一套低本底反康普顿高纯锗γ谱仪研制过程中若干技术问题的解决方法

本文重点介绍了一套反康普顿低本底高纯锗（ＨＰＧｅ）γ谱仪研制过程中，针对遇到的一些技术问题所采取的解决方法和措施。主要包括屏蔽室的加工改造、主探头升降装置的设计、工作稳定性的改进、反符合系统的调试及谱仪刻度和样品测量等。谱仪主要技术指标为：能量分辨率ＦＷＨＭ＝１．７７ｋｅＶ（１３３２．５ｋｅＶ），峰康比６９４：１（６６２ｋｅＶ），康普顿积分抑制系数３．８（￣（１３７）Ｃｓ５０～５９５ｋｅＶ），相对探测效率３８．３％（１３３２．５ｋｅＶ），系统本底０．３９ｓ￣（－１）（５０～２０１４ｋｅＶ），连续４８ｈ运行，零点稳定，１３３２．５ｋｅＶ增益漂移小于０．０７％。     

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（ＴＩ）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     

一台自行组建的低本底Ge（Li）－NaI（T1）反符合γ谱仪

本文报道自行组建的一台Ｇｅ（Ｌｉ）－ＮａＩ（Ｔｌ）反符合γ谱仪的结构和性能。主探测器是φ６１．５ｍｍ×５６．０ｍｍ的同轴Ｇｅ（Ｌｉ）探测器（灵敏体积为１５０ｃｍ￣３），由φ８８．９ｍｍ×７６．２ｍｍ的圆柱形ＮａＩ（Ｔｌ）晶体和外、内径×高为２５４ｍｍ、８８．９ｍｍ×３０５ｍｍ的环形ＮａＩ（Ｔｌ）晶体构成井型反符合探测器，主要的物质屏蔽层是１００ｍｍ铅＋１５ｍｍ钢＋５ｍｍ铜。Ｇｅ（Ｌｉ）探测器对￣（６０）Ｃｏ１３３３ｋｅＶ能量的分辨率为２．４ｋｅＶ，峰康比为４４，相对探测效率为２４％。在反符合屏蔽条件下，谱仪在康普顿坪（３５８—３８２ｋｅＶ）和康普顿端（４６０—４８４ｋｅＶ）的抑制因子分别为５．Ｏ和５．４；康普顿区积分（５０—５９５ｋｅＶ）抑制因子３．６，峰康比（￣（１３７）Ｃｓ点源）为４９４。在１００—２０００ｋｅＶ能区屏蔽室内、外的积分本底比为１：１３１。加反符合和不加反符合条件下的积分本底抑制因子为３．５，加反符合后的积分本底为１７．２ｃｐｍ。当测量时间１０００ｍｉｎ、置信度９５％时，￣（１３７）Ｃｓ的最低可探测活度（判断限）为５．８ｍＢｑ．２４小时内，￣（２４１）Ａｍ、￣（１３７）Ｃｓ和￣（６０）Ｃｏ     

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％。     

压水动力反应堆燃料元件安全性的监测与分析

为了对１座压水型动力反应堆作燃料元件破损的现场监测，计算了一些裂变产物的主要γ光子用７６．２ｍｍ×７６．２ｍｍＮａｌ探测器测量时产生的光电峰相对计数率随反应堆启动不同时间的变化，并作了监测中的干扰因素分析。计算和分析结果表明：在元件安全性监测中，最适合选择的γ光子能量是２２０．９ｋｅＶ（８９Ｋｒ）、４０２．７ｋｅＶ（８７Ｋｒ）、１９６．３ｋｅＶ（８８Ｋｒ）、５２９．８ｋｅＶ（１３３Ｉ）和８１ｋｅＶ（１３３ｘｅ）。在监测中存在的主要干扰因素是高能γ射线产生的湮没辐射、ｗａｌ探测器周围ｐｂ屏蔽上产生的７５ｋｅＶＸ射线及由１９Ｏ和１６Ｎ产生的γ射线。在１座反应堆２次事故排除的元件安全性监测中，分析方法成功地得到了应用。     

采用联反符合计数系统的康普顿抑制γ谱仪

本文介绍的用于低本底γ测量的小型康普顿抑制谱仪采用并联取样反符合计数系统，同时具有简单有效的物质屏蔽和数据自动采集和分析功能，在阱型反符合屏蔽条件下，谱仪对置于ＮａＩ（Ｔｌ）主探测器上方３．５ｃｍ处的＾１３７Ｃｓ薄膜源的探测灵敏度为７４．３７Ｐａ；在５０－２０００ＫｅＶ能区的积分本底为１５ｍｉｎ＾－１，与无反符合屏蔽时相比降低了６１．５％。     

