像素CdZnTe探测器的研制

介绍了研究的像素CdZnTe探测器的研发情况,包括探测器的制作和性能检测.4×4面阵CdZnTe的尺寸为11 mm×11 mm×6.3 mm,像素为2 mm×2mm.性能最好的一个像素对137Cs 662keV伽玛射线的能量分辨率达到了1.4%,在加保护环并进行各像素峰位归一修正后,整个CdZnTe探测器对 137Cs 662keVγ射线的能量分辨率为2.08%.     

γ射线康普顿散射的能谱研究

利用10 mCi的137Cs放射源发出的662 keV的γ射线,开展了与铝棒材料的康普顿散射实验。在20°～120°散射角度范围,用NaI(Tl)闪烁能谱仪直接测量获得了散射射线的能谱。简要介绍了实验原理和装置,给出了与实验系统配套的探测效率、峰总比等数据,深入讨论了散射射线能谱的特征,获得了散射能量、散射截面与散射角度的关系,并与理论值进行了比较,验证了康普顿散射理论。最后评述了该种康普顿散射能谱测量的方法。     

半球型CdZnTe核辐射探测器的制备与性能

CdZnTe半导体核辐射探测器具有较高的探测效率和较好的能量分辨率,可方便地应用于X、γ射线的探测,在环境监测、工业无损检测等领域具有很好的应用前景.CdZnTe探测器有多种电极结构,其中半球型结构在国内鲜有研究.该工作制备了体积为8 mm×8 m×4mm的半球型CdZnTe探测器,经测试,在室温条件下,其漏电流为nA级,对未经准直的241Am(59.5 keV)、57Co(122 keV)、137Cs( 662keV)γ射线的分辨率(FWHM)分别为6.96％、5.66％、3.92％,在连续使用的条件下具有较好的稳定性.     

就地γ能谱中天然核素峰谷比随砂土容重的变化

对就地γ能谱中天然核素峰谷比与砂土容重的关系进行了理论推导、MC计算及实验研究.结果表明,对半空间无限大体源,峰谷比是一常数,不随砂土容重而改变;对有限体积体源,峰谷比将随砂土容重的增大而减小,体源尺度越小,这种变化越灵敏,但总体变化幅度不大.对半空间无限大均匀体源的就地γ谱仪测量工作,由于源的纵向厚度无法人为控制,且即便在探测器视野减小的情况下,峰谷比随源容重的变化幅度也很小,因此通过通常的峰谷比方法测量砂土容重不可行.研究也表明,对半空间无限大均匀体源,就地γ能谱中同一天然核素两不同能量γ射线计数率比值,亦不随砂土容重的变化而改变.研究结论修正了“利用天然核素的就地γ能谱峰谷比可确定土壤密度”的结论;同时揭示,“利用航空γ能谱全谱信息,…也能完成…地层密度的测定”的可行性,尚应进一步探究;也发现,利用峰谷比原理,应用铅准直器屏蔽探测视野,可测量确定一堵孤立物体(如墙壁)的质量厚度,厚度越小灵敏度越高.     

双能γ射线穿透法测定土壤密度和水含量的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗程序模拟得到241Am、137Cs发出的能量分别为60和662 keV的γ射线对干土和水的质量衰减系数,从而标定土壤密度、水含量与两种射线的透射率的函数表达式.模拟检测表明,由该表达式测量同种干土制备的土壤样品的土壤密度和水含量精确高,可满足实际测量要求.     

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。     

γ射线旋转调制器成像系统的研制

可对硬X射线、γ射线等成像的旋转调制器(Rotating Modulator,RM)成像技术是一种探测效率高、能量范围宽、能量分辨能力高的技术,可满足核辐射监测中对高性能γ射线成像系统的需求。为此,研制了一台基于RM技术的γ射线成像系统样机。该样机主要包括一个由8条铅条组成的旋转准直器、7个NaI(Tl)探测器、步进电机和相应的读出及控制电路。样机视场角±14.6°,角度分辨率2°,在662 keV处能量分辨率为7%,对662 keVγ射线的探测效率达到22.2%。     

BGO六棱柱探测元性能的研究

用~(54)Mn,~(57)Co,~(60)Co,~(22)Na和~(137)Cs源测量了BGO六棱柱探测元的能量线性,对662keV的γ射线能量分辨率为18％。两个BGO探测器间的符合时间分辨半宽度为6.9ns,BGO六棱柱与HPGe探器测间的时间分辨半宽度为8.3ns。     

BGO矩形探测元探测效率的研究

理论计算了三种不同规格BGO晶体对于^137Cs0．662MeVγ射线的探测效率,并用GEANT4进行了Monte Carlo模拟,计算值与实验中光电倍增管测得的值进行了比较,给出了不同规格晶体对γ射线探测效率的区别,三者趋势基本一致。最后用^133Ba、^22Na、^137Cs和^60Co源测量了BGO探测元的能量线性,三种晶体对^137Cs0．662MeVγ射线的能量分辨分别为18．12％、18．08％和18．12％。     

