海水放射性监测装置研制及初步测试结果

日本福岛核事故向海洋释放了大量的放射性核素,海洋放射性监测开始受到关注.研制了一套基于NaI(T1)闪烁体的海水放射性监测装置,对此装置的性能进行了模拟计算和初步测试.模拟计算结果表明,装置对137 Cs全能峰探测效率为2.17×10-5cps/ (Bq·m-3).通过实际刻度实验,本装置对137Cs全能峰探测效率为2.27×10-5cps/(Bq·m-3),与模拟结果符合较好.用该装置在福建沿海海域进行了水下测试,测量得到海水本底谱,利用该本底谱计算得到本装置对海水中的137C8的最小可探测活度约为580 Bq/m3.实验结果表明本装置可有效地应用于海洋放射性日常监测和事故状态下的核污染监测,并给出了本装置的后续改进方法.     

饮用水总β在线测量装置设计

为实现饮用水总β放射性活度的在线测量,采用Geant4软件对闪烁光纤阵列探测器结构进行了优化设计,并对探测器基本性能进行了模拟和实验。闪烁光纤阵列探测器β粒子探测效率的蒙卡模拟结果为1.31 s-1/(Bq/L),探测器在17 h内总β最小可探测活度为0.1 Bq/L,10 min内总β最小可探测活度为1.0 Bq/L,在水样无浓集的前提可实现水中总β放射性活度在线监测和超阈值报警。     

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。     

水中大面积ZnS(Ag)闪烁体总α在线监测系统模拟设计

采用Geant4软件对大面积ZnS(Ag)探测器有效探测体积、闪烁体厚度及半径、荧光收集效率进行了模拟,确定了闪烁体的最佳结构尺寸,并对探测系统整体结构进行了优化设计,最后对探测系统的最小可探测活度浓度进行了估算。理论设计的大面积ZnS(Ag)闪烁体对238U产生的α粒子的探测效率的模拟结果为0.005 2 s~(-1)/(Bq/L),探测系统的本底计数率为1 min~(-1),则探测器在16 h内即可实现0.5 Bq/L的测量目标。该研究对于总α放射性活度在线测量装置的研发具有重要的指导意义。     

基于NaI的在线水体γ放射性监测系统的研制

自2011年日本福岛核事故以来,水体放射性污染受到广泛关注,进行水体放射性监测是判断水体环境安全与否的重要措施。研制了一套在线水体γ放射性监测系统,将待测水域的水样抽入铅室内的取样容器中,采用76.2 mm NaI探测器对水样的γ放射性核素进行监测。综合考虑探测效率、环境本底、测量时间等因素,确定本系统取样容器半径为10 cm,铅室厚度为35 cm。效率刻度结果:对137Cs的全能峰探测效率为0.072 2 s~(-1)/(Bq·L~(-1));在天然本底条件下,取95%置信度时,对137Cs的探测下限为0.982 Bq·L~(-1)(1 h)。结果表明,本监测系统实现了快速取样并获取水中γ放射性核素活度浓度,可应用于水体环境日常放射性监测和事故状态下的应急放射性监测。     

核电厂排放气体中β放射性气体监测装置设计

基于塑料闪烁体的放射性惰性气体探测技术,应用接近4π的灵敏辐射测量技术,设计了核电厂排放气体中β放射性气体监测装置。采用MCNP软件对β放射性气体监测装置主要参数进行模拟计算,结果表明:该监测装置有助于深入了解探测装置的探测机理及过程,可为放射性惰性气体活度浓度探测装置的设计提供理论数据。     

133Xe活度浓度的绝对测量

惰性气体氙监测是全面禁止核试验条约（CTBT）国际监测系统（IMS）的关注重点,其中,放射性氙同位素的活度浓度主要采用HPGeγ能谱法和β-γ符合法测量,如何准确刻度系统的探测效率是放射性氙测量的难点。本工作介绍了一种采用内充气正比计数管长度补偿绝对测量放射性氙活度的原理和方法,对¹³³Xe活度浓度进行了绝对测量,其活度浓度测量结果为21.36×（1±1.5%）Bq/mL。     

用NaI(Tl)探测器在线测定大体积水中的γ弱放射性

文章介绍了用NaI(Tl)晶体探测器对大体积水中的γ弱放射性直接快速在线测量的方法,并用~(40)K液体源和点源(~(60)Co,~(137)Cs)进行了效率刻度。可行性研究表明,对φ100×100mm的NaI(Tl)晶体探测器,监测水池的容积在1m~3左右是可取的。监测装置的最小可探测的放射性比活度可望好于9.2×10~2Bq/m~3。实际监测中,还要对工业下水进行鼓泡赶氡。     

