Li掺杂浓度对NaI∶Tl,Li晶体光学和闪烁性能的影响

具有中子-伽马双模探测能力的卤化物闪烁晶体在辐射探测领域展现出广阔的应用前景。本文使用布里奇曼法生长得到高光学质量的NaI∶Tl和NaI∶Tl,Li闪烁晶体,并系统研究了不同Li浓度掺杂NaI∶Tl晶体的光致激发和发射光谱、时间分辨光致发光曲线、X射线辐照发光光谱、伽马射线激发能谱,以及中子-伽马甄别性能。研究表明,NaI∶Tl晶体和NaI∶Tl,Li晶体在X射线激发下的发光峰位于345和410 nm,均来源于Tl^(+)的sp-s^(2)跃迁发光。随着Li浓度的增加,晶体的光产额由41000 photons/MeV下降到23000 photons/MeV,662 keV处的能量分辨率由7.0%劣化到9.6%。1%Li(原子数分数)掺杂的NaI∶Tl晶体具有最优的中子-伽马脉冲形状甄别(PSD)性能,品质因子(FoM)值达到4.56。

大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉设计

NaI(Tl)闪烁体因具有探测效率高、时间特性好、受温度影响小等特点而被广泛使用。为满足高探测效率的核辐射探测器需求,需要大尺寸、高能量分辨率的NaI(Tl)闪烁体。依据NaI(Tl)晶体的生长特点,本文对大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉的主炉体、温场系统、坩埚、加热电源等部件进行研究及设计,配合大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉控制系统,采用创新的熔生法生长出直径超300 mm的NaI(Tl)闪烁体,为后续国内生长大尺寸NaI(Tl)晶体提供了方向与解决方案。

基于NaI(Tl)伽马谱仪的反演分析法在海水放射性探测中的应用

伴随着核能的快速发展和应用,海洋放射性环境安全监测受到了越来越多的关注。因具有成本低、功耗低、探测效率高等优点,NaI(Tl)伽马谱仪成为海洋放射性自动连续监测主要应用的仪器。但是,该谱仪探测分辨能力尚存在不足,导致核素甄别和定量检测存在困难。为了解决该困难,本研究采用理论计算、仿真模拟和实验测量等技术手段,开展基于反演分析的海水伽马能谱处理分析方法研究。研究结果表明:仿真实验中经过反演分析法计算的重构谱线的分辨率得到大幅改善,与仿真能谱中核素的道址和活度的参考值相比,重构谱线的^(134)Cs、^137Cs、^(60)Co和^(40)K核素峰的道址误差在2道以内,活度计算误差在4%以内。在位于青岛的海洋科学实验站进行的海水现场实验结果表明反演分析法对_(40)K核素的活度分析结果为1.218×10^(4) Bq·m^(-3)。该方法能够有效解决NaI(Tl)伽马谱仪探测分辨能力不足的问题,实现准确的海水放射性核素分析。

NaI(Tl)探测器测量空气吸收剂量率方法研究

本文基于Φ7.5 cm×7.5 cm NaI(Tl)探测器,开展测量γ射线空气吸收剂量率方法的研究。使用蒙特卡罗方法对NaI(Tl)探测器进行仿真模拟,获取探测器50 keV~2.5 MeV能量范围的γ射线能谱图。利用G(E)函数对放射源空气吸收剂量率进行计算,求解G(E)函数时考虑Kmax与优化因子M对其计算空气吸收剂量率产生的影响,对G(E)函数的求解进行优化以提高计算精度。经过优化的G(E)函数计算的空气吸收剂量率与理论标准值相对偏差S低于±1%。最后经过实验测量对比发现,G(E)函数空气吸收剂量率计算结果与剂量率仪测量结果相对偏差小于±10%,说明经过优化得到的NaI(Tl)探测器G(E)函数值可以用于空气吸收剂量率的测量应用。

NaI(Tl)探测器工作性能的蒙卡模拟

通道式车辆放射性检测站所用的NaI(Tl)探测器在投入使用前,需要了解探测器在设定工作范围内的性能表现。直接测量费时费力且易受实验条件的限制。为了能快速获知探测器在复杂环境下的工作性能,基于NaI(Tl)探测器的尺寸参数建立蒙卡模型,模拟探测器对不同放射源的γ能谱。对比高斯扩展后的模拟谱与实测谱后发现两者特征峰基本拟合,验证了蒙卡模型的准确性。当源距增大时,模拟谱与实测谱的吻合情况依旧良好,表明模拟结果能够反映NaI(Tl)探测器对于不同能量与源距情况的能谱表现,证明了以蒙特卡罗模拟作为探测器性能参考的可行性。

NaI(Tl)探测γ能谱的MCNP模拟

利用光子和电子联合输运MCNP程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算NaI(Tl)探测器的γ能谱,与实验结果符合较好.利用能峰展宽参数计算不同能量γ射线的峰总比,结果与实验值相符,验证该计算方法可用于NaI(Tl)探测γ能谱的模拟.对不同能区γ射线的能谱进行模拟,并分析了能谱的形成过程.