双能量γ射线透射法煤炭灰分在线测量的实现

本文所述ZZ—89型γ射线煤炭灰分在线测量装置采用~(241)Am(60keV)和~(137)Cs(662keV)两种能量γ射线透射方案,能自动修正传送带上煤的厚度变化影响。不改变传送带运行情况,真正实现了在线测量。对固定对象的灰分测量值的均方差为0.24％wt。在采用重介浮选工艺的平顶山田庄选煤厂具体条件下,测得的灰分值与常规的化学灼烧测灰法所得结果之间差值的均方差小于0.5％wt。     

就地γ谱仪峰谷比法测量137Cs深度分布

研究就地γ谱仪测量地表层¹³⁷Cs深度分布的峰谷比法,建立了就地γ能谱峰谷比数值计算公式和实验剥谱方法。理论计算表明,峰谷比随¹³⁷Cs张弛深度的变化十分灵敏,土壤密度误差对峰谷比有一定影响,但变化不大时,对峰谷比法结果影响可忽略。野外验证实验显示,峰谷比法相对于样品实验室分析结果的最大相对偏差为31%,表明峰谷比法是可行的,所建立数值计算公式、实验剥谱方法是正确的。     

~(137)Cs源稳谱技术对γ能谱测井结果的影响

为了达到稳定的γ能谱测量,必须向γ射线探测器提供一个稳定的参考信号。在国产的FD-121型γ能谱测井仪和其它类型的γ能谱仪中,采用了~(137)Cs源作为γ能谱的参考信号源。~(137)Cs的半衰期为30.174年,所幅射的γ射线能量为0.661MeV。采用~(137)Cs源自稳技术的主要缺点是:能量为0.661MeV的~(137)Cs的γ谱峰容易与能量为0.609MeV的~(214)Bi的γ谱峰重叠,并形成一个合成γ谱峰。合成γ谱峰的位置介于0.609和0.661MeV之间。当外部γ强度(~(214)Bi)增大时,合成γ谱峰的位置逐渐向0.609MeV靠近(图1)。     

MC法模拟CZT探测器测量土壤含水率

针对小型便携化γ射线测水仪的研制问题,提出了基于碲锌镉(CZT)探测器的无准直器土壤含水率测量方案。利用蒙特卡罗方法(MC法)模拟了~(241)Am(59.54 keV)和~(137)Cs(661.66 ke V)点源γ射线测量土壤样品含水率的过程,得到59.54 ke V和661.66 ke Vγ射线测量土壤含水率的计算表达式和最小可探测间隔(MDI)。结果表明:模拟测量值与参考值的偏差小于4%,MDI达到10~(-3)cm~3/cm~3量级,本文的设计方案具有可行性。     

干式储藏~(137)Cs源反散射份额的计算研究

干式储藏 ~(137)Cs源由于其自身结构特点,放射源发射的γ射线中含有反散射光子,采用此类型的储藏源校准剂量计,会存在一定的偏差。本文首先建立了多源照射器实验室三维模型,利用该模型理论计算并分析了实验室墙壁对反散射峰计数的影响。然后测量 ~(137)Cs能谱,采用两种方式扣除康普顿坪并计算出反散射峰与全能峰的计数之比。实验解谱结果表明,在实验室内离源6m处反散射光子与661.66keV光子计数之比为0.090 9,实验解谱数据与蒙卡模拟数据相对偏差为-13.8%。     

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     

惰性气体β-γ符合测量系统探测器能量及分辨率刻度

β-γ符合法是全面禁止核试验条约(CTBT)放射性核素核查中惰性气体氙测量的一种重要方法,探测器能量及分辨率刻度是其首要解决的关键技术。本工作详细介绍了β-γ符合测量系统NaI(Tl)闪烁体和塑料闪烁体探测器能量及分辨率刻度的方法和结果,采用γ放射性核素点源刻度NaI(Tl)γ射线能量及分辨率,利用137Cs661.66keVγ射线康普顿散射电子刻度塑料闪烁体β射线能量及分辨率,并与131Xem内转换电子刻度的β射线能量分辨率结果进行了比较。结果表明:用137Cs康普顿散射电子刻度塑料闪烁体β射线能量是一种简便可行的方法,但用其刻度的β射线分辨率比实际的大。     

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。     

低本底反康普顿高纯锗γ谱仪

本文介绍的谱仪采用铅-石蜡-铅为主的复合物质屏蔽。HPGe探测器对~(60)Co的1332keV γ射线的相对效率为25％,能量分辨率好于1.75keV。在阱型反符合屏蔽下,系统对放在HPGe端面的~(137)Cs点状薄膜源的峰康比可达800:1;测量时间1000min,置信度95％时,对~(137)Cs点源探测灵敏度好于5.6mBq;谱议在100—2000keV能区内的积分本底好于8.7±0.1次/min,与无反符合屏蔽时相比,压缩倍数为6.6。     

基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector, PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array, MURA)编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD通过LaBr₃(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效。测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。     

YAP:Ce闪烁探测器的γ射线灵敏度研究

使用进口的新型YAP：Ce无机晶体和近年国内研制的CeF3,PbWO4配大线性电流光电倍增管组成闪烁探测器系统,用^60Co和^137Csγ源实验测量探测系统的γ射线灵敏度;并用MCNP／4B程序进行建模计算;最后对理论计算和实测数据进行了比较,分析研究。得出结论：新型YAP：Ce无机晶体对γ射线的灵敏度相对较高,对^60Co源和^137Cs源γ射线而言,是同体积的CeF2晶体的10倍多,利于γ射线测量。