水中总α放射性测量中样品质量厚度变化的影响及校正

通过试验和蒙特卡罗模拟了不同质量厚度的²⁴¹Am、天然α核素探测效率，分析探测效率、计数率、探测效率校正因子、探测效率倒数与质量厚度的关系以及探测效率、有效饱和厚度与能量的关系。研究表明：水中总α放射性测量，需要用探测效率校正因子、分支比和成分比例进行α核素探测效率修正；质量厚度7 mg/cm²,平衡铀探测效率校正因子为0.96;质量厚度2 mg/cm²,平衡钍探测效率校正因子为1.01、平衡²²⁶Ra-²²²Rn探测效率校正因子为1.05;质量厚度大于4 mg/cm²,天然铀、4%浓缩铀、97%浓缩铀探测效率校正因子基本恒定，分别为0.39、0.39、0.47;质量厚度小于0.510 mg/cm²,单个α核素辐射源的探测效率校正因子均大于0.70;质量厚度大于有效饱和厚度，探测效率的倒数与质量厚度成线性关系；有效饱和厚度与α射线能量成线性关系。     

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。     

总α和总β放射性测定方法研究

研究了各种常见核素α、β放射性在BH-1216低本底α、β测量仪上的计数效率与其射线能量之间的关系,以241Am和40K分别作为总α和总β的标准物质,计算了常见核素的总α和总β放射性计数效率E相对于标准物质计数效率Esd的等效因子ρ(ρ=E/Esd),用于比较已知核素活度浓度样品的总放射性估算值与测量值间的一致性。研究还发现,放射性活度与计数率的比值,即活度-计数率比K,与待测放射源的质量厚度之间存在良好的线性关系。用活度-计数率比代替计数效率作"效率校正",计算方便、精度较高。基于上述研究建立了适用于食品和环境样品中总α和总β放射性的测定方法。     

γ探测器水下就地测量比计数率及有效探测距离MC计算

选取¹³¹I、¹³⁷Cs、⁴⁰K、²⁰⁸Tl等核素所发射的不同能量的γ射线,通过MC模拟,获得三种闪烁探测器在就地测量时获取的水体中放射性核素的γ能谱。以此为基础获取其全能峰比计数率随测量水体半径变化的情况,最终获得比计数率饱和值及有效探测距离随射线能量的变化趋势,并得到闪烁探测器用于海洋放射性污染监测时的布放深度。通过MC模拟获得多种闪烁探测器对不同放射性核素的比计数率及有效探测距离,为海洋放射性监测提供参考。     

大面积气体闪烁正比计数器的研制及性能测试

本工作建立了一套有效探测面积大于300 cm²的气体闪烁正比计数器系统,并利用波长转换材料实现了普通光电倍增管对光信号的收集。对该系统进行了系列性能测试,测试结果表明,探测器对¹⁰⁹Cd 22.6 keV X射线具有7.5%的能量分辨率,点源距探测器3.2 cm时达到12.4%的探测效率。本工作的研究成果将为核污染场所低能X、γ放射性样品测量及超铀核素人体内照射污染测量等提供一种有力手段。     

超大面积屏栅电离室的研制

核设施退役过程中,需对超过1 000 cm²以上的大面积超铀核素平面板放射性进行准确定量,常用无损测量方法有效测量面积均较小,且探测限较高,不能满足快速分析大面积低活度样品的需求。屏栅电离室是一种用于低水平α放射性能谱测量的仪器,可满足以上分析需求,但受制于电极加工工艺,可测样品一般小于500 cm²。为解决以上问题,研制了灵敏面积接近2 000 cm²的超大面积屏栅电离室,通过对工作气压和电压的调试优化,该电离室对²⁴¹Am电沉积源的能量分辨率为1.8%,最小可探测活度为10^-2 Bq,对直径≤460 mm的平面样品2π角探测效率为97.7%。     

