无人机载LaBr_(3)(Ce)探测器对点源的最小可探测活度研究

随着核能与核技术应用的不断发展,对无人机载航空测量设备提出了新的要求。LaBr_(3)(Ce)探测器以其优良的能量分辨率(<3%@661.2 keV)以及较高的探测效率受到了特别的关注。本文通过开展对LaBr_(3)(Ce)探测器的性能测试及无人机载飞行实验,对2″×φ2″英寸LaBr_(3)(Ce)探测器在不同条件下对点源的探测能力进行了研究。测试内容主要包括对LaBr_(3)(Ce)探测器的本底测试、探测效率测试、角响应测试等。飞行实验包括在不同辐射本底下的不同高度、不同速度、不同偏航距的飞行测试。确定了2″×φ2″英寸LaBr_(3)(Ce)探测器在K为557.01 Bq/kg、U为17.64 Bq/kg、Th为29.41 Bq/kg的辐射背景场下,不同飞行条件时探测器对~(137)Cs点源的最小可探测活度。

HPXe电离室和LaCl_3(Ce)探测器在核材料鉴别中的应用

在核材料鉴别中,鉴于铀、钚材料中同位素种类多,发射的多条γ射线能量比较集中(主要都在0.1-2MeV之间)且分支比都比较小,生成的γ能谱复杂等特点,对于测量铀、钚材料的γ探测器要求具有高的能量分辨本领和探测灵敏度。常用于该种测量的是NaI闪烁探测器和HPGe探测器,而新的高压氙(HPXe)电离室探测器和LaCl3(Ce)探测器为核材料的鉴别提供了一种新的有效检测手段。

低强度脉冲伽马辐射测量中LaCl_3、YAG∶Yb和CeF_3闪烁探测器优选

为了在低强度脉冲伽马辐射测量中获得更精密可靠的测试数据,对La Cl3(50 mm×30 mm)、YAG∶Yb(50mm×50 mm)两种新型闪烁探测器和常用Ce F3(45 mm×20 mm)闪烁探测器的灵敏度、伽马/中子甑别能力、时间响应特性、统计涨落等主要参量进行了实验测量和对比。实验测量结果表明:La Cl3闪烁探测器灵敏度最高;伽马/中子甑别能力比另两种闪烁探测器高1倍以上;时间响应与Ce F3闪烁探测器相当;统计涨落最小(测点注量率相当的情况下)。进行中子、伽马混合脉冲辐射场中的低强度脉冲伽马辐射测量时,三种闪烁探测器中,La Cl3闪烁探测器是一种更佳的实用候选闪烁探测器。

国产LaCl_3:Ce探测器裂变γ能区多能量点灵敏度测量

应用60Co强γ源进行康普顿散射,再结合0.67MeV(137Cs源)和1.25MeV(60Co源)标准γ源,获得裂变γ能区多种能量γ辐射。以国产掺铈氯化镧(LaCl3:Ce)闪烁晶体样品配光电倍增管构成快响应闪烁探测器,在这些γ能量下对LaCl3:Ce探测器灵敏度进行了测量。测量结果表明:以LaCl3:Ce对0.67MeVγ的灵敏度为归一基准,LaCl3:Ce对1.25MeVγ的灵敏度约为1.28;对尺寸为φ40mm×2mm的LaCl3:Ce,能量在0.39～0.78MeV之间对应的灵敏度最大为1.18,最小为0.96;对尺寸为φ40mm×10mm的LaCl3:Ce,最大为1.06,最小为0.98。本测量数据可为理论计算LaCl3:Ce能量响应定标、校正提供测量数据参考,为获得裂变γ能区LaCl3:Ce探测器综合灵敏度提供实验数据依据。

LaBr_3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究

近年来一种采用LaBr3:Ce晶体的闪烁探测器被研发出来,这种新型探测器比NaI(Tl)探测器具有更高的能量分辨率,在662 keV大约为3%。利用蒙特卡罗通用程序MCNP4C分别模拟计算了LaBr3:Ce晶体和NaI(Tl)晶体的γ能谱,模拟能谱与相应的实验测量能谱符合很好。研究还发现晶体尺寸大小对能量分辨率没有影响,能量分辨率不随晶体体积的增加而提高。同样晶体尺寸下通过模拟探测不同入射能量γ射线的峰总比R(E)计算值与NaI(Tl)晶体的模拟值和实验值比较发现,LaBr3:Ce晶体对中高能量γ射线的探测效率较高,而在较低能量时探测效率低于NaI(Tl)晶体。

LaCl3闪烁探测器在γ能谱测量中的应用

用几个标准γ源对LaCl3和NaI闪烁体探测器的能量分辨率进行了刻度,并对测量的结果进行了比较,发现LaCl3探测器的分辨率要优于NaI探测器。为了得到精度较高的γ能谱,用EGSnrc计算了LaCl3探测器的能量响应函数,作为探测器的解谱响应矩阵。用探测器测量了152Eu标准γ源,逆矩阵法解谱后的γ能谱与HPGe谱仪测量结果以及标准值进行比较,发现LaCl3探测系统在能量线性、探测效率以及能量分辨方面都具有很好的性能,说明该探测器在γ能谱测量具有很好的应用前景。

