一台反康普顿HPGeγ谱仪的性能改造和应用

主要描述了一台反康普顿HPGeγ谱仪系统改造前后的结构和性能。由于原有系统的积分本底偏高,在对它进行性能测试、本底来源分析之后,采取了改造屏蔽室,更换低本底主探测器等措施。通过细致的调试,测试了主要性能指标。积分本底(能区50～2000keV)由原67min-1(主探测器相对探测效率为40%)降至约20min-1(主探测器相对探测效率为50%)。标定了滤材样品的探测效率曲线,计算了大气气溶胶取样样品中140Ba核素的最低可探测浓度(MDC)。在大气中212Pb浓度约0.3Bq/m3时,140Ba的MDC可达10μBq/m3。

一套低本底反康普顿HPGeγ谱仪系统积分本底的实验研究

本文对一套低本底反康普顿HPGeγ谱仪系统的积分本底进行了实验研究,测量了谱仪系统在无屏蔽、屏蔽室以及屏蔽室加反符合三种条件下的积分本底。结果表明,谱仪系统积分本底主要来源于康普顿连续坪区和40K核素1460keVγ射线全能峰。实验确定了40K主要来自NaI(T1)环探测器的六个光导玻璃窗及光电倍增管,两者所含40K总的放射性活度约为612Bq。

低本底反康普顿HPGeγ谱仪能量分辨率影响因素分析

简述了低本底反康普顿HPGe(高纯锗)γ谱仪系统构成与工作原理,主要分析了影响系统能量分辨率技术指标的诸因素,提出了系统最佳配置原则,为购置、安装及调试系统提供了决策依据。

两套低本底反康普顿HPGeγ谱仪技术指标的比较

以对比的手法介绍了两套结构相同的低本底反康普顿高纯锗γ谱仪在技术指标、性能上的差别；并通过详实的实验数据，对谱仪处在不同工作状态时的康普顿散射抑制效果作了细致的比较，分析了影响提高峰康比的主要因素。

HPGe 低本底反康普顿γ谱仪

本文报道了以ＨＰＧｅ为主探测器的低本底反康普顿γ谱仪。该谱仪以环形和圆柱形ＮａＩ（Ｔｌ）组成阱型反符合屏蔽探测器，以钢、铅及不锈钢等材料组成复合结构屏蔽室。对４０Ｃｏ１３３２．５ｋｅＶγ射线，ＨＰＧｅ主探测器能量分辨率为１．８６ｋｅＶ，相对效率为３８％。在阱型反符合屏蔽条件下，谱仪对１３７Ｃｓ点状薄膜源测得康普顿抑制系数为４．４；峰康比为８７０∶１；５０～２０００ｋｅＶ能区内每ｍｉｎ积分本底为７．５；测量时间１０００ｍｉｎ，置信度为９５％，谱仪对１３７Ｃｓ点薄膜源的最小可探测活度为３．８ｍＢｑ。

一套低本底反康普顿HPGe γ谱仪十年运行回顾

介绍了一套低本底反康普顿高纯锗(HPGe)γ谱仪系统的基本组成、工作原理和主要技术指标,回顾了谱仪运行十年来主要指标的变化情况,介绍了10年来基于该谱仪所开展的主要工作和取得的重要成果,展望了谱仪广阔的应用前景。

使用准直器后HPGe反康普顿γ谱仪的效率刻度

本文讨论了反康普顿γ谱仪在应用中所显示出的局限性以及这种谱仪在正常运行时（使用反符合线路）做效率刻度所遇到的问题。采用具有圆锥形开口的准直器限定源的γ射线只能入射到主探测器上。

用于原子核高自旋态研究的BGO反康普顿高纯锗谱仪

本文叙述了用国产BGO闪烁体构成的用于原子核高自旋态研究的BGO反康普顿高纯锗谱仪的设计和它的性能。测试结果表明,对^(60)Coγ射线源,它的抑制系数在100—500、500—700、700—900keV能区范围内分别为2.8、4.2和5.3。其峰总比为46—49％。

反康普顿γ谱仪在CTBT滤材样品国际比对中的应用

测试了一套反康普顿γ谱仪系统的主要性能,并用该系统测量了2004年度CTBT国际比对气溶胶样品,分别使用反康普顿γ谱仪的抑制谱和非抑制谱对样品中的核素及其活度进行了分析,分析结果表明,反康普顿谱仪在环境水平弱放射性分析方面具有明显的优势。

低本底反康普顿γ谱仪分析谷物中放射性核素

通过比较低本底反康普顿HPGeγ谱仪两种操作模式(有反康和无反康)测量4种谷物样品中放射性活度的异同,讨论反康普顿抑制的优越性。结果显示,有反康时能谱中的康普顿基线本底有显著抑制,从低能区的2倍至高能区的5倍(60keV^1.46M eV)不等。但对特定核素的分析探测限不仅与康普顿本底有关,还与系统自身可能存在的特定能峰的本底净计数率有关。由于无137Cs系统本底且反康抑制达4~5倍,测到4个样品中137Cs比活度在0.03~0.06Bq/kg,而如没有反康则都低于探测限。由于系统中本底几乎可以忽略,234Th探测限(0.2~0.4Bq/kg,对63keV)和228Ac探测限(~0.1Bq/kg,对911keV)有反康时下降了20%~30%。由于测量期间的高氡环境本底,226Ra(测214Pb352keV峰)探测限有点高(0.7~1Bq/kg),反康未起作用。样品中的40K高达22~144Bq/kg。

