^238U裂变电离室修正因子及探测响应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗(MC)粒子输运程序MCNPX分别计算了用238U裂变电离室测量由加速器产生的14.8 MeV和25.5 MeV准单能中子注量率以及将其推广应用于测量散裂中子源和宇宙中子源的中子注量率时,由电离室结构、电离室气体、空气等引起的对探测器裂变计数率的修正因子,并给出了探测器在各种情况下的探测响应.为解决蒙特卡罗模拟中探测片太薄、统计误差过大的问题,计算中采用了Dxtran球和强迫碰撞两种方差减少技巧,以降低统计误差、提高计算效率.对于源中子谱覆盖范围较宽、抽样效率低的情况,采用了高能和低能两部分能谱分别计算的方法,以提高计算效率.将模拟计算得到的修正因子应用于探测响应的理论公式,得到相应的探测响应,并与MC模拟计算直接得到的探测响应进行了比较,对模拟计算进行自洽性验证.利用伴随α粒子测量装置和电离室同时测量14.8 MeV准单能中子注量率,得出238U裂变电离室对串列加速器上14.8 MeV准单能中子场的探测响应,与MC模拟计算结果进行比较,对模拟计算进行实验验证.     

核电厂β放射性气溶胶监测系统设计

针对核电厂厂房辐射监测,构建了一种基于β灵敏塑料闪烁体的气溶胶监测系统。对探测器的性能进行了MC模拟和实验验证。结果表明:探测器具有探测效率高、测量量程范围宽的特点,适合于核电厂放射性气溶胶的监测。     

环境水样自动监测装置的效率标定及Monte Carlo模拟

为获得自动取样监测装置中的NaI(Tl)探测器对于低水平环境水样中人工放射性核素137Cs比活度,对NaI(Tl)探测器γ能谱响应进行了实验标定与Monte Carlo模拟,分别模拟了探测器对137Cs点源的能谱响应,探测器置于铅室内137Cs溶液中央的能谱响应。探测效率与峰总比的模拟计算结果与实际值基本一致。结果表明,利用经较高比活度实验结果验证的MC计算模型,可校正低活度水平环境水样的测量值,为在线监测方法的建立提供了技术支持。     

用MC方法计算分析核材料移动对辐射探测器阵列探测下限的影响

核辐射探测器阵列的探测下限是评价其探测能力的一种统计量的值,指在一定置信水平下,一种探测方法能够检出的最小被测量.从定性的角度看,核材料移动比静止时更难以探测(即静止比移动时的探测下限低).本文通过建立蒙特卡罗(MC)模型并应用通用软件MCNP程序计算分析核材料的移动对核辐射探测器阵列对核材料质量的探测下限的影响.计算结果与理论分析符合.     

MC模拟中子探测器监测脉冲堆燃料元件破损响应特性

为评估缓发中子探测器监测脉冲堆燃料元件破损的响应特性,建立了MCNP中子源模型和3He球形计数管探测器模型,应用MC方法计算给出了最佳监测位置和该位置处不同聚乙烯厚度下探测器对缓发中子的探测效率曲线。结果表明:最佳监测位置紧贴换热器外表面且偏向入口端,偏移距离和冷却剂贯穿换热器耗时有关,耗时越长,偏移越大;探测效率曲线的变化趋势取决于平均反应截面与中子注量率的积,采用聚乙烯慢化层在提高平均反应截面的同时会降低中子注量率,存在最优厚度4 cm使探测器对缓发中子探测效率最大,其值约为1.1×10-5。     

管道外非介入式监测核设施液态流出物模拟研究

针对基于NaI探测器的管道外非介入式放射性流出物监测方法开展了系列研究。利用MC代码建立NaI探测器仿真模型,模拟计算NaI探测器与被测管道不同耦合测量方式,以及NaI探测器对于三种不同规格尺寸的管道内放射性废水的活度浓度响应。利用标准活度浓度¹³⁷ Cs放射性溶液对液态流出物监测仪实物样机进行了测试实验,实验结果与模拟结果具有较好的一致性。     

新型超快光电辐射探测器研制

针对超快脉冲辐射测量的需求,开发了一种具有超快时间响应、大线性电流输出的新型光电探测器件——超快大电流光电管。利用脉冲氙灯、飞秒激光器对该光电探测器件的最大线性电流输出、时间响应等特性参数进行了实验测量。同时,利用该探测器件与超快闪烁体耦合构成的超快脉冲辐射探测器对亚纳秒脉冲X射线源时间谱进行了测量。结果表明,该光电探测器件对脉冲的响应前沿为251ps、半高宽小于500ps,在其典型电压下具有3A以上线性电流输出,对于亚纳秒脉冲X射线束等脉冲辐射场的测量是一较为理想的探测器件。     