Si（Li）电子谱仪的研制

研制了“无窗”的Ｓｉ（Ｌｉ）电子谱仪，测量了＾２０７Ｂｉ的内转换电子能谱，对能量９７５．６２ｋｅＶ的电子取得了２．０７ｋｅＶ的能量分辨率。     

元件破损实时监测与分析中裂变产物光子能量的选择

计算了不同裂变产物的主要γ光子对φ７６．２ｍｍ×７６．２ｍｍ ＮａＩ探测器光电峰的相对探测效率。结果表明，在燃料元件破损监测中，光电效应计数率最高的几种光子能量与核素是８１ｋｅＶ（＾１３３Ｘｅ）、１９６．３ｋｅＶ（＾８８Ｋｒ）、２２０．９ｋｅＶ（＾８９Ｋｒ）、２４９．８ｋｅＶ（＾１３５Ｘｅ）、４０２．６ｋｅＶ（＾８７Ｋｒ）和５２９．８ｋｅＶ（＾１３３Ｉ）。由于活化产物γ辐射的干扰，监测用γ光子的能     

峰面积比法测量绝对热中子注量率

介绍了利用γ谱仪测量绝对中子注量率的方法。在已知中子场中照射金（Ａｕ）箔和铕（Ｅｕ）箔，利用γ谱仪分别测量＾１９８Ａｕ和＾１５２Ｅｕ的４１１ｋｅＶγ峰面积，根据两者的峰面积之比和已知中子场的约对中子注量率，求得＾１５２Ｅｕ的４１１ｋｅＶγ峰面积对应的中子注量率。在待测中子场中，照射金箔，利用γ谱仪测量其４１１ｋｅＶγ峰面积和刻度过的＾１５２Ｅｕ的４１１ｋｅＶγ峰面积，根据两者之比和已求得的＾１５２     

70As的衰变研究

采用低本底ＮａＩ－ＨｐＧｅ反康普顿谱仪和γ－γ－Ｔ（ＨｐＧｅ－ＨｐＧｅ）三参数快慢符合系统研究了＾７０Ａｓ３７→＾７０Ｇｅ３８的衰变，通过γ单谱和反康普顿谱的分析，给出了６５条γ射线的能量及相对强度；利用符合关系建立了＾７０Ａｓ３７→＾７０Ｇｅ３８的衰变纲图，其中，１０３６．９９、１１９６．６６、１５３９．２９、２５３１．７ＫｅＶγ射线为首次测到的，３５７０．５３、４２４３．１０、５２６５．８１ｋ     

高纯锗探测器的快定时性能及其应用

为了将高纯锗（ＨＰＧｅ）探测器用于快定时的物理实验中，本实验研究厂影响高纯锗探测器定时谱仪时间性能的各种因素，找出了获得谱仪最小时间分辨的各种最佳参数。并建立了分辨时间为４．１９ｎｓ，能量分辨率为２０ｋｅＶ，微分非线性好于±２．０％，计效率可承受１２０×１０￣３ｓ￣（－１）的时间微分扰动角关联谱仪。利用此谱仪，以￣（２０４）Ｂｉ为探针核，研究了Ｂｉ系高温超导的微观机理，取得了较好的结果。     

低温小立体角α谱仪的研制

研制了１套工作温度在室温至－２７．５℃、面源对探测器所张的相对立体角在５．２８７×１０－２—１．１１９×１０－４之间、分辨率达到１３．３ｋｅＶ的低温小立体角半导体α谱仪，研究了谱仪分辨率与探测器温度和相对立体角之间的关系。该谱仪已应用于α放射性比、α粒子能量、α粒子辐射几率和α放射性活度的测量。     

大体积BaF2γ能谱仪

为了配合研制“伴随粒子快中子飞行时间法检测爆炸物系统”，我们建造了一台大体积的ＢａＦ２γ谱仪。其能量分辨率为１２．６％（对６６１ｋｅＶ的γ射线），时间分辨率好于１ｎｓ。ＢａＦ２晶体直径为１００ｍｍ，长度在１００ｍｍ以上。     

