγ射线自吸因子,实验结果与理论模拟偏差小于2.5%。     

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.     

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。     

HPGe探测器对环状γ面源探测效率刻度研究

天然铀分解模拟装置中铀的相关反应率是研究混合堆包层设计宏观中子学的重要数据,采用活化法测量相应反应率的过程中必须对环状天然铀箔片的探测效率进行精确刻度。为了研究快速有效刻度HPGe探测器探测效率的方法,利用一系列标准伽马点源测量了轴线上6cm高度位置的点源探测效率曲线,在蒙特卡罗程序MCNP5中调整探测器内部结构参数,同时对HPGe探测器的探测效率进行模拟计算,在计算结果与实验结果能较好拟合的情况下推算探测器的死层厚度、冷指长度和半径等参数的实际尺寸。利用计算的尺寸模拟计算探测器对环状伽马源的探测效率,计算结果与实验结果在较宽能量区域(200~1 400 ke V)内在4%内符合。     

平板高纯锗探测器几何参数修正的解析方法

本文推导了1个用于计算平板高纯锗探测器对点源发射光子的探测效率的数值积分公式,并应用此积分公式进行了高纯锗探测器的几何参数修正。将²⁴¹Am、¹³⁷Cs点源分别置于平板探测器前端的不同距离（1~20 cm）处进行实验测量,以探测效率的实验结果为拟合真值,利用积分公式通过加权最小二乘拟合获得该探测器的几何参数。将修正后的参数应用于MCNP模拟计算,对59.5及661.6 keV光子,在1~20 cm探测距离范围内,探测效率的模拟值与实验值之间的相对偏差<1%。研究表明,此解析方法实现了对探测器几何参数的快速修正,结果准确可靠。     

锗γ谱仪110mAg 657.8 keVγ射线符合相加修正因子与137Cs效率的相关性

本文主要介绍获得HPGe γ谱仪对110mAg 657.8 keV γ射线符合相加修正因子c与137Cs全能峰效率ε的拟合直线回归方程的方法、结果及其验证.用标准110mAg 和标准137Cs水溶液,各分别制成70 mm 10个不同高度(5～55 mm)并保持相同活度的掺标源;根据137Cs γ射线能量与110mAg的657.8 keV十分接近,利用在HPGe γ谱仪表面测量10个110mAg掺标源657.8 keV γ射线的净计数率n和10个137Cs掺标源的探测效率ε的实验数据,计算不同源高度的c和ε,经拟合计算得到c=1.111 7.454ε(R2=0.9915).在与其他方法获得的c的比较和在比对(灰样)测量的应用中均获得较满意的结果;本拟合方程在一定的误差范围内,可以用到其他基质样品和其他HPGe γ谱仪上.     

LaBr_3:Ce探测器对低能γ射线角响应研究

建立以探测器前表面中心和探测器体心为参考原点的两种几何模型,研究了Saint-Gobain Brillan Ce380探测器对~(241)Am、~(133)Ba、~(137)Cs源γ射线在15 cm、25 cm、35 cm处由0~90°范围内入射能量沉积脉冲高度谱,通过源峰探测效率的差异表征角响应的变化。实验结果表明:该探测器对低能γ射线响应随入射角度的增大呈递减趋势,源峰探测效率最大变化约达30%,并随源距离的增加各向异性程度逐渐减弱。此结果可为LaBr_3:Ce探测器检测未知核材料及其剂量水平提供修正参考。     

水中总α、β放射性测量中探测效率等效因子相关性探讨

研究水中总放射性测量探测效率等效因子相关性。通过蒙特卡洛模拟计算和试验测量比较8个不同质量厚度⁴⁰K、²⁴¹Am源探测效率,验证实验测量装置模拟模型。模拟20个不同质量厚度、3个不同半径辐射源的6个α和β核素探测效率,计算其探测效率等效因子,进一步分析不同质量厚度,不同半径辐射源,不同能量的α、β核素探测效率等效因子相对偏差。⁴⁰K作标准源,β核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于1.5%;²⁴¹Am作标准源,α核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于8.05%,当质量厚度等于11.21 mg/cm2,辐射源半径不同引起的探测效率等效因子相对偏差小于3.08%。水中总α、β放射性测量,辐射源半径对α、β探测效率等效因子影响小于10%;日常水中总放射性测量,可以不考虑辐射源半径不同引起的探测效率等效因子修正,其结果能够满足相关标准要求。     