α/β粒子在不同类型探测器上的能量响应及其等效因子的一致性

通过测量不同类型探测器或同一类型探测器不同台（路）对不同能量α/β放射性粒子的计数效率和等效因子,比较它们之间等效因子的一致性,探讨各类型探测装置在总放射性测量中的适应性。结果显示,常用的3种探测器即复合有机闪烁体、流气式正比计数器、金硅面垒半导体探测器对总α和总β粒子的计数效率-粒子能量关系总体上一致,总α计数效率与能量呈指数关系,总β计数效率与能量呈对数关系,低能β出现偏转。3种探测器能量响应比对的实验结果显示,复合有机闪烁体和流气式正比计数器两者的α和β等效因子具有良好的一致性,而金硅面垒半导体探测器对α测量的等效因子与前两种探测器相似,但是对β粒子的能量响应有显著差异,低能β等效因子明显偏低,因此金硅面垒半导体探测器不宜于总放射性测量和食品卫生检验。     

辐射防护玻璃照射量累积因子的计算及分析

为研究γ放射源操作热室观察窗辐射防护玻璃的累积因子,开展高活度γ放射源热室观察窗的设计,本研究根据五种常用辐射防护玻璃的成分以及ANSI/ANS-6.4.3的数据,得到五种常用辐射防护玻璃的照射量累积因子G-P插值法参数,并利用这些参数计算五种辐射防护玻璃在⁶⁰Co、⁷⁵Se、¹³⁷Cs、¹⁹²Ir核素γ射线照射下的照射量累积因子,拟合得到照射量累积因子随玻璃厚度的变化函数,并与利用等效铅厚度法得到的结果进行比较。结果表明,拟合得到的多项式相关度R²很高;等效铅厚度法仅适用于薄层铅玻璃,在使用铅等效法评价铅玻璃的屏蔽性能时,务必要注意铅玻璃的厚度以及所要屏蔽的γ射线能量。本文计算的辐射防护玻璃照射量累积因子可为热室观察窗的设计及屏蔽性能提供参考。     

超铀元素肺部计数器的效率刻度技术

本文主要介绍了超铀元素肺部计数器的组成、仿真人体躯干模型的研制、探测效率刻度实验及结果等。超铀元素肺部计数器采用了四个平板型低本底高纯锗探测器,核素识别能力强,探测灵敏度高。研制的仿真人体躯干模型符合中国参考人体型。经过实验选取不同的化学试剂作为基质和添加剂,采用发泡技术和解剖尸体建模等方法,使体模中组织或器官的密度、线衰减系数、几何尺寸等参数能够较精确地等效于对应人体组织或器官。通过覆盖不同厚度的盖板,模拟不同胖瘦的人体,应用该体模,对肺部计数器的探测效率进行了刻度,得出了不同能量下不同肌肉等效胸壁厚度的探测效率曲线。实验得出,每个探测器测量体模和对照人的本底分别小于0.0288cps、0.0372cps(241Am的59.5keV全能峰区内积分计数率)。经效率刻度,测量时间为8000s,一类错误概率α和二类错误概率β均为0.05,肌肉等效胸壁厚度MEQ-CWT(17.6keV)为15.7mm,MEQ-CWT(59.5keV)为16.2mm的状况下,系统对239Pu和241Am的探测下限ADL分别为700Bq和3Bq。若采用241Am示踪,对钚镅活度比小于20∶1的钚,其对239Pu探测下限ADL可降低至6...     

就地γ谱仪蒙特卡罗计算软件研制

在某种环境中,放射性核素按一定规律分布在土壤表面及土壤中。核素衰变时,各向同性地发射出特定能量的γ射线。通过对γ射线的探测,可得到土壤中该核素的放射性活度。 为了配合对土壤环境中特定核素放射性活度的就地γ测量,针对特定的谱仪研制了专用的蒙特卡罗模拟程序,用于模拟核素衰变发出的γ射线经过土壤层、空气层及其它屏蔽物进入探测器晶体,并与晶体作用,以一定几率（探测效率ε）被探测器记录下来的过程。利用该程序,可以得到γ谱仪测量计数率与土壤中核素的比活度关系以及相应的剂量率,并给出核     

