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。

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。

低本底反康普顿HPGe γ谱仪的调试

本文报道的低本底反康普顿ＨＰＧｅγ谱仪．ＨＰＧｅ探测器对￣（６０）Ｃｏ的１３３２ｋｅｖγ射线的相对探测效率为３８．３％．能量分辨率为１．７７ｋｅＶ。在阱型反符合屏蔽下．对放在探测器端面的￣（１３７）Ｃｓ点状薄膜源的峰康比可达６８５．８：１；测量时间１００ｍｉｎ．置信度９５％时．￣（１３７）Ｃｓ点源的最小判断限为１．１２ｘ１Ｏ￣（－４）Ｂｑ。在物质屏蔽和阶型反符合屏蔽下，在５０～２１５２．８ｋｅＶ能区的积分本底为０．３４３ｓ￣（－１）。与无反符合屏蔽时相比，压缩系数大于４．５．对￣（１５２）Ｅｕ体源，谱仪积分非线性为０．０２７％。

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。

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。

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％。

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。

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。

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。

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。

适于强源测量的便携式反康普顿γ探测系统设计

本文详细分析了可形成康普顿坪的3个关键过程中γ射线能量沉积的特点,以碲锌镉探测器为主探测器,锗酸铋闪烁体为反符合探测器,设计了适于强放射源测量的4π和准4π2种结构的便携式反康普顿γ探测系统,并采用Geant4程序模拟计算了662 keV和1525 keVγ射线在2种探测系统上的测量能谱。结果表明,2种系统的整体外部尺寸均可控制为ϕ20 cm×20 cm,总体质量约70 kg。4π结构探测系统对662 keV和1525 keVγ射线的康普顿抑制因子分别为63和29,准4π结构探测系统对662 keV和1525 keVγ射线的康普顿抑制因子分别为51和26,模拟结果与设计指标相符,验证了系统设计的可行性。

一个测量中子核数据的新技术——瞬发γ射线法

以测量2 3 9Pu(n ,2n)反应截面为例概述了直接测量的中子法和间接测量的瞬发γ射线法的原理及其优缺点 .阐明了瞬发γ射线法的物理内含 ,阐述了如何从测量的σm(k)约束程序中的反应机制及其参数和得到最小漏失的σm(0 ) ,并分析了σn ,2n的不确定度的来源及其贡献 .瞬发γ射线法适合不易采用直接方法的中子核数据的测量 ,具有一定的普适性 .

强干扰下的^(196)Au和44Sc^(m)放射性活度测量装置研制

在^(197)Au(n,2n)^(196)Au和^(45)Sc(n,2n)^(44)Sc^(m)的中子谱平均截面测量中,^(196)Au和^(44)Sc^(m)活度低、半衰期短,受其(n,γ)活化产物干扰严重。为准确测量^(196)Au和^(44)Sc^(m),放射性活度测量装置基于反符合原理采取了以下技术措施:首先,使用液闪测量体系探测^(198)Au和^(46)Sc衰变发射的β-射线,利用β-射线反符合抑制康普顿本底;其次,使用环形NaI晶体构建便携式的反康普顿谱仪,利用反康普顿原理抑制康普顿本底。该活度测量装置利用数字谱仪将上述两套反符合系统融合为一,取得了良好实验效果。对^(196)Au和^(44)Sc^(m)的MDA分别降低到原来的16.7%和36%,在0.2 MBq ^(198A)u和^(46)Sc的同位素强干扰条件下,MDA分别小于0.7 Bq和0.3 Bq。

轴对称型BGO反康屏蔽探测器研制

着重报告了自行研制的轴向对称型BGO反康屏蔽探测器的基本结构、抑制原理及其抑制性能的测试结果。测得60Coγ射线源的康普顿抑制系数在能区100～300、300～800、800～1100keV范围内分别为2.3、4.1和4.6,且峰总比为37%(对相对效率为30%的HPGe探测器)。

基于SiPM的阵列式X射线背散探测器设计

阵列式探测器是背散射成像设备能够小型化的关键。受限于光电转换器件的灵敏度和转换效率等因素,阵列式探测器设计一直进展缓慢。本文提出使用硅光电倍增管(SiPM)作为核心部件,并从准直器、闪烁晶体和光电转换元件进行阵列背散射探测器设计的新思路。利用X射线特征谱线建立仿真模型,确定闪烁体CSI厚度为1 mm;准直器设计为栅格状,栅格高度4 cm,间隔为6 mm;SiPM尺寸相应为6 mm×6 mm。根据设计结果完成了探测器单个组件的加工,通过实际实验验证设计结果,实验证明合理设计的SiPM可以满足本应用长时、低光照强度以及被探测物体的厚度变化范围较大的要求。

氘-氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

本文对低能D(d,γ)~4 He聚变反应进行了实验研究。由于D(d,γ)~4 He聚变反应γ射线的产额低、能量高、本底大,实验采用大NaI-塑料闪烁体反康谱仪,以提高探测效率并降低宇宙线的影响;采用脉冲束飞行时间方法区分中子和γ射线,以减小中子和宇宙线本底的影响。实验测量了300keV d束轰击厚D靶和薄D靶两种情况下的γ数据。在计算反应产生23.8 MeV的高能γ峰面积时,采用了拟合法扣除本底。实验测得,对厚靶,D(d,γ)4 He反应截面为2.47×10^(-37) m^2;对薄靶,D(d,γ)4 He反应截面为4.36×10^(-37) m^2。

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。

空气中^(131)I的取样和测量方法的研究

本文介绍一种气态和气载^(131)I 取样器。着重介绍了一种指数分布源的效率刻度方法,讨论了与取样有关的一些问题。

产生逆康普顿散射的条件

本文在实验室参照系中研究了运动电子对光子的散射。讨论了产生逆康普顿散射的条件。同时指出,产生逆康普顿散射无需相对论性电子。

FJ422型BGO反康普顿屏蔽探测器

本文介绍了FJ422型BGO反康普顿屏蔽探测器的主要性能,它与ORTEC的高纯锗探测器相配合,在无物质屏蔽的条件下,对^(60)Coγ源在50—1100keV范围内的康普顿减弱系数为4—5.5,与同样效果的NaI(T1)屏蔽探测器相比较,其体积减小了80％。