基于数值积分法的无源效率刻度方案研究

无源效率刻度技术一直是核分析领域研究的热点,但现行无源效率刻度技术需依据指定探测器进行订制。基于伽马射线指数衰减规律推导了圆柱体探测器周边任意位置点源探测效率的数值积分公式。依据探测器与待测物几何结构的轴对称性和伽马场叠加原理,构建了实验室常用几何结构体源的探测效率计算方案。在笔记本电脑(CPU:i5-8250U@1.60 GHz;RAM:8.0 GB)上应用上述方法计算HPGe圆柱体探测器对马林杯水体和NaI圆柱体探测器对圆柱体土壤内多种能量特征伽马射线的探测效率,发现探测效率计算值与实验值之间相对偏差为-4.9%~3.9%,且计算时长最大为35.78秒,证实本方法能准确、快速地实现圆柱体探测器的无源效率刻度。且本文推荐方法在探测器尺寸变化的情况下仅需修改相应参数,具有很强的通用性。

基于数值解析方法的γ能谱无源效率刻度方法研究

以理论分析和数值计算为基础,建立了一种基于数值解析的无源效率刻度方法。构建了φ3.8 cm×3.8 cm的LaBr_(3)(Ce)和NaI(Tl)探测器几何模型,分析了γ射线与探测器的作用路径、源与探测器相对位置和峰总比等因素,并提出非同轴点源本征效率计算公式。据此,将点源效率的数值计算拓展至面源和体源效率计算,以辛普森算法为基础对数值积分进行求解,并利用数值解析公式计算各向同性的^(137)Cs点源、面源和体源探测效率,与蒙特卡罗模拟结果相比相对偏差不超过3.5%;对不同位置处点源和不同尺寸面源、体源效率进行计算,与蒙特卡罗模拟结果相比相对偏差不超过4%。结果表明,基于数值解析的无源效率刻度方法具有快速的优势,可代替实验测量或者蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)软件仿真效率刻度方法。该方法能推广至不同形状核辐射探测器效率刻度,为探测器效率刻度提供了新的途径。

无源效率刻度技术在γ谱分析中的应用

利用实验室无源效率刻度软件(LabSOCS)分析了样品形状、密度和成分对探测效率的影响,并计算给出了实验室γ谱仪探测效率与以上因子之间的关系。将LabSOCS计算的效率与标准体源刻度效率进行了比较,两者之间的相对偏差小于9%。对给定质量不同尺寸的圆柱状样品的γ探测效率进行了模拟计算,分析得到了砂土和空气样品的最佳几何尺寸;研究了高密度样品较强自吸收效应影响下,低能端和高能端射线在最佳制样尺寸下的探测效率变化趋势,最后对LabSOCS软件应用中应注意的问题提出了建议。

航空γ能谱仪无源效率刻度方法研究

因人工放射性核素的航空γ能谱仪实物刻度模型匮乏,导致难以依据航空γ能谱准确反演地面人工放射性核素的含量。本文基于窄束γ射线指数衰变规律与微积分的思想建立了任意形状的γ辐射源上空航空γ能谱仪无源效率刻度的数值计算模型。通过低空探测实验、高空变化趋势分析、5-100 m高空探测实验证明该模型适用于任意位置点源航空γ能谱仪全能峰探测效率数值计算。同时计算发现在低空探测时不同γ辐射的面源与体源的航空γ能谱仪全能峰探测效率与MCNP5模拟值的相对偏差在±1.5%以内,且含1 460.83 ke V或2 614.533 ke Vγ射线的无限大体源90-150 m探测高空计算结果与石家庄动态带上的实验值相对偏差为8.33%-15.82%。上述实验充分证实该无源效率刻度计算模型适用于航空γ能谱探测实践,为利用航空γ能谱仪寻找丢失放射源及核事故应急监测提供技术支持。

