面向辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪蒙特卡罗模拟研究

使用蒙特卡罗软件Geant4设计模拟了一套用于核事故等辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪.主探测器采用HPGe探测器,选择新型闪烁体晶体LaBr3(Ce)作为次级探测器.利用Geant4对探测器系统进行模拟优化,确定最佳的探测器尺寸和结构.模拟的γ射线能量范围从500到1500keV.结果表明,增加主体LaBr3(Ce)晶体厚度能显著提升康普顿抑制系数,当主体LaBr3(Ce)晶体厚度达到60mm时,提升效果明显减弱;在HPGe探测器的后方添加LaBr3(Ce)晶体也能一定程度提升抑制效果,而在HPGe探测器的前方增加LaBr3(Ce)晶体厚度对康普顿抑制系数的提升非常有限.在最优化条件下模拟测量了放射性核素I-131,Cs-134,Cs-137和K-40,对发射单能γ射线的Cs-137和K-40康普顿抑制效果很好,对存在级联衰变的I-131和Cs-134抑制效果相对较弱.

HFETR放射性核素监测的反康普顿γ能谱仪蒙特卡罗模拟研究

燃料元件发生破损时大量放射性核素进入一回路系统,对放射性核素的含量进行监测,能及时有效地判断元件是否破损及破损程度。要准确分析燃料元件破损程度,目前在HFETR上利用一次水冷却剂样品进行核素分析,使用高纯锗(HPGe)探测器进行离线γ谱分析,这种方法性能不稳定,易受本底干扰,尤其在γ射线800keV以下具有很高的康普顿平台,不利于γ射线测量。使用蒙特卡罗软件Geant4设计模拟了一套用于监测放射性核素的反康普顿γ能谱仪,主探测器采用HPGe探测器,选择NaI(Tl)闪烁体作为次级探测器。模拟一次水取样样品中放射性核素Na-24,Kr-88,I-131,Xe-135,Cs-137进入探测器,结果表明,在γ谱非常复杂的情况下,通过反符合技术可以很好的抑制康普顿平台和探测系统本底,提高各核素特征峰(尤其是低能段的核素特征峰)的探测精度,便于更准确地计算一次水核素浓度变化及判断元件破损情况。