高纯锗探测器的效率刻度

探测效率是高纯锗谱仪的重要性能指标,探测器的效率刻度具有重要的意义。针对新购置的高纯锗谱议,采用多线法和距离变换相结合的实验方法,刻度了高纯锗探测器在不同源距下的全能峰效率曲线,并利用厂家提供的探头结构尺寸,采用MCNP5程序模拟计算了该探测器对不同能量γ射线的全能峰效率。将模拟计算效率和实验效率进行对比,模拟计算的全能峰效率和实验测定的全能峰效率具有一定偏差,经分析偏差主要原因是探测器内部结构尺寸不够精确,通过调节死层厚度和冷指尺寸,使得模拟计算效率和实验效率很好符合。     

蒙特卡罗方法计算高纯锗探测器的全能峰效率

采用蒙特卡罗方法模拟计算高纯锗探测器的全能峰效率。通过计算值与实验结果的比较,反复调节计算模型中高纯锗晶体的尺寸,最终确定晶体长度、半径和死层厚度。结果表明,用此方法确定的晶体尺寸来模拟计算不同位置、能量在13.9～1 332 keV范围内的X、γ射线的全能峰效率,计算结果与实验结果的相对偏差在中高能区绝大部分处于±3%以内,低能区(<60 keV)在±6%以内。     

溴化镧探测器的晶体表征与全能峰效率计算

无源效率刻度技术已在辐射探测器的效率刻度中得到了广泛的应用。本文基于点源效率实验及蒙特卡罗模拟计算方法,对溴化镧探测器的晶体尺寸进行了调整;在此基础上,计算得到不同位置处全能峰效率的计算值。点源效率实验的验证结果表明,在121～1 332 keV能量范围内,γ光子全能峰效率的计算值与实验值的相对偏差小于±5%。     

基于Livermore模型CT图片构建人体躯干数字体模及其在肺部计数器虚拟刻度中的应用

基于Livermore 人体躯干物理模型CT图片构建数字体模,并结合蒙特卡罗程序MCNP对一套由四个宽能高纯锗探测器(BEGe)构成的肺部计数器进行了虚拟刻度.首先,利用点源(241Am,137Cs,60Co,54Mn,57Co,109Cd) 实验数据,对高纯锗晶体尺寸进行调整以获得正确的探测器几何参数,在γ射线能量13.9 keV～1332.5 keV范围内,调整后四个探测器全能峰效率实验测量的平均值与蒙特卡罗计算值的差别在±10%范围内.之后,对不同胸壁厚度(CWT=19 mm, 25 mm, 30 mm, 43 mm)躯干体模进行CT扫描获得其CT图片,利用Dosigray软件对CT图片进行分割后,连同探测器几何描述文件输入到OEDIPE软件,生成数字体模虚拟刻度用MCNP输入程序.最后,利用241Am、152Eu肺部源对数字体模虚拟刻度结果进行了实验验证,结果表明:在59.5 keV～1408 keV能量范围内,虚拟刻度结果与实验结果的差别在±10%之间;对于17.5 keV能量,差别在±30%之间.     

高纯锗探测器探测效率研究

利用系列标准γ射线源对高纯锗探测器的探测效率进行了各种测量,与蒙特卡罗计算程序相结合,对于高纯锗探测效率进行了分析和讨论.计算效率与测量效率在4%以内吻合.在一定探测距离条件下面源与点源的探测效率在1%以内吻合,而且面源的自吸收可以用平行束在材料中的自吸收来计算;当面源靠近探测器时,由于γ射线的倾斜入射,这种方法就不适用了,需要用蒙特卡罗方法进行自吸收较正.     

水体γ放射性测量中高纯锗探测效率刻度

水体放射性测量中要得到核素的活度,就必须知道核素的探测效率,而探测效率的影响因素较多,所以,对高纯锗探测装置进行效率刻度具有重要的实际意义。本文选用的高纯锗探测装置是基于一种水体放射性的实时在线监测系统,将待监测水域中的水样采样到低本底铅室中,利用高纯锗探测器对水中放射性核素进行探测。实验采用KCl配制了一定比活度的~(40)K液体源,测量其γ能谱,并计算~(40)K的探测效率。同时根据厂家给的具体参数,对整个水体监测系统进行了建模和计算,模拟计算了能量在59.5-2 614.7 keV范围内的γ射线的全能峰探测效率并得到效率曲线。通过对比~(40)K的探测效率,发现其实验测量结果和模拟计算结果的偏差为0.018%。验证了使用蒙特卡罗模拟高纯锗探测装置效率刻度方法的可行性和准确性。     