MC法刻度水中γ放射性在线监测装置探测效率

检验了蒙特卡罗(MC)方法刻度水中γ在线监测装置探测效率的可行性和准确性。用MCNP4C模拟装置中的Na I探头对水中~(137)Cs和~(60)Co的探测效率,与点源代替体源效率标定的实验结果相比较,偏差范围小于10%。再根据模拟计算的全能峰探测效率刻度曲线,估算水中γ核素的活度浓度,与实验室取样分析的偏差为-12.6%。结果表明,基于正确的MC计算模型,模拟Na I对水体γ放射性的探测效率,简便易行,可应用于工业废水及饮用水等领域在线γ监测的效率刻度工作。     

安全壳卸压排放气体在线辐射监测仪的理论设计

针对核电厂事故条件下卸压排气过程中的放射性气体成分及气体监测要求,对核电厂安全壳卸压排放气体放射性活度探测装置进行了理论设计。并利用MCNP对探测装置进行了模拟计算,结果表明：在选择合理的测量准直器、屏蔽方案条件下,该装置可实现安全壳卸压排放气体放射性活度监测。最后通过实验验证表明,模拟计算结果真实可靠,可为核电厂卸压排气放射性监测设备的研制提供重要的理论支持和参考。     

用大面积平行板屏栅电离室谱仪测定水中α放射性核素

测量水中α放射性,通常是将样品蒸发烘干,然后用ZnS(Ag)闪烁计数器测量其总α放射性,这种方法不能做能谱分析。 我们研制的大面积(300cm~2)平行板屏栅电离室可作为能谱分析装置,其能量分辨率为36±5 keV(φ10 mm~(239)Pu电沉积源),4-6MeV能区的本底为13计数/h,最小可探测活度为2×10~(-4)Bq(3σ,27h),对大面积源的探测效率为44％。 为了核工业三十年环境质量评价的需要,我们测定了某些铀矿尾矿排放水中的α放     

基于反宇宙射线γ谱仪的水样品测量

本文基于本底水平较低的反宇宙射线γ谱仪,对其在水样品测量上的应用进行了探讨。文中使用水标准源对反宇宙射线γ谱仪进行效率刻度,比较不同形状水样品探测效率差异,对采集的某水样品经蒸发浓缩后测量,比较反宇宙γ谱仪与其他γ谱仪测量水样品的探测限。结果γ射线能量E＜130 keV时,反宇宙γ谱仪对马林杯($\phi$17 cm×17 cm)水样品的探测效率低于圆柱体($\phi$7.5 cm×7.0 cm)水样品,而E＞130 keV时,马林杯水样品的探测效率明显大于圆柱体样品。反宇宙γ谱仪测量马林杯水样品的探测限比圆柱体水样品探测限低一个数量级。反宇宙γ谱仪对同一水样品的探测限比常规高纯锗谱仪低一个数量级,该反宇宙γ谱仪直接测量未经前处理马林杯水样品中核素¹⁴⁴Ce、¹³⁷Cs和⁶⁰Co的探测限分别为3.07×10^-2 Bq/L、3.67×10^-3 Bq/L、3.70×10^-3 Bq/L。结论是反宇宙射线γ谱仪可用于低水平放射性水样品测量,其优势在于减少前处理时间,缩短样品测量周期,大大降低探测限,提高测量精确度。     

光纤传输型便携式大面积表面污染监测仪实验样机的性能测试与分析

研究了基于大面积塑料闪烁体(灵敏面积高达1 200 cm2),利用波长转换光纤(WLS)开展β表面污染测量的可行性。初步采用了波长转换光纤阵列与塑料闪烁体直接耦合的设计方式。基于该设计,编制了计算程序,开展了系统的光传输模拟计算,对塑料闪烁体尺寸、波长转换光纤的数量和排布方式进行了优化设计。同时,结合分析结果完成了测量系统的整体设计,加工制作了专门的实验样机,并对该装置进行了性能测试。结果表明:该实验样机的灵敏探测面积为1 200 cm2、探测效率约为15.4%、不同灵敏区域的不均匀度约为9.7%、探测下限约为0.05 Bq/cm2,可以满足正常运行和事故情况下的β表面污染监测需求。     