大面积Si（Li）探测器

测量了不同温度条件下面积为４９ｍｍ×４９ｍｍ、厚３．５ｍｍ的Ｓｉ（Ｌｉ）探测器的Ｉ－Ｖ特性。Ｓｉ（Ｌｉ）－Ｅ－１和Ｅ－２探测器对＾２３８Ｐｕ５．４９９ＭｅＶ α粒子的能量分辨率例如为５４．４ｋｅＶ和５７．０９ｋｅＶ。     

乏燃料后处理溶液中U、Pu的~(57)Co源激发K-XRF分析

自制一套５７Ｃｏ源激发Ｋ系Ｘ射线荧光（Ｋ－ＸＲＦ）分析系统。用５７Ｃｏ的１２２ｋｅＶγ射线激发工艺溶液中Ｕ、Ｐｕ的Ｋ系Ｘ射线荧光，用ＨＰＧｅ探测器－多道微机分析系统进行测量，并以１２２ｋｅＶγ射线康普顿散射线为内标，建立强度比－浓度校正曲线，快速无损地测定ＰＷＲ乏燃料后处理工艺溶液中Ｕ、Ｐｕ浓度。测定范围为０．５—２００ｇ／Ｌ，精密度为５．０％—１．５％。方法适于ＰＷＲ乏燃料后处理工艺中Ｕ、Ｐｕ浓度的快速控制分析或在线分析。在同时应用５７Ｃｏ透射源的情况下，精密度达０．５％，方法适于核燃料衡算分析。     

环境样品中铀丰度的HPGe γ谱仪测量方法研究

本工作研究反康普顿HPGe γ谱仪测量各种环境样品（包括土壤、水、擦拭以及气溶胶样品）中铀丰度的方法。并计算得到本谱仪测量擦拭样品、土壤（质量为325g）和水样（200mL）中。^235U的探测下限分别为0．02Bq、0．097Bq／kg和0．122Bq／kg。     

反康普顿γ谱仪在CTBT滤材样品国际比对中的应用

测试了一套反康普顿γ谱仪系统的主要性能,并用该系统测量了2004年度CTBT国际比对气溶胶样品,分别使用反康普顿γ谱仪的抑制谱和非抑制谱对样品中的核素及其活度进行了分析,分析结果表明,反康普顿谱仪在环境水平弱放射性分析方面具有明显的优势.     

X,γ系列标准源的研制

本文主要介绍用于Ｘ、γ谱仪能量及效率刻度的一套系列标准源的研制方法和检验结果。它是发射射线能量范围为５．９－１８３６．１ｋｅＶ的￣（５５）Ｆｅ、￣（１０９）Ｃｄ、￣（２４１）Ａｍ、￣（５７）Ｃｏ、￣（１３３）Ｂａ、￣（１３７）Ｃｓ、￣（５４）Ｍｎ、￣（６０）Ｃｏ、￣（２２）Ｎａ和￣（８８）Ｙ１０种核素标准源。采用的高纯放射性核素标准溶液，杂质的相对强度小于０．１％；由４π（ＬＳ）和４π（ＰＣ）β－γ符合方法确定的放射性浓度均在总不确定度范围（＜２．０％，置信水平为９９．７％）内相符。放射性核素密封于质量厚度为１５ｍｇ／ｃｍ￣２（除￣（５５）Ｆｅ源用７ｍｇ／ｃｍ￣２）的圆形聚脂膜中，活性区直径≤３ｍｍ。对６个￣（５７）Ｃｏ源活度用ＮｐＧｅ谱仪测定检验，偏差在０．５１％－１．０２％之间。经擦试检验表明，未见表面污染和泄漏。     

材料自散射对低能γ射线厚度测量精度的影响

本文根据γ射线与物持发生Ｒａｙｌｅｉｇｈ散射和康普顿散射的基本规律，用蒙特卡罗法计算了散射γ射线对探测器计数或沉积能量的影响，从使用低能Ｘ，γ射线（＾３４１Ａｍ５９．６ｋｅＶ）测量钢带厚度的角度，分析了散射对测量结果精度的影响，计算了与实验进行了比较。     

碘化汞半导体探测器的能量分辨率

介绍了ＨｇＩ２晶体的生长方法及探测器制备技术，讨论了ＨｇＩ２半导体探测器的能量分辨率，测得ＨｇＩ２探测器在室温玻地＾５５Ｆｅ５．９ｋｅＶ和＾２４１Ａｍ５９．５ｋｅＶＡ射线的能量分辨率分别为１．３ｋｅＶ和３．４ｋｅＶ。