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。

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。

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。

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。

NaI(Tl)闪烁谱仪谱漂移原因分析

在论述NaI(Tl)闪烁谱仪系统的基础上,对NaI(Tl)闪烁谱仪的谱漂移产生机理进行了理论分析,并在理论分析基础上从测量和稳谱的角度对引起谱漂移因素进行了分类,以利于获得稳谱的方法及减小谱仪谱漂移产生的技术途径,并提出了对于非线性谱漂移的稳谱方案.

基于Geant4的NaI(Tl)闪烁谱仪模拟

Geant4是一套用于精确模拟粒子在介质中输运过程的蒙特卡罗数值计算软件工具包.本工作基于该工具包,通过对一个NaI(Tl)闪烁谱仪进行实例模拟计算,得到了与实验测量所得能谱具有相同特征的结果,表明Geant4不仅能够用于高能物理模拟,同时也可以应用于核技术领域的其它方面.

MC法刻度车载NaI(Tl)γ谱仪

介绍了车载NaI(Tl)闪烁探测器能谱系统的刻度方法。模拟计算的方法利用MCNP模拟软件,通过对实际测量模型的简化,建立了模拟计算的模型,通过实验刻度的方式对该模型进行了验证,结果表明误差在20%以内,可以利用该模型开展进一步的工作。

采用NaI(Tl)γ谱仪对含铀矿体的直接铀定量方法

目前,采用NaI(Tl)探测器的铀矿γ总量测井不能直接获得铀含量,地面γ能谱测量可以直接得到镭组核素含量,在铀-镭不平衡的情况下并不能当作铀含量。NaI(Tl)谱仪不能获得含铀矿体的精细γ谱,其仪器谱也反映不出与铀含量直接相关的特征峰,采用NaI(Tl)探测器的γ能谱测量是否能直接获得铀含量,至今尚无研究。采用CR-320型便携式NaI(Tl)闪烁谱仪对系列含铀硬岩体模型进行测量,通过234mPa之1.001 MeV特征能量窗,并结合线性回归相对分析法直接计算铀含量,获得了良好应用效果,含铀500 ppm以上相对误差不超过10.0%,对其它主要核素定量误差低于9.5%。

便携式就地NaI(Tl)γ谱仪

介绍了一种便携式就地 Na I( Tl) γ谱仪 ,该系统可用于环境或核事故后就地 γ能谱的测量 ,给出了环境中放射性核素的组成及各自的质量活度 ( Bq/kg)或表面活度 ( Bq/cm2 )和地面 1m高度的周围吸收剂量率 ( Gy/h)

G(E)函数用于NaI(Tl)谱仪的剂量计算分析

G(E)函数法是一种有效的谱-剂量转换方法,在该文中采用蒙卡模拟的方法分析了NaI(Tl)谱仪的G(E)函数,并通过相关实验对不同剂量环境时的G(E)函数计算值与剂量率仪测量值进行对比分析,分析结果表明,在低剂量时G(E)函数法域实际测量值的结果非常吻合(100 nSv/h左右)。实验结果同时表明剂量率的适用范围与谱仪本身性能有关。在一定的剂量率范围内,采用蒙卡方法计算G(E)函数并进行谱-剂量转换,其结果是可以接受的。使用NaI(Tl)谱仪在测量能谱的同时可以分析剂量。

降低NaI(Tl)γ谱仪探测限的技术探讨

核爆后其放射性元素种类复杂、量少,用NaI(Tl)γ谱仪监测时,多种核素峰重叠在能谱的散射区内难以识别,因此对谱仪的稳定性,能量分辨率,解谱技术以及最小可探测活度有很高的要求.本文通过实验和MCNP模拟,分析了对某NaI(Tl)γ谱仪探测限的影响因素以及降低探测限的措施,提出了通过屏蔽来降低本底,提高其最小可探测活度的方法,实验表明,通过选择合理的屏蔽尺寸,有效的降低了本底,提高了谱仪的低水平放射性监测能力.

