无源符合中子计数器探测效率与泄漏增殖系数的模拟计算

无源符合中子法通常用来确定被测源项中自发裂变的钚质量,需要事先对关键参数,如探测效率和增殖泄漏因子等,开展全面深入研究和计算,然后根据探测到的符合中子计数,利用相关公式计算得到钚含量。对探测器的效率进行模拟时,采用 ²⁵²Cf 标准源充当测量样本,自发裂变中子能谱接近纯裂变谱,因此适用于快中子的被动测量,即在“快中子的主动测量”模式的基础上,去除Am-Li 中子源,保留聚乙烯慢化体和镉内衬等结构;在对泄漏增殖系数 M 进行模拟时,MCNP 输入卡中的探测器模型和进行探测器效率模拟的“快中子的主动测量”模型相同,对结果的准确性并无影响。为了得到符合中子计数器的探测效率与泄漏增殖系数,通过 MATLAB 编写脚本,实现了针对AWCC 中子计数器的 MCNP 自动建模功能,仅需输入结构参数,即可快速生产 AWCC 中子计数器的MCNP 输入文件,实现相同结构、不同尺寸的 AWCC 中子计数器的蒙卡模拟,进行探测器效率、中子与 ³He 反应率以及测定含 Pu 废料时泄漏增殖系数 M 的计算。理论探测效率为 24%,本次模拟计算出的探测器效率为 23....     

HPGe探测器的效率曲面研究

研究了高效率HPGe探测器测量近距离面源情况下的效率曲面。通过测量8种单能γ射线核素点源在探测器表面各点的相对效率及其面源效率,拟合得到了HPGe探测器的峰效率曲面和总效率曲面的解析表达式。使用该曲面计算的^60Co、^152Eu的真符合校正因子与实验测量结果基本一致。     

γ能谱符合相加效应修正方法及影响因素

在辐射环境质量监测中,多能核素的级联符合相加效应是影响γ能谱活度测量准确性的重要因素之一,为了提高待测样品分析的准确性,对结果进行符合相加修正是十分必要的。以¹⁵²Eu核素为例,根据峰总比不变性特点,获得探测器峰总比拟合公式,联合符合相加修正公式,全能峰效率公式,计算了¹⁵²Eu核素的符合相加修正因子,进一步采用Genie 2000符合相加蒙特卡罗程序对液体体源的¹⁵²Eu核素进行了符合相加修正。点源的修正结果与真值的相对偏差小于6%,体源修正结果与真值的相对偏差在±4%以内。通过点源符合相加修正因子与源到探测器距离的线性关系,可以得到符合相加效应可忽略的最小测量距离;体源样品的符合相加修正结果表明：同一介质的样品,高度越高,符合相加修正因子越小;自吸收效应会在低能端对样品的有效立体角产生较大影响,从而影响样品的符合相加修正因子。峰总比不变性与衰变纲图相结合的数值修正方法,不需要对不同位置处的点源总效率进行测量,与蒙特卡罗程序法相比,该方法无需对探测器进行工厂表征,不用对体源介质、密度和形状等参数进行描述;舍弃级联符合较...     

航空伽玛谱仪校准因子的计算研究

为了确定不同高度飞行时航空伽玛谱仪对大面积伽玛源的校准因子,采用蒙特卡罗方法模拟了航测模型源和无限大地面源在机载NaI探测器上的计数响应过程,给出了标定高度1m处的计数响应能谱,得到了不同高度飞行测量时谱仪对地面无限大137Cs源的校准因子,计算结果和实验标定结果符合较好.     

基于虚拟仪器技术的软件符合实验

本工作对基于虚拟仪器技术的符合测量实验进行研究。使用金硅面垒探测器和Cd(Zn)Te探测器对²⁴¹Am的α-γ级联辐射进行测量，并通过软件方法实现符合，源活度计算误差为5%～11%。结果表明，借助虚拟仪器技术，可以采用软件替代硬件电路的方法，实现有效符合分析。     

k_0-NAA样品测量架位自动调节和半参量化效率计算

设计了中子活化自动换样和架位精密调节系统。实现了任意衰变纲图的γ发射核在源-探测器为0～280mm范围内不同测量位置的效率测定,提出了解决k0法不同测量几何的效率归一以及级联符合校正的半参量化方法。对于源与探测器距离较远的位置(符合效应可忽略),采用有效作用深度进行效率计算;对于源与探测器距离较近的位置(符合效应不能忽略),采用实验测得不同位置的效率比进行计算。     

