基于Geant4的肺部计数器效率校准及其受核素分布影响研究

效率校准是人体内照射活体监测中的一个关键环节,是影响内污染活体测量准确性的一个重要因素。利用人体躯干物理模型的CT扫描图片和实验确定的探测器晶体尺寸,分别建立了三维人体数字模型和高纯锗探测器的计算模型,进而通过调用Geant4工具包,编写了模拟肺部计数器的蒙特卡罗程序,用以校准计数器效率。在此基础上,结合ICRP生物动力学模型,模拟计算全身其他器官滞留核素对肺部计数器计数的贡献,研究核素在其他器官的分布对计数器效率的影响。结果表明:肺部计数器效率的蒙特卡罗校准结果与实验测量结果相对偏差为2.47%(对59.5 ke V)和-8.58%(对17.5 ke V);在摄入核素241Am的最初2天内和50天后,人体的实际探测效率要高于只考虑肺部滞留的探测效率,在其他器官分布的核素在肺部计数器的计数占总计数的60%以上,而在摄入中期(第3—50天),二者结果较为一致,AMAD为1μm时,其他器官内核素的计数小于20%,AMAD为5μm时,其他器官内核素的计数在30%以内。     

使用人体躯干物理模型的CT模型和蒙特卡罗方法校准肺部计数器

代表身高170 cm、体重65 kg的成年男子躯干(Torso)物理模型经CT扫描获取了其断层信息图像,对这些图像进行组织器官分割、剪切、缩放等处理后,建立了含有200多万个大小为2.73 mm×2.73mm×3 mm的体素的三维体素模型。此体素模型和蒙特卡罗方法结合可用于校准肺部计数器。假定摄入的放射性物质在肺部均匀分布,本文计算了HPGe探测器在模型表面不同位置以及胸壁软组织中不同脂肪质量含量下的计数效率。结果显示,当胸壁软组织中脂肪质量含量由0变为40%,随光子能量变化,肺部计数器计数效率变化程度为:17.5 keV,67%;25 keV,20%。     

超铀元素肺部计数器的效率刻度技术

本文主要介绍了超铀元素肺部计数器的组成、仿真人体躯干模型的研制、探测效率刻度实验及结果等。超铀元素肺部计数器采用了四个平板型低本底高纯锗探测器,核素识别能力强,探测灵敏度高。研制的仿真人体躯干模型符合中国参考人体型。经过实验选取不同的化学试剂作为基质和添加剂,采用发泡技术和解剖尸体建模等方法,使体模中组织或器官的密度、线衰减系数、几何尺寸等参数能够较精确地等效于对应人体组织或器官。通过覆盖不同厚度的盖板,模拟不同胖瘦的人体,应用该体模,对肺部计数器的探测效率进行了刻度,得出了不同能量下不同肌肉等效胸壁厚度的探测效率曲线。实验得出,每个探测器测量体模和对照人的本底分别小于0.0288cps、0.0372cps(241Am的59.5keV全能峰区内积分计数率)。经效率刻度,测量时间为8000s,一类错误概率α和二类错误概率β均为0.05,肌肉等效胸壁厚度MEQ-CWT(17.6keV)为15.7mm,MEQ-CWT(59.5keV)为16.2mm的状况下,系统对239Pu和241Am的探测下限ADL分别为700Bq和3Bq。若采用241Am示踪,对钚镅活度比小于20∶1的钚,其对239Pu探测下限ADL可降低至6...     

多探头全身计数器探测效率随体模大小的变化及修正

本文介绍利用计算机对全身计数器进行效率刻度的方法，文中计算一个固定多探头全身计数器系统对不同大小体模的探测效率，分析了探测效率随体模长度和体厚因子变化的关系，并给出了对于＾１３７Ｃｓ源，通过修正参考人体模的探测效率而得到不同大小（身长１４５～１８５ｃｍ体，重４５～８７ｋｇ）体模探测器效率的近似公式。     

一个用于4πβ+4πγ活度测量的小型流气式正比计数器

详细描述了新研制的一个用于4πβ 4πγ活度测量的小型圆柱型4πβ流气式正比计数器的结构,给出了内部电场分布,并测量了对^60Co、^134Cs、^169Yb和^241Am四种代表性核素的坪曲线,坪斜都小于1%／100V,对^60Co发出的最大能量318．1keVβ射线探测效率为95％。该计数器可应用于短寿命核素和常规的β-γ、α-γ衰变核素测量。     