NaI(Tl)闪烁谱仪峰总比的蒙特卡罗计算

简单分析 Na I(Tl)闪烁谱仪探测原理的基础上 ,运用蒙特卡罗程序 MCNP计算了该谱仪对不同能量点源的峰总比 (或光分数 ) ,并同实验结果做了对比 ,解释了计算结果比实验值偏高的原因。

NaI谱仪数字稳谱方法设计

通常野外环境下使用γ谱仪的工作温度范围为-20～50℃。NaI谱仪易受温度变化影响，当成形窄脉冲时尤为显著。本文设计的一种数字稳谱新方法可对每个脉冲进行实时幅度校正，在不增加系统复杂度的同时利用^137Cs参考源的两个特征峰进行实时稳谱。实验结果表明，在-20～50℃温度范围内，该方法可有效改善NaI谱仪的温度稳定性。

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。

固定式环境γ谱仪量值溯源方法

对一台类似于固定式环境γ谱仪的自主研发Na I(Tl)γ谱仪开展基本性能测试实验。其本底计数率约为(647.1±0.4)s^(-1)(k=1),远大于JJG 417-2006《γ谱仪》检定规程要求的8 s^(-1)。在该本底计数率下,γ谱仪无法完成JJG 417-2006提出的刻度源、活度检测项目中放射性样品的测量。这表明JJG 417-2006不适用于固定式环境γ能谱仪。针对此问题,依据固定式环境γ谱仪使用环境、监测对象及技术指标,对其新的量值溯源方法进行了探讨。

低功耗一体化机载式γ谱仪的设计

介绍了一种机载式γ谱仪的工作原理、总体结构和硬件设计思路。该能谱仪采用数字信号处理技术和基于现场可编程门阵列(FPGA)的数据采集技术,具有体积小、功耗低、精度高和扩展性好的优点,可挂载于小型飞行器进行自然环境γ能谱测量和γ核素识别,同时可测量γ剂量。该谱仪实现了一体化设计,具有无线数据的收发功能,可实现多任务条件下对γ能谱的检测。

基于γ谱形差异的定量分析对含铀矿体直接铀定量方法

对含铀矿体,γ能谱法直接铀定量可采用HPGe谱仪测量234mPa之1.001 MeV弱特征峰来实现。然而,闪烁体谱仪不能获得含铀矿体精细γ谱,其仪器谱也反映不出与铀含量直接相关的这一特征峰。因此,需要研究一种有效提取该弱信息以直接获得铀含量的方法。采用CR-320型便携式NaI(Tl)谱仪对系列含铀硬岩体模型进行测量,定量分析各矿体模型中心点位置γ仪器谱中该特征能量窗谱形的差异,结合线性回归相对分析法进行直接铀定量。分别对234mPa之1.001 MeV和发射强度更低的0.743 MeV特征能量,都获得了良好效果,满足铀矿勘探对硬岩型铀矿含铀500 ppm以上误差不超过10.0%的要求,对主要核素定量的最大误差为9.9%。

核电站现场空气样品γ谱快速筛选测量

NaI(Tl)γ谱仪能量分辨率较差,不适合做精确的核素分析,特别是在样品中存在多种γ放射性核素时,各种核素的γ全能峰相互干扰,使确定样品中的核素种类以及定量分析核素的含量非常困难。但NaI(Tl)探测器的探测效率比较高,适合对大量样品进行快速筛选性测量。本文结合对某核现场气载放射性核素浓度进行普查的结果,介绍了使用NaI(Tl)γ谱仪对γ放射性样品进行快速筛选测量的方法。实际应用结果表明,快速筛选测量方法可以在测量时间较短的情况下,对含有一定量γ放射性核素的样品作出有效的筛选判断。

基于发光二极管的稳谱技术研究

针对NaI(Tl)闪烁γ射线谱仪易受环境温度影响,造成能谱漂移,稳定性差,继而导致能谱解析困难的问题,本文自主搭建了发光二极管(LED)稳谱系统,并在此基础上初步探讨了基于LED的快速稳谱方法。研究表明:基于LED的稳谱方法具有安全可靠、参考峰干净,并且可拓宽NaI(Tl)闪烁γ射线谱仪应用场合等优势;通过对LED进行恒流脉冲驱动,可得到稳定的LED光脉冲;得到了-25℃^+55℃温度范围几种常用放射源能峰及LED峰位随温度变化曲线;发现温度变化导致放射源峰位漂移,部分温度下漂移量超过10%,经过稳谱后,峰位漂移量降低到±5%以内,实现了温度在较大范围内变化时对γ射线谱仪进行有效稳谱。

低放射性废水连续监测系统设计

构建了一种新型的低放射性废水连续监测系统。对其设计原理进行了简单介绍,并通过蒙特卡罗模拟对NaI(Tl)谱仪做了无源效率刻度,将测量结果与γ谱分析的结果做比较,监测仪测量结果满足需求。