参数法测量放射性活度

用HPGe探测器替代传统4πβ-γ符合装置中的NaI（Tl）探测器,对γ射线进行精细测量。选取一组适当的γ射线进行符合或反符合测量,计算出较为准确的β效率,从而简单地得到待测核素的放射性活度。¹³³Ba和131I活度的实验测量结果表明,4πβ-γ（HPGe）参数法是1种准确、可靠的放射性活度测量方法。     

国际比对模拟气溶胶滤膜γ能谱测量及分析讨论

自制参考源，结合LabSOCS模拟软件的符合相加修正功能，用γ能谱法测量了2019年国际原子能机构(IAEA)全球实验室间比对3个模拟气溶胶滤膜样品中¹³⁴Cs、¹³⁷Cs含量，测量结果与IAEA参考值相对偏差<4%。¹³⁴Cs 5个发射几率较大的能峰符合相加修正系数范围为0.729～0.829;近几何测量时不考虑符合相加修正可能导致结果的偏差>20%;探测效率受滤膜到探测器表面距离影响显著。本文的研究结果对核电厂气载流出物气溶胶样品测量有借鉴意义。     

惰性气体氙β-γ符合能谱分析软件的研制

基于惰性气体氙β-γ符合测量原理,研究建立了基于相关法的符合谱解谱算法,研制了具有图形化用户界面的惰性气体氙β-γ符合能谱分析软件,实现了β-γ符合能谱的分析、能谱的图形化显示和分析结果数据库存储等功能,使北京放射性核素实验室具备了惰性气体氙β-γ符合能谱数据的分析处理能力。并与国际数据中心的β-γ符合能谱自动处理程序bg_analyze进行了比较,结果表明：两种软件的4种氙同位素活度浓度计算结果在1.2%内一致;最小可探测浓度计算结果在1.7%内一致。     

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152 Elu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.     

金属铀部件~(235)U富集度中子时间关联符合测量实验优化分析

金属铀部件235 U富集度中子时间关联符合测量实验采用252 Cf源驱动噪声分析法来获得金属铀部件的标签参数——源与探测器间的中子时间关联符合计数,用于相同几何、不同富集度的金属铀部件间的识别。本文对该实验进行了蒙特卡罗数值模拟,模拟计算结果表明,直穿布局下泄漏中子不能得到利用,且探测中子能量区间的选择会影响测量效果。根据实验布局和探测中子能量区间,对实验进行添加含氢反射层布置优化,方案优化后的实验模拟计算和测量结果均表明,优化实验方案提高了该测量方法对相同几何、不同富集度金属铀部件的识别能力。     

用于HPGe探测器效率标定的模拟气体刻度源的研制

准确校准测量系统的探测效率是HPGe探测器γ能谱法测量放射性气体活度的关键,放射性气体的半衰期一般较短且样品制备过程复杂,这些客观因素给效率校准工作带来很多不便。本工作提出了模拟气体刻度源的制备方案并进行了实验研究,所制备的模拟刻度源最小基质密度为0.043g/cm3,自吸收的影响小于0.5%。通过与效率参考值的比较表明,模拟气体刻度源的制备方案简单可行,所制备的模拟气体刻度源可代替气体标准源实现气体活度测量中HPGe探测器的效率校准以及探测效率的日常监督。     

符合测量中子方法核查核弹头技术分析

用中子输运和与时间相关中子符合概率计算相结合的方法数值模拟低能外源中子照射下核弹头产生的裂变，以符合中子计数探测裂变事件发生率，以此核查核弹头的裂变特征。计算结果表明：在能量低于1MeV外源中子作用下进行符合中子测量，相应典型模型的核弹头的符合计数比用天然铀代替浓缩铀的相同结构的假核弹头的符合计数高1个量级，比其他散射中子的符合计数高几个量级。符合中子探测有可能用来认证核弹头的特性。     

中子符合计数器在设计与应用时应注意的几个问题

在核材料衡算中,对铀、钚的分析可以采用化学的方法,但需要对样品进行破坏,且操作复杂,测量周期较长。由于铀、钚都可以自发裂变产生中子,可以进行中子测量,中子测量不需要破坏样品,可以对大体积样品进行快速分析,且误差较小。就中子符合计数器进行了参数优化实验,更好地理解了中子探测器的设计原理,包括中子计数统计、屏蔽厚度、不同材料对中子的散射、高压影响、门宽设置、死时间的修正、衰减时间确定、探测效率验证和γ干扰影响等;同时进行了测量条件实验,包括偶然事件影响等。为更好地使用此技术,具有一定的借鉴意义。     