几何条件对反康普顿γ谱仪测量影响研究

为研究实际样品所处几何位置与样品的几何形状对反康普顿γ谱仪的测量影响,通过改变源与探测器的位置和源自身的几何形状来测试一套反康普顿γ谱仪系统的康普顿抑制效果。主探测器与塞探测器贴近源时,峰康比(P/C)与康普顿抑制系数(CSF)可达最大值;相同直径的体源,高度越小,其P/C与CSF越小;相同高度的体源,直径越小,其P/C与CSF越小。在测试的40K体源系列中,φ30 mm×15 mm的体源具有最大的P/C和CSF值。改变样品的测量位置,优化样品的几何形状,能够在一定程度上获得更好的康普顿抑制效果。

采用联反符合计数系统的康普顿抑制γ谱仪

本文介绍的用于低本底γ测量的小型康普顿抑制谱仪采用并联取样反符合计数系统，同时具有简单有效的物质屏蔽和数据自动采集和分析功能，在阱型反符合屏蔽条件下，谱仪对置于ＮａＩ（Ｔｌ）主探测器上方３．５ｃｍ处的￣（１３７）Ｃｓ薄膜源的探测灵敏度为７４．３７Ｐａ；在５０～２０００ｋｅＶ能区的积分本底为１１５ｍｉｎ￣（－１），与无反符合屏蔽时相比降低了６１．５％。

基于反符合测量技术的HPGeγ谱仪系统峰康比影响因素研究

介绍了反康普顿HPGeγ谱仪系统的结构组成和井型反符合工作原理,对系统在有无反符合测量条件、源与环探测器相对距离以及源强对峰康比的影响进行了实验研究。实验结果表明,系统在反符合测量条件下,标尺相对位置为46.5cm,源强较弱的情况时,反符合测量技术对系统具有很好的抑制康普顿坪的作用,系统峰康比可达最佳值。

土壤样品Ge(Li)反康普顿γ谱的分析

本文报告了用高灵敏度高分辨率Ge(Li)反康普顿γ谱仪分析土壤样品的几种方法。通过用含量已知的实配标准样进行检验;同时用美国国家标准局提供的标准样作传递而制定的标准土壤样品进行比对;并与国内若干实验室对土壤样品分析的结果比较。结果表明:用Ge(Li)反康普顿γ谱比单一Ge(Li)谱确定土壤样品中放射性核素,尤其是^(238)U,方法更简便、准确度更高。用^(182)Ta+^(152)Eu加土壤标准源刻度确定的效率曲线,对反康谱分析结果的准确度最高,优于±3％。

一台低本底反符合γ谱仪本底主要来源的确定

放射性核素４０Ｋ是我们已经研制成的ＨＰＧｅ低本底反符合γ谱仪本底的主要来源。本文介绍确定４０Ｋ来源的方法及其结果。结果表明，４０Ｋ本底主要来自由北京核仪器厂生产的ＳＴ１０５型ＮａＩ（Ｔｌ）环探测器所使用的６个光导玻璃窗，其钾含量为１５．８％，所含４０Ｋ总的放射性活度约为９１０Ｂｑ。

几种体源的反康谱仪测量条件的实验优化

介绍了一套4π反康普顿γ谱仪系统的组成,并对其性能进行了测试,实验确定了Φ20 mm扁平源、Φ50 mm和Φ70 mm滤材样品的最佳测量条件。

一种高效紧凑反康普顿谱仪的初步研制

目前现有的反康普顿高纯锗γ谱仪主要采用模拟电路实现多路反符合,从而实现对康普顿散射本底的抑制。由于模拟电路复杂度高,调试不易,温度稳定性差,灵活性不足,长期稳定性与性能都有局限性。本文研制了数字式反康普顿高纯锗γ谱仪:将高纯锗主探测器、环形符合探测器及塞子符合探测器测量得到的每个射线事例信息(到达时间、能量、探测器ID等)以数据包流方式发送到计算机端(时间戳列表模式既list-mode),上位机端根据预设的配置参数对不同探测器的事例数据包进行组合处理实现符合\反符合等处理,并自动绘制出符合分辨曲线,从而确定最优符合分辨窗口τ值,实时得到原始高纯锗能谱、反康后高纯锗能谱、反符合能谱、符合分辨曲线等。系统采用了200 MHz同步时钟为每个事例数据包打上时间戳,保证有5 ns的时间同步精度,可满足高纯锗γ谱仪的反康普顿要求。采用了对称零面积梯形成形方式替代传统梯形成形在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片内部实现了快、慢成形双通道,实现优异的低频噪声抑制与基线估计效果。针对大体积高纯锗探测器开发了上升时间、多点能量沉积修正等算法,可有效提高系统能量分辨率。采用SQLite快速数据库存储所有探测器的事例数据包,可实现一次测量、多次重复使用的效果,避免了参数调整带来的重复测量时间浪费,体现了list-mode数字化测量设计的优势。经测试,本系统的康普顿减弱因子(康普顿边处)达9.8,反康后峰康比可达1 158:1,60Co的1 332.5 keV全能峰能量半高宽为1.70 keV(60%相对探测效率),反康前系统积分本底为1.674 s-1,反康后积分本底降为0.483 s-1,针对137Cs的最小可探测活度(MinimumDetectable Activity,MDA)反康前为20.5 mBq,反康后降低至11.3 mBq。

核衰变γ射线谱的测量

本文对我们实验室的探测系统和数据获取方法作了介绍,这两个系统即低本底反康普顿谱仪和γ-γ-t三参数快慢符合谱仪,我们核衰变谱学组常用这两套谱仪来测量伴随核衰变的γ射线。此外作为例子用这两套谱仪对Cf自发裂变碎片衰变γ射线和伴随As的β++EC衰变γ射线的测量作了简要描述。

基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计

本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI(Tl)环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI(Tl)主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。