蒙特卡罗方法计算用于低能光子测量的高纯锗探测器的效率

在内照射活体测量中,为了用蒙特卡罗方法计算探测器对光子尤其是低能光子的探测效率,需要对探测器准确建模。通过使用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法来准确确定低能光子高纯锗探测器晶体的死层厚度、半径和长度;结果表明使用此方法确定的晶体尺寸来模拟计算探测器效率,在17．5～662keV光子能量范围内,低能光子高纯锗探测器探测效率的模拟计算结果与实验结果比较,相对偏差平均小于1．0％,最大为3．2％。     

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。     

代表点法体源探测效率刻度研究

代表点法能在不受探测器内部结构和尺寸的影响下,实现高纯锗(HPGe)γ谱仪的快速效率刻度,简化传统地质和环境放射性样品核素分析过程。通过实验测量和蒙特卡罗模拟两种手段,对比研究其代表点位置求取的准确性,以证明代表点法在体源探测效率刻度工作中的可行性。结果表明,蒙特卡罗方法相较于传统的实验测量方法,代表点求取过程更加迅速,且同实验法计算的代表点位置基本接近。在不同测量高度下,代表点法计算出的土壤圆柱体源探测效率理论值与实验值的相对误差在5%之内,满足土壤圆柱体源探测效率刻度时不确定度的要求。     

同轴高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟与电荷收集时间的计算

高纯锗探测器具有很好的能量分辨率,被认为是核素分析的黄金标准,在很多检测领域成为规定的标准检测设备。在高纯锗探测器的制备过程中,可以采用蒙特卡罗方法对探测器进行模拟,用于确定探测器制备过程中的参数。采用MCNP4软件对同轴高纯锗探测器探测效率进行模拟,研究了不同材质入射窗、不同能量γ射线对高纯锗探测器探测效率的影响,并根据模拟结果选择合适的入射窗材料并确定死层厚度,进而为高纯锗探测器研制提供指导。还对高纯锗探测器晶体的内部电场进行模拟,计算得到能量沉积点的电荷收集时间,通过改变能量沉积点位置,更直观地反映晶体内部不同位置的电荷收集时间。     

应用蒙特卡罗方法模拟HPGeγ谱仪的体源探测效率

采用蒙特卡罗方法模拟计算了HPGeγ谱仪对标准样品体源的全能峰探测效率;然后通过实验测量获得标准样品体源各特征能量γ光子的全能峰净计数,并结合模拟得到的全能峰探测效率计算出标准样品体源中天然放射性核素的比活度,计算结果与标称值的相对偏差在±3%以内,符合较好。     

高纯锗探测器全能峰效率的MC模拟

采用MC模拟高纯锗探头对轴向和边侧的点源全能峰效率,与实验测得的全能峰效率相比较发现二者存在较大的偏差。本工作通过不断调节晶体的半径、厚度和锗晶体外层铜支架厚度,获得了模拟计算的准确尺寸。结果表明:使用调整后的尺寸模拟计算的全能峰效率与实验效率在轴向方向的偏差在±5%以内,边侧方向在±6%以内,获得了较为准确的高纯锗探头物理模型。     

基于高纯锗探测器的核电厂一回路系统辐射源项就地γ谱测量

针对核电厂一回路系统管道内壁沉积的腐蚀活化产物,开展γ辐射源项就地测量技术研究。基于高纯锗探测器开发了辐射源项就地测量系统(Sterm-HPGe),利用蒙特卡罗软件进行了无源效率刻度,并开展了实验室效率验证工作。在300~1 408 ke V能量范围内,HPGe探测器在无准直器屏蔽和有准直器屏蔽情况下,点源全能峰效率计算值与测量值的相对偏差分别在±5%和±10%以内。测量系统在我国压水堆核电厂进行了现场应用,能够较准确地测量出管道内60Co、58Co、110mAg等典型沉积核素的源项活度,管道表面剂量率的计算值与测量值的相对偏差一般在±40%以内。     

海洋γ谱连续监测方法模拟

通过蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)建立了海洋γ谱连续监测的测量模型,模拟计算不同能量γ射线在海水中的衰减情况和有效探测距离。根据我国近岸海域海水中天然放射性核素活性浓度,模拟得到不同晶体尺寸NaI探测器连续监测的本底谱,分析能量分辨率对全能峰本底计数率的影响并探讨了影响NaI探测器能量分辨率的因素。最后针对我国核电厂周围海域中重点关注的人工放射性核素,并假设不同尺寸NaI晶体在能量662 keV处分辨率保持7.0%不变的条件下,分别计算了不同尺寸NaI晶体探测器在海洋γ谱连续监测中的探测效率、本底计数率和最小可探测活性浓度等技术参数。模拟结果为海洋或其它水体中γ谱连续监测方法的应用提供技术参考。     