医疗场所空气中碘-131在线探测系统模拟设计

为了实现无富集条件下对碘-131的快速精准测量,提出了针对医疗场所空气中碘-131的γ、β联合测量方法。通过Geant4建立探测系统模型,模拟研究探测系统对碘-131释放的β粒子和γ射线进行探测,其中NaI探测器和塑料闪烁体探测器分别实现对γ射线和β射线的测量。模拟计算表明,探测系统获取的γ全能峰计数、β计数与碘-131浓度之间存在线性关系。系统可首先通过获取γ能谱分析碘-131特征峰实现碘-131识别,利用γ射线全能峰计数与β射线计数之间的线性关系确定β射线贡献是否仅来自于碘-131,然后利用β射线的高探测效率进行快速测量。模拟计算探测系统测量1 h,其双3英寸NaI探测器的探测效率为1.7%,其MDC可达到19.59 Bq/m³,其塑闪探测器的探测效率为36%,MDC为7.93 Bq/m³,均显著低于38.50 Bq/m³。基于γ全能峰计数和β计数的联合计算公式计算的碘-131的浓度,相对误差≤0.6%。提出的探测系统充分利用了β射线探测效率高和γ能谱能量识别能力强的优点,通过γ能谱全能峰计数和β计数测量可实现碘-1...     

基于反宇宙射线γ谱仪的水样品测量

本文基于本底水平较低的反宇宙射线γ谱仪,对其在水样品测量上的应用进行了探讨。文中使用水标准源对反宇宙射线γ谱仪进行效率刻度,比较不同形状水样品探测效率差异,对采集的某水样品经蒸发浓缩后测量,比较反宇宙γ谱仪与其他γ谱仪测量水样品的探测限。结果γ射线能量E＜130 keV时,反宇宙γ谱仪对马林杯($\phi$17 cm×17 cm)水样品的探测效率低于圆柱体($\phi$7.5 cm×7.0 cm)水样品,而E＞130 keV时,马林杯水样品的探测效率明显大于圆柱体样品。反宇宙γ谱仪测量马林杯水样品的探测限比圆柱体水样品探测限低一个数量级。反宇宙γ谱仪对同一水样品的探测限比常规高纯锗谱仪低一个数量级,该反宇宙γ谱仪直接测量未经前处理马林杯水样品中核素¹⁴⁴Ce、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的探测限分别为3.07×10^-2 Bq/L、3.67×10^-3 Bq/L、3.70×10^-3 Bq/L。结论是反宇宙射线γ谱仪可用于低水平放射性水样品测量,其优势在于减少前处理时间,缩短样品测量周期,大大降低探测限,提高测量精确度。     

轻型α/β放射性气溶胶实时采样与测量系统设计

设计了一款轻型的α/β放射性气溶胶实时采样与测量系统。该系统通过微型泵对气溶胶进行实时取样,放射性物质富集在滤膜表面;PIPS探测器对滤膜进行直接测量,通过反符合设计,有效降低γ射线的干扰。在室外进行空气采样测试,该系统对α和β的探测下限为191.16 Bq/m³和1 133.27 Bq/m³。该系统的质量不足5 kg,可搭载在无人机、机器人及其他装备上,方便在复杂环境及核应急环境下使用。     

α屏栅电离室谱仪系统的研制

介绍用于α放射性活度测量的平行板屏栅电离室谱仪系统.设计了一套带独立真空系统的屏栅电离室.该谱仪系统由三部分组成,电离室主体、充气系统及电子学系统.能量分辨率对于239Pu源可达25keV,在4～6MeV能区本底计数率为4h-1,探测效率接近50%.该谱仪系统可以测量核素的α射线能量,分析出它们的能谱结构,进而鉴定出各个α能谱所相应的核素及其相对含量和绝对含量.     