高纯锗探测器的效率刻度

探测效率是高纯锗谱仪的重要性能指标,探测器的效率刻度具有重要的意义。针对新购置的高纯锗谱议,采用多线法和距离变换相结合的实验方法,刻度了高纯锗探测器在不同源距下的全能峰效率曲线,并利用厂家提供的探头结构尺寸,采用MCNP5程序模拟计算了该探测器对不同能量γ射线的全能峰效率。将模拟计算效率和实验效率进行对比,模拟计算的全能峰效率和实验测定的全能峰效率具有一定偏差,经分析偏差主要原因是探测器内部结构尺寸不够精确,通过调节死层厚度和冷指尺寸,使得模拟计算效率和实验效率很好符合。

无源效率刻度在活度测量中的应用研究

利用几种典型的实验室标准源,对无源效率刻度软件LabSOCS效率模拟的准确性和可靠性进行了检验;从射线级联符合相加效应原理出发,探讨了利用具有级联关系的X射线进行效率刻度的可能性,扩展了效率刻度的能区范围;利用该软件模拟计算了一定体积的圆柱形气体体源效率随几何尺寸的变化关系,优化了圆柱形气体源盒的几何尺寸。

水体γ放射性测量中高纯锗探测效率刻度

水体放射性测量中要得到核素的活度,就必须知道核素的探测效率,而探测效率的影响因素较多,所以,对高纯锗探测装置进行效率刻度具有重要的实际意义。本文选用的高纯锗探测装置是基于一种水体放射性的实时在线监测系统,将待监测水域中的水样采样到低本底铅室中,利用高纯锗探测器对水中放射性核素进行探测。实验采用KCl配制了一定比活度的^(40)K液体源,测量其γ能谱,并计算^(40)K的探测效率。同时根据厂家给的具体参数,对整个水体监测系统进行了建模和计算,模拟计算了能量在59.5-2 614.7 keV范围内的γ射线的全能峰探测效率并得到效率曲线。通过对比^(40)K的探测效率,发现其实验测量结果和模拟计算结果的偏差为0.018%。验证了使用蒙特卡罗模拟高纯锗探测装置效率刻度方法的可行性和准确性。

基于蒙特卡罗的HPGe伽马谱仪无源效率刻度方法

采用MCNP5模拟与数学计算相结合,并利用探测器晶体几何的轴对称性,建立一种HPGe探测器的无源效率刻度方法。基于此方法的计算程序在使用过程中完全脱离MCNP5,运算时间为1～60s,可实现点源和同轴圆柱体源的效率刻度,能量范围为50keV～3MeV。程序计算结果与实验数据以及MCNP5直接模拟结果比较,误差分别不超过12%和7%,证明方法可行。

层析γ扫描中的探测效率刻度

探测效率刻度技术是层析γ扫描测量中最重要的技术之一。本工作研究用蒙特卡罗方法刻度层析γ扫描系统探测效率的方法。对3×3×3体素组成的样品模型,用蒙特卡罗软件计算了层析γ扫描测量装置的探测效率矩阵。在实验室层析γ扫描原型装置上,实验研究了层析γ扫描测量装置的探测效率。对两者进行了比较,相对偏差绝对值小于5%。研究结果表明了蒙特卡罗方法刻度层析γ扫描测量装置探测效率的可行性。

基于虚拟点探测器模型的HPGe探测器体源效率刻度

基于虚拟点探测器(VPD)模型应用平方反比定律,介绍了一种通过点源模拟实验进行HPGe探测器对圆柱体源样品的峰效率刻度方法。实验验证表明:在一定范围内利用该方法对圆柱体源进行效率刻度是合理可行的,并能获得较好的刻度结果,该方法可操作性强,可应用于工程实践。

无源效率刻度技术研究进展及应用概况

介绍了HPGe探测器无源效率刻度技术的研究进展及国内外应用概况,简单描述无源效率刻度软件ISOCS和LabSOCS的原理及验证工作,讨论了有源效率刻度和无源效率刻度的优缺点,最后提出无源效率刻度方法是一种快速、准确的刻度方法。

