Digital signal processing and algorithms for γ-ray tracking

Gamma-ray tracking is a new concept to improve efficiency and sensitivity of the next generation, high resolution γ-ray spectrometers. Tracing multiple scattered γ-rays inside an array of large volume composite, segmented Ge-detectors, the photo energies of the individual γ-rays and their incident directions can be precisely reconstructed. This results in an improved efficiency and peak-to-total ratio, and a reduced Doppler-broadening. The reconstruction efficiency depends on how accurate the positions, where the γ-rays interact with the Ge-crystals, can be localized. Novel digital signal processing hardware modules and related software algorithms are described, which allow an online determination of the energies, times, and interaction positions of the γ-rays by analyzing the shapes of the charge signals induced on the segments     

γ射线与脑神经系统的相互作用

本文研究了γ射线与脑神经系统的相互作用规律及其物理机理。将脑神经细胞骨架微管中的两种蛋白构型视为其内电子自旋的两种空间取向,用密度矩阵描述脑神经系统中信息位的状态,建立并求解了系统的动力学方程。研究结果表明：γ照射不仅损伤机体组织,且会影响大脑思维和意识。     

放射源~(60)Coγ射线的利用效率研究

应用60 Coγ射线照射量率计算法分析比较了4种放射源排列方法和3种辐照操作方式的γ射线利用效率。结果表明,3种操作方式中,换层操作的效率最高,利用率为1.78,其次是分区操作方式,为1.45,源超界的不换层方式最低,为0.85。实行换层操作时,当吊篮高度在1.2m之内时以3层高度收敛排列法(各层间活度比为0.6∶1.8∶0.6)的60 Coγ射线利用率最高,为1.60;当吊篮高度为1.4 m时,3层轻度收敛排列法(0.9∶1.2∶0.9)的60 Coγ射线利用率最高,为1.72;当吊篮高度达到1.6 m时,3层均匀排列法(1∶1∶1)的射线利用率最高,为1.78。     

γ射线闪烁体探测器响应函数模型研究

建立了一种可用于γ射线能谱分析的CsI(Tl)闪烁体探测器响应函数(DRF)模型,并对0.05~1.5 MeVγ射线能谱进行了拟合。描述γ射线能谱特征的每个函数均是基于对射线作用机制的分析,采用权重最小二乘法实现了22 Na、60 Co、137 Cs、238Pu实验能谱的拟合,并同时得到了函数中与射线能量相关的非线性参数。最后利用该DRF模型对CsI(Tl)探测器测量152 Eu源的γ射线能谱进行了拟合,结果表明,此DRF模型可较好地应用于γ射线能谱的分析。     

γ射线二极管寿命提升关键技术实验研究

本文通过分析γ射线二极管的物理过程,对二极管的阴阳极材料和结构进行了改进,并在强光一号装置上进行了实验验证。实验结果表明,通过采用深槽结构的黄铜阴极和多层阳极靶可显著降低强光一号装置二极管的阴极烧蚀、溅射沉积污染及阳极的热-力学损伤。改进后的阴极至少可重复使用3发次,阳极至少可重复使用4发次。实验结果为建设中的大面积脉冲γ射线辐射装置二极管的研制和实验效率提升提供了新技术途径。     

~(88)Kr γ射线发射几率的测量

利用轻质海绵为填充材料,采用小体元分割法制备混合标准源,完成了高纯锗γ探测器对放射性气体源效率的校准。采用活性碳低温吸附法从235 U的裂变产物中快速提取放化纯88 Kr,并制成气体密封源,采用上述校准的高纯锗γ探测器对其进行了实验测量。利用放射性暂时平衡原理,通过子核88 Rb的活度计算得到了88 Kr的活度,进而计算出88 Kr各γ射线的发射几率,其结果的不确定度与评价值相比明显降低。     

大体积航空巡测γ谱仪的点源校准

参考国际原子能机构（IAEA）航空辐射监测技术标准和国内外行业经验,选取3种人工放射源对现有先进的大体积航空巡测γ谱仪进行了寻源模式的实验校准。介绍了航空巡测γ谱仪系统开展点源模式的实验校准方法、校准方案,实验过程中严格控制实验条件和过程质量,给出了²⁴¹Am、¹³⁷Cs和⁶⁰Co人工放射源点源校准参数,基于这3种核素校准参数可估算其他人工放射性核素的校准参数,从而实现了航测系统寻找人工放射源进行定量测量的功能。     