MCNP模拟HP-Ge探测器效率刻度曲线

利用MCNP模拟得到了某型HP-Ge探测器对一系列不同能量γ射线的响应能谱,根据响应能谱得到了相应的全能峰探测效率,在此基础上对探测器效率刻度曲线进行了模拟,可为HP-Ge探测器的设计和使用提供参考和依据。模拟结果表明:探测器对低能γ射线(60~300 keV)探测效率较高,随着能量的增加其效率逐渐减小;对能量在160 keV~1.8 MeV范围的γ射线,探测器效率与射线能量在双对数坐标中的关系为一条直线。     

溴化镧探测器效率计算及刻度实验

采用蒙特卡罗方法计算了不同尺寸溴化镧闪烁体的吸收效率以及峰总比曲线。采用137 Cs、60 Co、152 Eu三种点源对Φ50mm×10mm LaBr3:Ce探测器进行了效率刻度实验,低能段刻度实验结果与蒙特卡罗计算结果基本一致。将实验结果与计算结果相结合,给出了探测器对0~10MeVγ射线的全能峰效率曲线,并给出了相应的拟合公式。结果表明,对于实验条件有限的情况,采用模拟计算相对效率曲线再结合部分能点绝对刻度校准的方法可快速有效地得到探测器的效率曲线。     

溴化镧探测器效率刻度与晶体表征

利用三种不同的放射性标准点源对溴化镧探测器的能量与道址关系曲线、能量与半高宽、全能峰探测效率曲线进行了实验研究;然后利用蒙特卡罗方法和实验探测效率曲线对溴化镧探测器的尺寸进行了表征,建立计算模型。根据计算模型,模拟计算在不同位置、能量区间在100~1 500 keV范围内的γ射线的全能峰探测效率。模拟结果与实验结果的相对偏差绝大部分处于±5%以内,说明计算模型是准确可靠的。     

HPGe探测器对圆形面源探测效率的研究

实验刻度了GEM60P4型高纯锗(High Purity Germanium,HPGe)探测器在H=250mm处对三种圆形面源(φ24 mm、φ80 mm和φ90 mm)的峰探测效率,结果表明,这三种源的效率基本一致。采用MCNP模拟了φ40–160mm内的圆形面源效率,研究了探测效率随样品直径的变化关系,并采用Geant4计算了圆形面源对同轴探测器的有效立体角。对φ90mm以上的样品源,探测效率随源直径的增大在逐渐减小,且高能γ射线效率减小程度较快,需采用标准源进行效率刻度。     

航空γ能谱仪无源效率刻度方法研究

因人工放射性核素的航空γ能谱仪实物刻度模型匮乏,导致难以依据航空γ能谱准确反演地面人工放射性核素的含量。本文基于窄束γ射线指数衰变规律与微积分的思想建立了任意形状的γ辐射源上空航空γ能谱仪无源效率刻度的数值计算模型。通过低空探测实验、高空变化趋势分析、5-100 m高空探测实验证明该模型适用于任意位置点源航空γ能谱仪全能峰探测效率数值计算。同时计算发现在低空探测时不同γ辐射的面源与体源的航空γ能谱仪全能峰探测效率与MCNP5模拟值的相对偏差在±1.5%以内,且含1 460.83 ke V或2 614.533 ke Vγ射线的无限大体源90-150 m探测高空计算结果与石家庄动态带上的实验值相对偏差为8.33%-15.82%。上述实验充分证实该无源效率刻度计算模型适用于航空γ能谱探测实践,为利用航空γ能谱仪寻找丢失放射源及核事故应急监测提供技术支持。     

HPGe探测器探测效率对γ能量及其探测距离的相关性研究

为了探究高纯锗谱仪探测效率与γ能量和探测距离的普适函数关系,本工作利用标准源133Ba、137Cs和60Co,刻度了探测器在高能段(E160ke V)的效率曲线;并通过调节探测器与标准源的距离,研究了效率曲线与探测距离的变化关系;最后通过拟合所有实验测量点,得到了普适函数关系式。为减小统计误差,各特征γ的全能峰计数大于2.0×105;同时利用了强源干扰法对较大死时间数据进行了修正。该结果可为开展大规模非标样品的实验测量和体样本探测效率的模拟计算提供参考。