硫化钴共沉淀法分析核电厂周边海水中去钾总β活度

为简单、快速、高效评估核电厂运行对周边海洋环境的影响,本文建立了硫化钴共沉淀法快速分析海水中去钾总β活度。通过研究恒温温度、溶液初始pH值和恒温时间对Ag、Fe、Co和Sb富集率的影响,确定了冷却后上清液pH值是影响核素富集率的关键因素。通过研究正比计数器对60Co和137Cs的探测效率,确定采用60Co作为去钾总β方法的效率刻度校准源。采用本文所建立方法分析3?0 L海水样品,结果显示,方法的探测限为0?005 7 Bq/L。实际海水中去钾总β活度浓度的分析结果显示,其范围为0?083?0?113 Bq/L。加标验证实验结果表明,测量值与加标值的最大相对偏差为-8?33%,证实了本方法的准确性。     

α/β粒子在不同类型探测器上的能量响应及其等效因子的一致性

通过测量不同类型探测器或同一类型探测器不同台（路）对不同能量α/β放射性粒子的计数效率和等效因子,比较它们之间等效因子的一致性,探讨各类型探测装置在总放射性测量中的适应性。结果显示,常用的3种探测器即复合有机闪烁体、流气式正比计数器、金硅面垒半导体探测器对总α和总β粒子的计数效率-粒子能量关系总体上一致,总α计数效率与能量呈指数关系,总β计数效率与能量呈对数关系,低能β出现偏转。3种探测器能量响应比对的实验结果显示,复合有机闪烁体和流气式正比计数器两者的α和β等效因子具有良好的一致性,而金硅面垒半导体探测器对α测量的等效因子与前两种探测器相似,但是对β粒子的能量响应有显著差异,低能β等效因子明显偏低,因此金硅面垒半导体探测器不宜于总放射性测量和食品卫生检验。     

用国产液体闪烁计数器作~(125)Ⅰ的放射免疫测定

放射免疫分析所用的~(125)I一般都用γ计数器测量,其样品制备简单。但多数生化实验室中,最常用的核素是~(14)C、~(32)P、~3H等放射β射线的核素,偶而要测量一些放射γ射线的~(125)I同位素的样品。我们用国产液体闪烁计数器外部法代替γ计数器测量~(125)I,结果证明是可行的,其计数效率达60％以上,本底60cpm左右。     

γ射线谱中符合相加修正系数的Monte-Carlo模拟

用Monte Carlo方法模拟放射性核素的衰变过程,得到用HPGe探测器应能测到的多道γ能谱理论谱形,同时给出各特征能峰的探测效率和各特征峰的真符合相加修正系数。采用本方法开发的I、140Co、131Cool2000软件,可模拟60Co、88Y、134Cs、133Ba、95Nb、57Co、103Ru、106Ru、110Agm、124Sb、144Ce、65Zn、58La、241Am、99Mo、166Hom、152Eu、125Sb、214Bi、212Bi(α衰变链)和208T1,共计24种核素的衰变过程。对于60Co圆柱形体源发射的两条主要γ射线进行测量和分析结果表明:符合修正系数的模拟计算值与实验值在±1%的偏差范围内相符。同时给出了一种校正同轴探测器死层厚度和冷指尺寸的方法。     

液体闪烁计数样品的最佳体积

液体闪烁计数器的探测效率,除受液体闪烁体中各组分及有关因素的影响外还与计数样品的体积有关。为了既获得满意的探测效率,又大大节约液体闪烁体,我们作了液体闪烁计数样品的最佳体积及其影响因素的实验。所测得的数据精度在5以内。     

图像分割在肺部计数器虚拟刻度中的应用

基于边缘检测及阈值分割算法,采用Matlab编程对一物理体模的CT图片进行了自动分割,区分出肺、肌肉、骨骼3种组织,并对分割出的数据进行了三维重建,实现了体素模型的快速建立。将自动分割出的器官的体积与实际器官的比较,相对偏差小于2%。将体素模型用于肺部计数器的虚拟刻度,结果显示,虚拟刻度与实验结果的相对偏差小于10%。     