高纯锗γ谱仪对放射性标准土壤的探测效率刻度

通过测量放在样品盒内压实后8个不同高度的土壤标准物质,得到高纯锗γ谱仪的γ射线能量效率曲线,并用蒙特卡罗程序MCNP 4C进行相应计算。结果表明,实际测量值与蒙特卡罗方法计算值符合得较好。

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60Bq。

样品厚度对实验室无源效率刻度技术测定^(137)Cs和^(210)Pb的影响

为评价样品厚度对实验室无源效率刻度(LabSOCS)测定环境放射性核素的影响,用LabSOCS技术对不同黄土样品厚度进行了模拟计算和实际测定对比。模拟计算的137Cs和210Pb的探测效率均随样品厚度呈对数函数关系下降(P<0.001),当样品厚度从5 mm增至80 mm时,对137Cs和210Pb的探测效率分别减少68%和83%。样品厚度对LabSOCS技术测定137Cs和210Pb比活度的影响均不明显,但对137Cs的分析误差有明显的影响,对210Pb分析误差的影响较小,15 mm是影响LabSOCS技术测定137Cs和210Pb分析误差的临界样品厚度。这一结论对于提高LabSOCS技术测定土壤样品中137Cs和210Pb的分析精度具有指导意义。

长方体废物箱测量中探测效率刻度的抽样算法

建立了一种蒙特卡罗积分算法和以BECK公式为基础的数值计算方法相结合的抽样算法,该算法用于长方体废物箱测量中探测效率的刻度。该算法用实验测得的探测器角响应函数和有效前面积作为探测器的响应参数,用线衰减系数表征γ射线穿透介质的衰减属性,并根据BECK公式建立被积函数的表达式。在样品的几何空间内均匀抽样,并计算得到射线的衰减路径后,用蒙特卡罗积分算法计算得到探测器对长方体废物箱的活度浓度转换系数。在相同测量条件下,使用本抽样算法和基于BECK公式的数值计算方法分别计算了探测器对样品的活度浓度转换系数。结果表明,两种方法在±2.01%的相对误差范围内相符,说明所建立的抽样算法是正确的。该算法原理简单、计算速度快,且能够被用于复杂几何情况下探测效率的计算。

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。

中国实验快堆C31系统HPGe γ谱仪效率刻度的点源模拟

中国实验快堆燃料破损覆盖气体监测系统γ谱仪采用的是ORTEC公司的HPGe γ谱仪,监测对象是覆盖气体(氩气)。由于很难找到谱仪效率刻度相对应的标准气体体源,对谱仪的效率刻度带来了困难。本文在参考大量文献的基础上利用点源模拟的方法来进行HPGe γ谱仪的全能峰效率刻度,解决了中国实验快堆燃料破损覆盖气体监测系统(C31系统)谱仪效率刻度的困难。

基于虚拟点探测器的虚拟点源效率刻度技术

主要针对尺寸为75 mm×25 mm的241 Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究,通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现,使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源,其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器,通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置,再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置,最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此,该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置,是一种全新的刻度方法,已达到实际应用的程度,可以大面积推广应用该技术成果。

平面型HpGe谱仪的效率刻度及对^（210）Pb的测量方法

本文报道了用半经验公式法对φ４３．８ｍｍ×５ｍｍ平面型ＨｐＧｅ谱仪在低能γ和ｘ射线１４—６３ｋｅＶ能区对环境样品的全能峰效率刻度方法和结果。用制备的煤、矸石、土壤和煤灰等介质中的￣（２１４）Ａｍ、Ｕ－Ｒａ平衡源进行了验证，在士５．５％以内和参考值相符合。本文还报道了一种简单的该谱仪对环境样品中￣（２１０）ｐｂ的刻度和测量方法，测量了矸石样品中的￣（２１０）ｐｂ和￣（２３８）Ｕ的含量，其结果和半经验公式法的测量结果在士７．５％以内符合。

NaI(Tl)晶体对面源全能峰效率刻度的点源模拟法

介绍了用点源模拟法来刻度面源全能峰效率的方法。并将刻度结果与数值分析法的理论计算值进行了比较，两者在８％内一致。