基于LaBr_3:Ce探测器的^(241)Am-Be中子源测井研究

针对国内中子测井所使用探测器探测效率不能满足实际应用的情况,采用^(241)Am-Be中子源和LaBr_3:Ce探测器在中石油公司一个放射性同位素中子测试井中对H、C、Fe等几种地壳元素进行了测量,并与现今测井常用的锗酸铋(Bismuth Germanium Oxide,BGO)探测器进行对比测量。测得的能谱结果对比发现,进行地壳元素测量时LaBr_3:Ce探测器比BGO探测器具有更高的能量分辨率,并且在相同外部测试条件下BGO探测器探测到Fe峰非常微弱。因此将LaBr_3:Ce探测器进一步应用到测井中的市场前景广阔。

大面积LaBr_3:Ce闪烁探测器伽马灵敏度和时间响应测量

在^(60)Co放射性标准源场中,对国内新研制的大面积LaBr_3∶Ce闪烁探测器伽马灵敏度进行了测量,并用GD100光电管分别与LYSO:Ce、ST401闪烁体构成闪烁探测器的伽马灵敏度进行了对比分析;应用CΓC-67型三通道的ns快脉冲辐射源对这种大面积新型闪烁晶体本身的时间响应特性进行了测量。实验测量结果表明:直径76 mm的大面积LaBr_3∶Ce闪烁探测器伽马灵敏度与LYSO∶Ce、ST401闪烁探测器的同体积归一灵敏度比分别超过5和200;时间响应前沿2.56 ns,后沿56 ns,半高宽23.56 ns,衰减时间25.45 ns。

基于LaBr_(3)(Ce)晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的研制与性能校正

γ相机可用于放射性物质的准确定位,因此在核电站大修以及核退役设施的源项定位等核工业领域具有重要应用价值。针对高能量分辨率、高计数率、小型化γ相机探测器的设计要求,提出了采用8×8根6.4 mm×6.4 mm×20 mm的LaBr_(3)(Ce)晶体阵列通过硅脂耦合8×8的硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier Tube,SiPM)阵列的方式构成γ相机的位置灵敏探测器,并根据脉冲信号特征设计了相应的读出电路。通过测试发现,该探测器模块在662 keV的γ射线照射下,64根晶体条的平均能量分辨率为4.96%,最佳的能量分辨率为3.92%,最差为5.91%。后续进行了各个晶体条像素的峰位一致性和灵敏度一致性的测试和校正,取得了较好的效果。测试结果表明:该探测器在能量分辨率、峰位一致性以及灵敏度一致性等性能方面均能够满足预先设定的γ相机成像的设计要求,具备了核工业领域的应用前景。

GECAM卫星LaBr3(Ce)探测器低能区性能研究

为了探究GECAM卫星LaBr3(Ce)探测器的主要性能,利用硬X射线测试装置所产生的单能X射线对LaBr3(Ce)探测器进行初步的性能测试,并用ROOT程序对数据进行处理。测试得到了LaBr(Ce)探测器8.3~63.0keV的能量与能道的关系曲线、能量分辨率曲线以及全能峰探测效率曲线。测试结果表明,LaBr3(Ce)探测器在8.3~63.0 keV时的能量线性为0.9994,能量分辨率为14.86%@38.0keV,探测效率曲线在39.0keV出现明显的吸收边,与理论预期相符,满足LaBr3(Ce)探测器的设计要求。

用MC软件模拟计算LaBr_3(Ce)探测器对MB容器中气态β^+粒子湮灭γ光子的探测效率

用蒙特卡罗软件MCNPX版本模拟计算了同一尺寸的溴化镧探测器对不同体积的MB容器中β+粒子的探测效率和计数率,以及不同尺寸的探测器对同一MB容器、同一探测器在同一体积的MB容器中处于不同深度时对β+粒子的探测效率和计数率,根据计算结果,确定了MB容器的最佳体积和探测器在MB容器中的最佳位置,并和NaI(Tl)探测器模拟的结果进行了比较,结果显示,LaBr3(Ce)探测器对MB容器中β+粒子的探测效率比NaI(Tl)要高。

LaBr_3:Ce探测器对低能γ射线角响应研究

建立以探测器前表面中心和探测器体心为参考原点的两种几何模型,研究了Saint-Gobain Brillan Ce380探测器对^(241)Am、^(133)Ba、^(137)Cs源γ射线在15 cm、25 cm、35 cm处由0~90°范围内入射能量沉积脉冲高度谱,通过源峰探测效率的差异表征角响应的变化。实验结果表明:该探测器对低能γ射线响应随入射角度的增大呈递减趋势,源峰探测效率最大变化约达30%,并随源距离的增加各向异性程度逐渐减弱。此结果可为LaBr_3:Ce探测器检测未知核材料及其剂量水平提供修正参考。