用硕大草藨作为河口放射性污染指示物的初步研究

以硕大藨草为材料,采用多核素示踪法研究了该海草作为河口区放射性污染指示物的可能性。结果表明,硕大藨草对~(137)Cs、~(65)Zn、~(60)Co、~(59)Fe、~(54)Mn等核素的积累与核素浓度的相关系数均>0.71;硕大藨草浓集上述核素进入第8天就趋于动态平衡;土壤中的核素经一个月洗脱后,植物体内核素的残留量最低仍达 9.2％,处于可检测范围内。测定了地上茎从海水中及根部从土壤中吸收的核素分别在根部、地下茎、地上茎的浓集系数,结果表明前者的吸收能力大于后者。再通过浓集系数公式的换算,可以同时反映海水、土壤两方面放射性的污染程度。     

智能化核电厂燃料包壳破损在线监测装置研制

研制一套智能化核电厂燃料包壳破损在线监测装置，采用高纯锗反康谱顿散射探测系统在线测量一回路冷却水特征放射性核素的活度，采用多核素组耦合的分析方法实现燃料包壳破损的在线诊断。通过检定校准试验，实测57Co、137Cs和60Co的相对标准偏差的绝对值小于3%；20 mL样品的可探测活度最小可达到6.5 Bq。      

智能化核电厂燃料包壳破损在线监测装置研制

An intelligent on-line monitoring device for fuel cladding defect has been developed. HPGe with anti-Compton scattering detection system is used to measure the activity of characteristic radionuclides in primary cooling water, and the multi-nuclide group coupled analysis method is used to diagnose the defect of the fuel cladding. The verification and calibration test shows that the absolute relative standard deviations of the measured typical nuclides 57Co, 137 Cs and 60Co are less than 3%, and the minimum detectable activity can reach 6.5 Bq.     

参加美国EML组织的国际比对项目总结

介绍1997—2004年间中国辐射防护研究院分析测试中心参加的美国EML组织的检验环境放射性测量质量的一个项目,分析了3种介质的43个样品,本实验室共报出了212个数据。所报出数据的通过率为97%,3%未通过。未通过数据3种介质均有,涉及4个核素,分别为²⁴¹Am、⁶⁰Co、⁵⁷Co和⁵⁴Mn。通过实验室间比对,表明:(1)本实验室γ谱分析的效率刻度是相对准确的,未发现系统误差。(2)γ谱分析中低能核素被干扰问题仍需进一步解决。     

New Chair Type Whole-Body Counter

Abstract

A new chair type whole-body counter has been developed for rapid mass monitoring of workers for internal exposure, to be used in projects involving work risking radiation exposure by a large force of workers, such as the reconstruction and decommissioning of reactors at the Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI). The new counter is capable of discerning from 2-min count a body burden corresponding to a recording level of internal dose equivalent to 0.2 mSv committed dose for nuclides commonly encountered in projects such as cited above. The counter incorporates two NaI(Tl) detectors (20 cm dia. × 10 cm) housed in a collimator. The upper detector covers in its field the lower half of the head and chest, and the lower detector the trunk. The chair is installed in a shielding cubicle of 5 cm thick lead in the main part and open toward ceiling and at entrance. Data processing is completely computer-automated Calibration experiments using plastic phantom containing homogeneous radioactive solution have proved the counter to be capable of descerning in 2-min counting time a ⁶⁰Co activity of 80 Bq contained in the trunk, distinguishing it above 3 times standard deviation of background count rate.     

双探头WIZARD2 2470型伽马计数仪定量性能研究

伽马计数仪是对微量放射性精确测量的主要仪器之一,仪器性能的准确性、实验操作的规范性与实验结果的可靠性、真实性密切相关。为了在使用之前对仪器性能进行系统研究,本研究利用三种正电子核素¹⁸F、⁶⁸Ga和⁸⁹Zr对双探头WIZARD2 2470型伽马计数仪进行双探头探测效率、伽马计数检测限、检测稳定性,以及与放射性测量线性范围等性能进行系统研究,结果显示：该仪器两个探头探测效率一致;检测时需考虑实际噪声的影响;计数率在1×10³～6×10⁶ min^-1范围时,伽马计数率与放射性活度之间线性关系良好、定量精度高、稳定性佳。本研究中建立的伽马计数仪定量性能的系统研究方法,有望为其他实验室类似仪器的规范使用提供参考。     

可变量液体样品的Ge（Li）探测器全能峰效率刻度

用多核素混合标准溶液制备了６种不同重量的圆柱体，井形体标准源，作了Ｇｅ（Ｌｉ）探测器对不同样品量的全能峰效率刻度。应用最小二乘法对两种不同形状的液体源的效率与γ射线能量及样品量关系分别作函数拟合。对两种几何形状的液体源作了相同样品量时的效率与探测限的比较。