γ射线级联衰变符合相加修正方法研究

γ射线级联衰变引起的符合相加干扰可导致被测量γ射线全能峰计数增加或减少,从而使测量结果偏离真实值。本文从级联符合相加产生的机理出发,以~(134)Cs为例研究了级联符合相加修正因子的数值计算方法。基于蒙特卡罗计算程序MCNP给出了γ射线全能峰效率和总效率的模拟计算方法。通过实验测量和软件计算验证了符合相加修正因子数值计算方法的准确性。针对核电厂周围环境监测中主要关注的人工放射性核素,计算了不同环境介质中γ核素测量的符合相加修正因子。计算结果表明,对于气溶胶、生物灰样品中核素~(110)Ag~m、~(134)Cs符合相加干扰可达20%以上,而对于全能峰效率相对较低的土壤样和水样符合相加干扰可大于10%,其余核素也不同程度地存在符合相加干扰。本文研究结果为γ放射性核素的准确测量和误差来源分析提供了技术参考。     

Application of the Monte Carlo method to the analysis of measurement geometries for the calibration of a HP Ge detector in an environmental radioactivity laboratory

A gamma spectrometer including an HP Ge detector is commonly used for environmental radioactivity measurements. The efficiency of the detector should be calibrated for each geometry considered. Simulation of the calibration procedure with a validated computer program is an important auxiliary tool for environmental radioactivity laboratories. The MCNP code based on the Monte Carlo method has been applied to simulate the detection process in order to obtain spectrum peaks and determine the efficiency curve for each modelled geometry. The source used for measurements was a calibration mixed radionuclide gamma reference solution, covering a wide energy range (50-2000 keV). Two measurement geometries - Marinelli beaker and Petri boxes - as well as different materials - water, charcoal, sand - containing the source have been considered. Results obtained from the Monte Carlo model have been compared with experimental measurements in the laboratory in order to validate the model.     

符合中子法测量贫化铀部件质量技术研究

分别采用有源（主动）及无源（被动）符合中子法研究了贫化铀半球壳部件质量的测量方法与技术。采用井型中子符合计数器对不同质量的贫化铀部件进行了符合中子计数的测量,主动法测量选取Am-Be源作为诱发中子源,通过屏蔽体减小源中子偶然符合计数的影响,根据测量结果求出的贫化铀部件线性拟合质量与标称质量最大相对偏差达11.71%,而被动法测量的拟合质量最大相对偏差仅为4.05%。证明了由于与主动法相比减弱了形状的影响,采用被动法测量贫化铀部件质量精度更高且更为可靠。     

有源符合中子法探测高浓缩铀的技术研究

开展了有源符合中子法探测^235U富集度为90．34％的小圆柱状金属铀块裂变材料的方法与技术研究。使用有源井型中子符合计数装置测量金属铀块中^235U受Am-Li中子源诱发后产生的裂变中子,运用最小二乘法的计算方法将测得的中子总计数率、真符合计数率分别与金属铀块质量做线性拟合,其线性相关性系数达0．999;在此基础上,进一步测量了在相同质量金属铀的条件下不同源、样距及不同样品形状的中子计数变化趋势。     

HPGe γ谱仪测量级联γ辐射152Eu、133Ba、60Co核素活度的方法

给出了HPGe γ谱仪测量级联γ辐射核素活度的一种实用方法,在探测器与样品之间放置一定厚度的水吸收层,能够很好降低探测效率,显著降低级联γ符合效应和偶然符合效应的影响。实验表明,TC-45样品中¹⁵²Eu、¹³³Ba、⁶⁰Co核素活度的探测效率和测量活度相对偏差随水吸收层厚度增加遵循指数衰减规律,当厚度增加到70 mm以上,其测量活度相对偏差小于4%。     

GEANT4 simulation of photo-peak efficiency of small high purity germanium detectors for nuclear power plant applications

GEANT4 – based Monte Carlo simulations have been carried out for the determination of photo-peak efficiency of heavily shielded small high purity germanium detector (HPGe) used for monitoring radiation levels in nuclear power plants. The GEANT4 simulated values of HPGe detector efficiency for point as well as for disk sources, for two different values of collimator diameter, have been found in good agreement with the corresponding published results obtained by using the MCNP code. The work has been extended to study the effect of radial displacement of a source relative to a detector on photo-peak efficiency for both point and disk source, and at various values of γ-ray energies. Also the effect of disk source radius on photo-peak efficiency has been studied. Besides the results of different available physics models in GEANT4 have also been compared. The computed values of efficiency for point as well as for disk sources using the Penelope and Livermore physics models have been found correspondingly consistent for various values of γ-ray energies while some differences (e.g., Penelope model yields 6.3% higher values of photo-peak efficiency for Eγ = 1.332 MeV, 10 mm collimator diameter) have been observed in the corresponding valued obtained by using the Standard physics model.