水中总α、β放射性测量中探测效率等效因子相关性探讨

研究水中总放射性测量探测效率等效因子相关性。通过蒙特卡洛模拟计算和试验测量比较8个不同质量厚度⁴⁰K、²⁴¹Am源探测效率,验证实验测量装置模拟模型。模拟20个不同质量厚度、3个不同半径辐射源的6个α和β核素探测效率,计算其探测效率等效因子,进一步分析不同质量厚度,不同半径辐射源,不同能量的α、β核素探测效率等效因子相对偏差。⁴⁰K作标准源,β核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于1.5%;²⁴¹Am作标准源,α核素辐射源半径不同,引起的探测效率等效因子相对偏差小于8.05%,当质量厚度等于11.21 mg/cm2,辐射源半径不同引起的探测效率等效因子相对偏差小于3.08%。水中总α、β放射性测量,辐射源半径对α、β探测效率等效因子影响小于10%;日常水中总放射性测量,可以不考虑辐射源半径不同引起的探测效率等效因子修正,其结果能够满足相关标准要求。     

四川九龙县锂铍稀有金属矿区天然放射性水平评价

主要论述了九龙县锂铍稀有金属矿区天然放射性评价的方法和结果,在矿区地表开展γ辐射空气吸收剂量率、~(238)U、~(232)Th、~(40)K活度浓度测量,同时对矿体、围岩进行化学取样分析,以及矿区主要的地表水、地下水样进行水中总α、总β放射性活度及镭、钍、钾、氡含量取样分析。结果表明,全区γ辐射空气吸收剂量率平均值为106.4 nGy·h~(-1),锂、铍矿体的~(238)U、~(232)Th、~(40)K活度浓度平均值分别为0.098、0.056、0.801、0.079 Bq·g~(-1)、0.110 Bq·g~(-1)和1.155 Bq·g~(-1)。矿区水体总α放射性平均值为0.047 1 Bq·L~(-1),总β放射性平均值为0.093 1 Bq·L~(-1)。本次通过对矿区的放射性水平的调查,对矿区锂铍矿安全开发与利用决策提供参考依据。     

放射性废水膜处理工艺中试实验研究

采用处理量为200L/h的膜处理中试实验装置研究了硅藻土过滤器+两级反渗透膜+离子交换系统在放射性废水处理中的应用,重点考察了各级出水电导率和放射性活度的去除效率,并比较了不同进水水质时出水的电导率和放射性活度变化。实验结果表明,第一级和第二级反渗透膜对放射性核素的去除效率为95%～98%,两级反渗透膜的总去除效率大于99.9%。实验结果同时表明,对于放射性活度浓度为32290Bq/L的原水经上述系统处理后其放射性活度浓度低于1.1Bq/L。     

内充气正比计数管系统绝对测量^135Xe活度

1996年9月10日联合国大会通过了全面禁止核试验条约(CTBT),稀有气体氙放射性监测是条约国际监测系统中的重要内容,国内外通常采用平面HPGeγ谱仪系统或β-γ符合系统进行监测样品的测量,如何准确刻度系统的探测效率是放射性氙同位素测量的难点.本文阐述了内充气正比计数管系统绝对测量放射性氙活度的原理和方法,在仔细测试内充气正比计数管系统性能基础上,绝对测量了135Xe活度,测量结果为38.87(1±1.0%)Bq/ml.实验证明用内充气正比计数管测量惰性气体氙的绝对活度是可行的,可为放射性核素实验室探测系统提供准确的绝对刻度标准.     

基于NaI闪烁体的放射性碘探测装置蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗程序(MCNP)研究了核电站气载放射性监测通道中重要监测设备放射性碘探测装置的探测方式、几何尺寸对NaI闪烁体探测器探测效率的影响,根据模拟计算结果对所反应的规律进行了详细说明,研究结论为放射性碘探测装置的研制提供了重要的数据参考和理论支持。     

液体闪烁谱仪的检定方法

用液体闪烁法测量放射性核素的方法已经应用很多年了。以液体闪烁法测量水中氚的放射性活度为例,分别对液体闪烁计数谱仪的主要性能参数:稳定性、本底计数率和探测效率进行讨论,建立了一套检定方法。     

新型α、β放射性活度测量装置设计

为满足便携式核辐射污染监测系统研制需求,设计了一种基于Si PM的小体积α、β放射性活度测量装置。该装置的探测器部分以塑料闪烁体和Si PM为核心,使用该新型探测器能够保证高灵敏度的同时缩小系统体积;计数器部分以FPGA为核心,包含了去抖动、边沿检测、脉冲计数、数码管显示等单元;探测器输出的微弱电流脉冲信号依次经后级电荷灵敏放大、整形滤波、电平转换电路的处理,最终以标准TTL电平信号的形式输出给脉冲计数器,实现对放射性粒子的实时监测。测试结果表明:装置对α源的探测效率约为43.3%,对β源的探测效率约为11.5%,能够有效完成α、β放射性活度测量。