航空HPGe阵列探测器的测量能力评估

近年来,航测HPGe阵列探测器的技术得到快速发展,美国西北太平洋国家实验室研制了技术成熟的航测HPGe阵列探测器——MARS系统。采用MC模拟计算的方法估算了同时使用两套MARS系统的航测系统,在不同飞行高度条件下,对地表均匀分布137Cs的探测效率。另外,通过木板模拟空气衰减实验,估算了不同飞行高度条件下,天然核素在其测量能谱中137Cs能区产生的本底计数率。以上述两方面数据为基础,估算了该航测系统对地表均匀分布137Cs的探测限,并与常用的NaI(Tl)阵列探测器对该核素的探测限进行了对比。最后评估了HPGe和NaI(Tl)阵列探测器的优劣及适用条件。     

MC模拟计算4π γ电离室活度测量影响因子

利用MC法模拟计算了4πγ电离室探测器对X、γ放射源的响应,对比分析了各因素对响应的影响。计算结果表明,4πγ电离室的能量测量范围可以覆盖29 keV～3 MeV,同时活度测量下限可以达到3.7×10⁴ Bq。     

动态γ辐射场中的气溶胶监测系统优化设计北大核心CSCD

为满足核电站及应急监测环境中具有动态强γ本底的α、β放射性气溶胶在线监测的需求,本文结合该监测场景的源项特点,对表面钝化的离子注入型(PIPS)半导体探测器晶体结构进行了优化设计。并使用蒙特卡罗方法,对探测系统结构优化后的集成双PIPS探测器,进行了角度响应模拟。为满足大角度范围更为优异的角度响应相对标准偏差指标(根据现场工作及实验总结要求小于15%),对集成双PIPS探测器探测系统(包括:探筒、走纸部分及气溶胶输运管路)结构进行了优化,并将整个探测系统置于立体设备处。将改进后的设备分别置于^(60)Co和^(137)Cs参考辐射场中,进行了线性、能量和角度响应实验。实验结果表明:(1)经优化设计的集成双探测器结构在角度、能量及线性响应方面的性能更优异;(2)整机组件材料的结构及密度的各向异性可仅通过对探测系统局部的结构优化,实现角度响应不大于5%,从而避免对整机进行改造。最终将优化后的设备置于空气比释动能为10μGy/h的137 Cs参考辐射场中运行,测量结果表明:经γ补偿及天然氡、钍子体扣除后,α气溶胶的探测限小于0.03 Bq/cm^(3),β气溶胶的探测限小于0.4 Bq/cm^(3),且在长期稳定运行中未出现误报警。     

航空γ能谱探测人工放射性核素检测限研究

核与辐射航空监测中人工放射性核素探测下限是衡量核与辐射航空监测能力的一个重要指标。基于大体积NaI(Tl)探测器核与辐射航空监测系统、固定翼飞机(Y-12和Y-5飞机)在全国数个不同辐射背景地区不同飞行高度的测量数据,研究航空γ能谱探测人工放射性核素137Cs和60Co探测下限的影响因素。结果表明:随航测高度和航测飞行速度的降低,人工放射性核素的探测下限相应地降低;在同一个航测高度上,探测下限随辐射背景水平而增大;水域上对人工放射性核素的探测下限最低;随人工放射性核素γ射线能量的降低,探测下限反而增大。本次研究为核与辐射航空监测中有效控制影响因素降低人工放射性核素探测下限提供了重要依据。     

一种适用于低产额脉冲中子测量的铜活化探测器研究

研制了一种高探测效率的铜活化探测器,该探测器采用了新型活化样品设计,其立体角因子大于70%,适用于脉冲中子源的中子产额测量.实验表明,该铜活化探测器的探测效率可达到1×10-3以上,测量下限小于106中子/脉冲.     

海水就地γ谱测量最小探测活度影响因素研究

海水就地γ谱测量可实现海洋放射性环境的实时在线监测和预警。为了确保准确测量海水中低含量的放射性核素,利用实验和MC模拟研究了Na I(Tl)就地γ谱仪本底计数、测量时间和探测效率对最小探测活度的影响。结果表明:将γ谱仪放置在合适的测量深度可减小本底计数,从而降低最小探测活度;γ射线能量、探测器晶体类型及体积、封装材料类型及厚度也会对最小探测活度产生影响。研究结果可为海水就地γ谱仪的研发和改进提供重要参考依据。     