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。     

锗γ谱仪~(110m)Ag657.8 keVγ射线符合相加修正因子与~(137)Cs效率的相关性

本文主要介绍获得HPGeγ谱仪对110mAg 65 7.8keVγ射线符合相加修正因子c与137Cs全能峰效率ε的拟合直线回归方程的方法、结果及其验证。用标准110mAg和标准137Cs水溶液 ,各分别制成70mm 1 0个不同高度 ( 5～ 5 5mm)并保持相同活度的掺标源 ;根据137Csγ射线能量与110mAg的 65 7.8keV十分接近 ,利用在HPGeγ谱仪表面测量 1 0个110mAg掺标源 65 7.8keVγ射线的净计数率n和 1 0个137Cs掺标源的探测效率ε的实验数据 ,计算不同源高度的c和ε,经拟合计算得到c =1 .1 1 1 +7.45 4ε(R2 =0 991 5 )。在与其他方法获得的c的比较和在比对 (灰样 )测量的应用中均获得较满意的结果 ;本拟合方程在一定的误差范围内 ,可以用到其他基质样品和其他HPGeγ谱仪上     

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。     

锗γ谱仪110mAg 657.8 keVγ射线符合相加修正因子与137Cs效率的相关性

本文主要介绍获得HPGe γ谱仪对^110mAg 657．8keV γ射线符合相加修正因子c与^137Cs全能峰效率ε的拟合直线回归方程的方法、结果及其验证。用标准^110mAg和标准^137Cs水溶液,各分别制成φ70mm10个不同高度(5～55mm)并保持相同活度的掺标源;根据^137Cs γ射线能量与^110mAg的657．8keV十分接近,利用在HPGe γ谱仪表面测量10个^110mAg掺标源657．8keV γ射线的净计数率n和10个^137Cs掺标源的探测效率ε的实验数据,计算不同源高度的c和ε,经拟合计算得到c=1．111 7．454ε(R^2=0．9915)。在与其他方法获得的c的比较和在比对(灰样)测量的应用中均获得较满意的结果;本拟合方程在一定的误差范围内,可以用到其他基质样品和其他HPGe γ谱仪上。     

HPGe谱仪效率源自吸收的两种修正函数

采用实验法在59.5keV～1408keV的能区和0.3g/cm3～2.0g/cm3的密度范围内,测定一台HPGe γ谱仪效率的源自吸收修正函数,比较了多项式拟合和S拟合两种形式的源自吸收效率修正函数.结果表明:S拟合优于多项式拟合,利用给出的修正函数可以求得在实验刻度范围内任一源密度及γ能量的全能峰探测效率.     

^238U裂变电离室修正因子及探测响应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗(MC)粒子输运程序MCNPX分别计算了用238U裂变电离室测量由加速器产生的14.8 MeV和25.5 MeV准单能中子注量率以及将其推广应用于测量散裂中子源和宇宙中子源的中子注量率时,由电离室结构、电离室气体、空气等引起的对探测器裂变计数率的修正因子,并给出了探测器在各种情况下的探测响应.为解决蒙特卡罗模拟中探测片太薄、统计误差过大的问题,计算中采用了Dxtran球和强迫碰撞两种方差减少技巧,以降低统计误差、提高计算效率.对于源中子谱覆盖范围较宽、抽样效率低的情况,采用了高能和低能两部分能谱分别计算的方法,以提高计算效率.将模拟计算得到的修正因子应用于探测响应的理论公式,得到相应的探测响应,并与MC模拟计算直接得到的探测响应进行了比较,对模拟计算进行自洽性验证.利用伴随α粒子测量装置和电离室同时测量14.8 MeV准单能中子注量率,得出238U裂变电离室对串列加速器上14.8 MeV准单能中子场的探测响应,与MC模拟计算结果进行比较,对模拟计算进行实验验证.     

涂硼正比计数管慢化体对中子探测效率影响研究

涂硼正比计数管是一种常用的反应堆源量程探测器,对热中子测量有很高的探测效率,对于快中子反应堆则需要增加合适的慢化体,提高中子探测效率。本文利用蒙特卡罗程序MCNP,模拟计算涂硼正比计数管在不同慢化体厚度的情况下,对各能量单能中子的相对探测效率和绝对探测效率,得到在不同慢化体厚度下,计数管的相对探测效率和绝对探测效率与中子能量的关系。最后针对快中子反应堆的典型中子能谱,模拟计算涂硼正比计数管在不同的慢化体设计时的探测效率,得出了一种优化的慢化体设计方案,对快中子反应堆核测量系统设计具有一定指导意义。     

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。