基于极大似然估计的NaI(Tl)晶体仪器谱解析方法研究

若能量分辨率不足、对核素的识别能力较差,就需解析仪器谱。本文采用极大似然估计法,对NaI(Tl)探测的仪器谱进行解析。通过对合成谱线的解析,结果表明,该方法可以有效地分解能量差2/3 FHWM重叠峰。将该方法应用到野外γ能谱仪的标定中,在混合模型上的检验结果表明,采用极大似然估计法进行能谱解析,建立含量和净峰面积之间的正比关系,可有效提高野外γ能谱仪对U、Th、K测量精度。

基于傅里叶变换的NaI(Tl)仪器谱散射本底估计方法

有效地估计NaI(Tl)仪器谱的散射本底可提高仪器的分析精度。本文提出了一种基于傅里叶变换的散射本底估计方法。通过在模拟谱线和实测NaI(Tl)仪器谱上的应用,表明该方法适用于NaI(Tl)仪器谱数据处理,能自主、有效估计散射本底。

大体积阱式NaI(Tl)探测器的效率计算与测量

使用蒙特卡罗方法模拟计算了一个用于4πγ计数的大体积阱式NaI(Tl)探测器的效率和能谱。采用一系列单能γ源标定探测器,对计算结果进行检验,其结果基本一致,两者间的最大偏差不超过±8%,证明计算结果是可靠的。

基于14 MeVμs脉冲中子发生器与NaI(Tl)和BGO闪烁探测器的爆炸物检测系统的研制

介绍了利用14MeVμs脉冲中子发生器、NaI(Tl)和BGO闪烁探测器建立的爆炸物检测实验系统。研究了中子感生瞬发γ能谱的时间特性,分别测量了快中子的非弹性散射γ能谱和热中子辐射俘获γ能谱。使用了NaI(Tl)和BGO两种探测器测量γ能谱;NaI(Tl)探测器在测量14N的热中子辐射俘获γ10.835MeV时表现出了很好的性能,而BGO探测器则在测量12C和16O的快中子非弹性散射γ时得到了较好的结果。利用这两种探测器测量了22种样品,其中包括RDX、TNT、NQ3种炸药。根据NaI(Tl)和BGO测量到的中子感生瞬发γ能谱,在分析了1H、12C、14N、16O的元素含量之后,有效地实现了对炸药与普通物品的分辨。

用NaI(Tl)探测器测量γ辐射场剂量特性的加权积分法研究

辐射场剂量特性的测量可以通过剂量率仪或谱 剂量转换的方法来实现。其中一种谱 剂量转换的方法是通过一个G(E)函数 ,把测得的结果直接换算成剂量而不需解谱。本文采用这种方法 ,对一个75mm× 75mm的NaI(Tl)探测器的能谱特性进行测量与分析 ,算出了该晶体的G(E)函数值及估计的误差 。

一套用于现场视察的车载NaI(Tl)_γ谱仪系统的研制

研制了移动式车载NaI(Tl)γ谱仪扫描测量系统,主要用于快速甄别地面及空气中的人工放射性异常。系统主要由大体积NaI(Tl)探测器阵列、数字多道、GPS、电子学柜及越野车组成。系统研制中,以MC计算和实验数据为依据,选择订制了满足需要的探测器;以40K 1 461 keV能峰为稳定参考峰,实时校准峰位,解决了系统谱漂移问题;用抽样率转换方法实现了两个探测器能谱的合成;采用基于噪声调整的奇异值分解法(NASVD)实现能谱降噪、本底剥离与放射性异常甄别;采用实时读取与删除多道数据、在计算机缓存中处理数据后再备份的方法,实现了对不允许测量核素的能窗屏蔽功能;基于C#编写测控软件,实现了谱获取、储存与处理、扫描轨迹记录与显示等功能。系统适用于禁核试核查现场视察与大区域放射性污染场址污染治理,还可应用于一般环境放射性调查及核应急等工作。