γ探测器水下就地测量比计数率及有效探测距离MC计算

选取¹³¹I、¹³⁷Cs、⁴⁰K、²⁰⁸Tl等核素所发射的不同能量的γ射线,通过MC模拟,获得三种闪烁探测器在就地测量时获取的水体中放射性核素的γ能谱。以此为基础获取其全能峰比计数率随测量水体半径变化的情况,最终获得比计数率饱和值及有效探测距离随射线能量的变化趋势,并得到闪烁探测器用于海洋放射性污染监测时的布放深度。通过MC模拟获得多种闪烁探测器对不同放射性核素的比计数率及有效探测距离,为海洋放射性监测提供参考。     

CeBr3探测器原位测量海洋γ放射性核素模拟研究

针对海洋环境本底复杂、人工γ放射性核素含量低导致目标核素测量精度低的问题,提出将CeBr₃闪烁体探测器应用于海洋γ放射性核素原位测量的方案。通过MC模拟,计算分析了CeBr₃探测器对海洋环境中常见人工γ放射性核素的探测效率、有效探测距离、在海水中的本底能谱(包括探测器自身放射性)、最小可探测活度浓度(MDAC)等,并与传统NaI(Tl)、LaBr₃(Ce)探测器的性能进行了对比分析。研究结果表明,所提出的海洋原位γ放射性测量方案能够弥补传统低分辨率NaI(Tl)探测器与复杂本底LaBr₃(Ce)探测器在海洋环境下对γ射线测量的不足,对提升海洋原位γ探测器在海洋放射性污染监测的智能预警能力以及对海洋环境资源的保护能力等方面具有重要意义。     

CZT探测器测量α谱模拟研究

利用MC法研究碲锌镉探测器测量α谱的可行性。模拟计算了碲锌镉灵敏体厚度和面积、电极材料和厚度以及真空度对探测效率的影响,选择探测器最佳设计方案。并搭建了一套基于碲锌镉探测器的α谱测量系统,实验结果与模拟结果吻合。     

爆炸物检测中的模拟计算

为优化基于伴随α粒子技术的爆炸物检测系统中的γ探测器和数据分析软件,利用蒙特卡罗程序EGSnrc对γ探测器的探测效率和能量响应分别进行了模拟。NaI(Tl)、BGO等几种无机闪烁体γ探测器探测效率的模拟计算结果为探测器的优化选择提供依据;对碳、氧单质元素、硝酸氨、模拟炸药样品在14MeV中子作用下的特征γ射线,在Φ5″×8″NaI(Tl)探测器的能量响应模拟计算结果进行了分析,并与实验测量能量响应进行了比较。结果表明,模拟方法可靠,应用该方法可对其他的单质材料来进行响应计算以建立响应函数数据库。     

KF606B型氡和γ个人剂量计

本文介绍KF606B型氡(指222Rn,下同)和γ个人剂量计的结构和性能.剂量计采用固体核径迹探测器CR39和热释光探测器LiF(Mg,Cu,P),无源式累积测量方法.设计中考虑了氡测量开关(即非使用期间关闭氡测量)、防水、防尘等技术措施.在实验室和矿山现场实际应用中对剂量计各项性能进行了测试和验证,结果表明,剂量计具有适应矿山实际环境条件、灵敏度合适、探测下限较低等特点,并且体积小、重量轻、使用简便.目前该剂量计已定型生产,应用于铀矿、煤矿工作人员个人剂量监测和工作场所空气中氡浓度和γ辐射剂量率水平的调查测量,还用于居民室内氡浓度调查等工作中.     

求解航空γ 能谱模拟中的深穿透问题

蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟方法被广泛应用于γ能谱分析参数的获取,但因探测高度较高带来的深穿透问题限制了其在航空γ能谱中的应用。研究发现,探测器距离地层边界大于可探测半径时,MC模拟得到地层上空相同高度所有航空γ能谱仪响应规律均相同。根据这一规律,本文提出一种球壳型地层、航空γ探测器的MC模拟模型,通过对4个航空γ能谱仪刻度模型的模拟发现,MC模拟谱与多次实测平均谱吻合较好。同时利用该模型模拟了芬兰Vesivehmaa地区4种典型核素于100 m高空的刻度系数,结果显示模拟值与取样实测值及Allyson自编软件模拟值在±20%内符合,证明该模型能很好地应用于航空γ能谱仪地层信息反演计算参数的快速获取。     

单能光子在HPGe探测器上的能量响应函数模拟

根据单能光子与探测器发生相互作用的原理,本文利用蒙卡方法(MC)模拟了系列单能光子在HPGe探测器上的能量响应曲线并提取曲线的特征数据,然后采用最小二乘法对提取的特征数据进行拟合,得到单能光子在该探测器上的能量响应曲线理论函数表达式,最后采用准单能γ源测量数据对理论表达式进行修正,确立了该响应函数随光子入射能量变化的修正函数表达式,为连续光子能谱解谱提供了依据.