LaBr3(Ce)探测器对MB容器中气态β^＋电子湮灭γ光子探测效率的数值计算

基于蒙特卡罗,建立数学几何模型,用数值计算方法模拟计算了LaBr3探测器对不同体积的MB容器中气态β+电子湮灭产生γ光子的探测效率。数值计算结果与MCNP软件模拟结果在一定范围内一致。本文为计算LaBr3探测器对气态β+粒子的探测效率提供了一套可行的理论计算方法,同时为开发一套无源效率刻度软件做了铺垫。计算结果为实验刻度其探测效率提供了有效的参考依据。

地层元素n-γ测井中LaBr_3:Ce探测器响应数值蒙卡模拟

随着地层元素测井的发展,提高探管中探测器分辨率是技术人员研发重点之一。近年来,LaBr_3:Ce闪烁探测器凭借优良响应性能逐渐在中子测井领域推行。基于蒙特卡洛方法,对比分析了LaBr_3:Ce、NaI和BGO探测器对不同能量γ射线的沉积谱,并建立地层测井模型,采用D-T脉冲中子源和LaBr_3:Ce探测器对H、O、C、Fe等地壳元素γ特征能谱进行分析,设置4组晶体尺寸观测探测效率的变化。模拟结果表明:LaBr_3:Ce和BGO探测器能量响应明显优于NaI探测器,LaBr_3:Ce特征峰相对探测效率最高,因此进行常见地层元素分析时选择LaBr_3:Ce晶体。

数字上升时间法甄别LaBr_(3):Ce探测器α本底研究

为甄别LaBr_(3):Ce晶体本底γ和α事件,使用数字化仪采集探测器阳极信号,基于数字上升时间法(DRTM)进行脉冲的离线分析,考察了积分后脉冲幅度的上下恒比点和垂直采样最低有效位对甄别品质因子(FOM)的影响,并比较了数字上升时间法与数字电荷比较法(DCCM)的α-γ甄别性能。结果表明:DRTM的甄别效果主要取决于上恒比点的选取,下恒比点对结果的影响较小;垂直采样精度的提升可显著改善FoM值;相同条件下DRTM的α-γ甄别性能优于DCCM。

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。

NPTool模拟NaI（Tl）和LaBr3（Ce）闪烁体探测器试验研究

应用NPTool开源模拟代码进行Monte Carlo数值模拟,计算NaI(Tl)和LaBr3(Ce) 2种闪烁体探测器对不同能量伽马射线的能量沉积谱,分析闪烁体探测器的能量分辨率和探测效率。通过计算和分析结果与试验获取的NaI(Tl)和LaBr3(Ce)闪烁体探测器的测试参数的对比,表明NPTool开源代码可以应用于闪烁体探测器的设计和数值模拟。该研究结果为闪烁体探测器的应用打下了基础。

LaBr_3(Ce)闪烁体探测器的数字滤波成形

LaBr_3(Ce)探测器是一种新型无机闪烁体探测器。该文利用梯形成形算法和高斯成形算法对模拟信号和来自LaBr_3(Ce)探测器的核脉冲信号进行滤波成形。分析这两种算法的特点以及不同成形参数对滤波效果的影响,得到寻找最佳成形参数的规律,为更好提取来自LaBr_3(Ce)探测器的核脉冲信号的幅度提供指导。

国产无机闪烁晶体LaCl_3∶Ce的探测能力和时间响应测量

以国产的掺铈氯化镧(LaCl3∶Ce)闪烁晶体与线性电流大于1.5 A的光电倍增管构成闪烁探测器,利用60Co、137Cs放射性标准源场,实验测量这种探测器对γ辐射的探测能力,并与同情况NaI∶Tl闪烁探测器进行比对;利用266 nm单色激光和ns级的γ脉冲辐射分别对这种闪烁体的光致激发、辐射激发的时间响应性能进行测量。测量结果表明:国产新型LaCl3∶Ce无机闪烁晶体样品构成的探测器对1.25 MeV、0.66 MeVγ射线的探测能力平均约为同情况NaI∶Tl闪烁探测器的103%,高的已超过了同尺寸NaI∶Tl构成的闪烁探测器;266 nm单色激光光致激发时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.05 ns、17.42 ns、54.30 ns和24.61 ns,ns级的γ脉冲辐射激发的时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.52 ns、21.99 ns、75.13 ns和34.19 ns。

新型高光输出快响应的LaCl_3:Ce晶体时间响应性能测量

LaCl3:Ce晶体是新型高发光产额、快衰减的无机晶体。利用皮秒级激光器和纳秒脉冲源对国产该类晶体的时间响应性能进行测量;同时推算并使用了用脉冲法获得晶体发光衰减常数的简单估算公式。实验结果表明:LaCl3:Ce晶体对皮秒脉冲器的时间响应衰减时间常数为25 ns,与文献符合较好;对纳秒脉冲源的时间响应衰减时间常数为69.13 ns。衰减时间的差异考虑为发光机制的不同与环境散射的影响。