蒙特卡罗方法模拟放射源位置对井型NaI(Tl)晶体探测效率的影响

利用Geant4数值计算程序,对放射源137Cs和60Co发射的单能γ射线(0.662 MeV和1.331MeV)经过井型NaI(Tl)晶体探测器后的能谱进行了蒙特卡罗模拟,并通过改变放射源在井型NaI(Tl)晶体中的位置对探测效率的影响做了进一步的研究。计算结果表明:对比常用的圆柱形NaI(Tl)闪烁探测器,由于井型NaI(Tl)晶体对放射源所张立体角很大,所以其对γ射线的源峰探测效率更高,并随着放射源在井内高度的增加而逐渐减小;在固定了放射源在晶体井下深度的情况下,放射源位置在水平面内的变化对源峰探测效率的影响并不大。

NaI(Tl)γ能谱分析中谱漂移的分时动态修正方法

作者为解决NaI(Tl)γ谱仪在测量过程中谱漂移对解谱的影响,提出了一种软件分时动态谱漂移修正方法,并用3组份点源进行了检验.结果表明,修正后用神经网络方法解谱的误差由4.6%减少到3.0%.

NaI(Tl)晶体对γ射线响应函数的蒙特卡罗模拟

以137Cs放出能量为0.662MeV的γ光子在NaI(Tl)晶体中的响应函数为研究对象,探讨响应函数的计算方法。对能量沉积谱分段,计算出落在每一能量段内的概率,依此将实验测得的参数代入程序中对谱线进行拓展形成符合高斯分布的全能峰。用蒙特卡罗方法建立物理模型,利用设计的模拟软件模拟出整个光子的运动过程,同时显示出晶体探测到的γ光子响应函数。

野外就地测量便携式NaI(Tl)γ谱仪的初步标定及花岗岩标定台的建立

高效率低分辨率的便携式NaI(T1)γ谱仪野外就地测量是释光、电子自旋共振测年中环境剂量率测量的重要方法之一,其标定是一项重要的基础性工作。我们利用英国牛津大学的混凝土标定台对本实验室的ORTEC MicroNomad型NaI(T1)γ谱仪进行了标定,初步建立了几何形状、材料成分和密度与野外测量条件相似的NaI(T1)γ谱仪花岗岩标定台,并通过不同方法测量得到了本标定台的放射性元素含量。

车载式NaI(Tl)大晶体组的多道谱仪

文章介绍车载式NaI(Tl)大晶体组的γ多道谱仪,该谱仪选用2个10cm×10cm×40cmNaI(Tl)方晶体探头,采用高速ADC集成芯片、USB微控制器等先进技术,具有实时、灵敏度高、识别核素的特点,可用于搜寻失控放射性源、核与辐射突发事件中的快速探察和应急监测、环境辐射调查等工作。

一种通过车载NaI(Tl)γ能谱甄别放射性异常的有效方法

基于噪声调整奇异值分解(NASVD)的第二奇异值对谱形变化的敏感性,及扫描测量相邻本底能谱间的相似性,建立了一种通过车载NaI(Tl)γ能谱甄别放射性异常的有效方法。用NASVD进行能谱降噪、异常甄别及本底谱重构和剥除,之后采用彩虹图法显示异常。该方法实现了对放射性异常的灵敏甄别和清晰显示。

NaI(Tl)闪烁探测器对铯源响应的蒙特卡罗模拟

对NaI(Tl)探测器的γ能谱进行了MC模拟,模拟研究了不同源-探距、不同能量分辨率、不同模拟时间和平面源分布等条件下的137Csγ能谱。137Cs点源的模拟谱与实测谱的对比表明两者基本相符。

采用NaI(Tl)晶针阵列的小型单管γ相机的性能研究

通过实验对采用NaI(Tl)晶针阵列的小型单管γ相机的性能进行了研究,得到的实验结果是:(1)能量响应:对Am-241(59.5 keV)的γ射线能量分辨率为19%;(2)位置线性:绝对非线性1 mm,微分非线性0.67 mm;(3)空间分辨率:半高宽为2.2 mm.得出的结论是:(1)采用NaI(Tl)晶针阵列的小型单管γ相机的压缩效应较小;(2)由于晶针单元限制了光子的分布,所以采用NaI(Tl)晶针阵列的小型单管γ相机的空间分辨率基本上由晶针的尺寸大小决定;(3)与平板式NaI(Tl)晶体小型单管γ相机相比,采用NaI(Tl)晶针阵列的小型单管γ相机的能量响应、位置响应和空间分辨率等性能都有一个较大的提高.