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。

蒙特卡罗模拟-高斯重建相结合解析γ能谱

为了解决常规γ能谱解析中康普顿坪影响较大、峰面积计算不准确的问题,提高γ核素活度测量结果的准确度,本文基于蒙特卡洛方法建立了NaI(Tl)探测器物理模型,同时针对模拟谱与实测谱在康普顿坪区的差异,根据γ谱形成机理,提出比值法以修正模拟谱,并生成标准γ核素谱。再以标准γ能谱为基础,通过从高能到低能的顺序进行剥谱和确定全能峰区,以解析^(137)Cs和^(60)Co相叠加的γ实测谱,所得活度测量结果的相对误差在±3.5%以内,明显优于常规解谱方法。结果表明:采用蒙特卡罗模拟标准谱与实测谱特征峰高斯重建相结合而解析γ能谱,既能大幅降低实测谱中康普顿坪对较低能量γ射线特征峰的影响,也能较准确地确定特征峰面积,为γ能谱分析提供了一种能显著提高γ核素活度测量准确度的方法。

圆柱体源自吸收修正的数值计算方法研究

在对放射性样品进行定量分析时,样品的自吸收效应会导致测量结果出现偏差。分析了应用较为广泛的简化计算模型算法的适用范围及缺陷,提出了一种基于理论分析和数值积分的圆柱形体源自吸收修正模型。通过对体源和探测器的精确建模,综合分析γ射线的空间立体角范围、在体源中的线衰减系数和总穿透路径,采用数值积分的方法求得了体源自吸收修正因子。计算了两个典型放射性核素131I和137Cs特征γ射线在不同尺寸探测器下的自吸收修正因子,与蒙特卡洛模拟结果进行对比,最大相对偏差不超过2%,得到了良好的一致性。最后,通过控制变量的方法使用该模型分析了体源自吸收效应的影响因素及修正方法,并重点分析了探测器尺寸对体源自吸收修正的影响。

MC法模拟计算土壤样品γ自吸收修正因子

采用MC法对圆柱形几何体中土壤样品的探测效率进行计算,评估了46~2615 keV范围内的自吸收修正因子。研究了样品密度、高度和湿度等参数对自吸收因子的影响,并得到了相应的修正函数。研究结果表明,对于特定能量的γ光子,样品密度的变化对自吸收的影响最大;对于与标准样品密度相差不大的样品,应重点考虑高度、湿度的变化对自吸收带来的影响;在对含低能量γ光子放射性核素的样品测量时,应综合考虑密度、高度和湿度带来的误差。综合分析了土壤样品密度、高度和湿度等因素对γ自吸收的影响及修正函数,可对计算复杂基质下土壤样品的自吸收效应提供参考。

LaBr_(3)(Ce)探测器点源效率函数研究

点源与探测器相对位置发生变化时,探测效率会发生很大变化,确定探测效率随探测距、角度变化的函数关系有利于快速得到点源在任意位置处的探测效率。利用蒙特卡罗软件MCNP5模拟计算了^(152)Eu、^(137)Cs、^(60)Co点源在特定位置处的探测效率,与实验结果相比,最大误差不超过6%。基于MCNP5对3.81 cm LaBr_(3)(Ce)探测器做效率刻度,并计算了点源在探测器正面2π空间范围内不同位置处的探测效率,拟合了探测效率与角度和距离的函数关系。结果表明:点源探测效率最大值出现在与探测器轴线夹角90°处,随着探测距离和能量的增大,角度对点源探测效率的影响逐渐减小;空间位置对探测效率的影响实际上是对点源相对于探测器的空间立体角效率。基于效率函数可计算出特定能量γ射线在空间任意位置处的探测效率,对LaBr_(3)(Ce)探测器效率矩阵的求解及效率刻度具有一定的参考价值和指导意义。

NaI(Tl)探测器γ谱平滑方法对比分析

综述了多种平滑方法的基本原理及使用方法。使用多种平滑方法分别对NaI(Tl)γ谱仪所测同一能谱进行平滑滤波处理,利用Matlab软件对平滑后的能谱数据进行处理,并与原始能谱进行比较。引用了平滑度指标,对比分析了单一平滑方法对γ能谱的平滑能力。将能谱分为不同能区,找到了适宜的平滑方法。结果表明:针对NaI(Tl)γ谱仪所测能谱,在低能区域和高能区域宜使用小波法和高斯法进行平滑,在中能区域使用傅里叶变换法平滑效果最佳。