基于数字化脉冲处理器的α/β射线甄别方法研究

表面污染检测设备多采用ZnS(Ag)和塑料闪烁体组成的复合探测器对α/β射线进行同时测量,其中α/β射线的甄别方法至关重要。传统的甄别方法主要有脉冲幅度甄别法和脉冲宽度甄别法,其受模拟元件参数的影响而甄别稳定性降低。本文基于数字化脉冲处理器对α/β射线进行甄别,在FPGA内部构建电流恢复器、两路方形滤波器、比值计算器计算两路方形滤波器的输出峰值的比值。α/β射线在比值统计图中的不同区间呈高斯分布,由此实现对α/β射线的甄别。结果表明：该甄别方法能实时甄别出α/β射线,甄别品质因子为352,串道比均小于05%。对α、β探测效率分别不小于577%、37%。     

铀矿γ能谱测井多核素定量特征能量选择最优化计算——基于特定尺寸LaBr3（Ce）单晶的钻孔γ谱探测

采用新型LaBr3(Ce)探测器的铀矿γ能谱测井可实现天然产状下对铀等多核素的直接定量。为了选择探测效果最优的特征能量,选定的Φ1.5×2英寸LaBr3(Ce)单晶对备选特征能量光子的探测能否获得较高的相对计数率是一个重要指标。此外,还要考虑是否存在重峰情况及受康普顿散射谱的影响程度。基于此,建立计算相对计数率的数学模型以及与实际钻孔探测条件一致的峰探测效率数值模拟计算模型,计算备选各特征能量的峰探测效率,进而求出可表征各分支相对计数率的指标,通过比较并结合实测仪器谱,分别选出了在该探测条件下对铀组、镭组和钍系核素定量分析最合适的特征能量。     

涂硼正比计数管涂硼厚度对探测效率影响的研究

涂硼正比计数管是可用于反应堆压力容器外对中子注量率进行监测的关键设备,涂硼正比计数管的涂硼厚度对自身的本征探测效率有影响。仿真不同厚度硼层中¹⁰B(n,α)⁷Li生成的⁷Li和α粒子的输运过程,计算硼层界面位置离子整体射出率并给出涂硼正比计数管本征探测效率的计算方法。仿真与计算结果表明：单位核反应率下硼层界面处离子整体射出率在涂硼厚度小于1.5μm时与硼层厚度近似呈正线性相关,在涂硼厚度大于1.5μm后随涂硼厚度增大而增速变缓,在涂硼厚度为3.6μm时达最大为1.3×10^-4 (cm²·s)^-1。基于离子整体射出率的结果进一步计算得到涂硼正比计数管本征探测效率与涂硼厚度之间关系曲线,该关系曲线可以为涂硼正比计数管研制中选择合适涂硼厚度、确定最佳的探测效率提供参考。     

样品厚度对高纯锗γ谱仪探测效率的影响

通过对不同厚度样品的γ射线测量,得出波谱峰面积与样品厚度的关系,并通过相对测量和效率刻度测量方法,计算不同厚度样品在46.5、351.9、477.6、661.7 keV能量下的探测效率.探测效率随样品厚度的变化较大,不同厚度样品的4种探测效率最大值平均为最小值的2.6倍.实验结果显示:探测效率随样品厚度增加而逐渐减小,...     

HPGe γ谱仪测量级联γ辐射152Eu、133Ba、60Co核素活度的方法

给出了HPGe γ谱仪测量级联γ辐射核素活度的一种实用方法,在探测器与样品之间放置一定厚度的水吸收层,能够很好降低探测效率,显著降低级联γ符合效应和偶然符合效应的影响。实验表明,TC-45样品中¹⁵²Eu、¹³³Ba、⁶⁰Co核素活度的探测效率和测量活度相对偏差随水吸收层厚度增加遵循指数衰减规律,当厚度增加到70 mm以上,其测量活度相对偏差小于4%。     

用电离室测定α衰变率的校正因素

目前用于测量α衰变率的方法主要有α-γ符合,-π计数,小立体角计数、液体闪 烁计数及电离室等测量装置。这些方法各有其优缺点。电离室作为一种经典而又可靠的设备,早已用于α放射性强度的相对及绝对测量。对于核素(特别是锕系元素核素)的α放射性的能量一般为4—9MeV。电离室对于这种能量范围的α粒子的探测效率是相同的。因此在这种情况下测量,电离室是十分方便和有利的。但对于高准确度的测