线极化γ射线康普顿散射的蒙特卡罗模拟

本文利用蒙特卡罗程序Geant4模拟了不同能量、不同线极化度γ射线的康普顿散射过程,通过记录散射γ射线方位角上计数的不对称性模拟计算了入射γ射线的极化度。比较了模拟计算的极化度与原入射射线的极化度,发现两者符合很好。结果表明,利用蒙特卡罗方法能模拟极化光子与物质的相互作用,可为γ极化仪的设计提供指导。     

基于碘化钠探测器的闪电γ射线爆发观测研究

本文采用NaI（Tl）探测器搭建了闪电高能辐射地面观测装置并进行了性能测试。于2016年夏季探测到1次自然负地闪过程中的两次回击之前产生的γ射线爆发信号,这是国内首次获得自然闪电高能辐射的实测波形数据。第1次γ射线爆发持续时间为563 μs,第2次γ射线爆发持续时间为353 μs,两次γ射线爆发的截止时间间隔为76.288 ms,与同步观测到的回击电场波形时间间隔一致。经分析发现,梯级先导的负脉冲信号与高能辐射的脉冲信号具有一一对应的特征,表明梯级先导是本次测量所获闪电高能辐射的产生根源。     

热释光剂量片γ射线响应的线性上限和重复性研究

本文利用 60 Co试验研究了国产LiF(Mg,Ti)-M热释光剂量片（TLD）对γ射线的线性响应上限及其重复性。结果表明,国产LiF(Mg,Ti)-M的线性响应上限在150～200 Gy之间,超过线性上限后灵敏度下降,退火后再次使用灵敏度增加。试验结果还表明,即使接受到的吸收剂量在非线性区域,1组剂量片的响应一致性仍可在后续多次使用中保持。据此,本文提出采用成批使用的方法测量非线性区域的吸收剂量,这可提高大吸收剂量测量的准确性。     

固体219Rn源的γ能谱法放射性纯度检验

对利用从铀矿石中提取得到的²²⁷Ac制备的固体²¹⁹Rn源进行了γ能谱分析,确定了²²⁷Ac的4个子体核素²²⁷Th、²²³Ra、²¹⁹Rn和²¹¹Bi的活度,并分析了能对²¹⁹Rn造成干扰的²²²Rn、²²⁰Rn母体核素²²⁶Ra、²²⁴Ra的活度。待²²⁷Ac及其子体达到放射性平衡后,通过测量²²⁷Th的235.97、256.25 keV,²²³Ra的154.21 keV,²¹⁹Rn的401.81 keV,²¹¹Bi的351.059 keV共5条γ射线,最终确定固体²¹⁹Rn源中²²⁷Th、²²³Ra、²¹⁹Rn和²¹¹Bi的活度为（1 069±3）、（1 079±5）、（1 095±13）、（1 096±14）和（11 089±4） Bq,固体²¹⁹Rn源的平均活度为（1 093±8）Bq;通过测量²²⁴Ra子体²¹²Pb的238.632 keV、²⁰⁸Tl的583.191 keV γ射线以及²²⁶Ra子体²¹⁴Bi的609.312、1 120.287 keV γ射线得到²²⁶Ra与²²⁴Ra的平均活度分别为5.12 Bq及0.433 Bq,远低于固体²¹⁹Rn源的平均活度,说明固体²¹⁹Rn源放射性纯度较高。以上结果表明,此源有望制成标准固体²¹⁹Rn源以用于延迟符合法测²²³Ra、²²⁷Ac装置的刻度。     

低注量X射线中屏蔽电缆的系统电磁脉冲响应研究

介绍了在低注量X光条件下进行电缆的系统电磁脉冲实验研究的方法。将DPF低注量脉冲X光响应实验与实验室电流注入方法相结合,对典型实用电缆的系统电磁脉冲响应情况进行了实验研究,结果表明该方法对于电缆的研究是切实可行的,克服了由于缺乏高注量X光装置带来的困难。     

空气中γ辐照聚碳硅烷先驱丝的增重特性

利用γ射线在空气中辐照处理聚碳硅烷（PCS）先驱丝,采用凝胶含量、红外光谱、核磁共振、凝胶渗透色谱及理论计算等手段研究了PCS先驱丝在空气中的辐照增重特性。结果表明：吸收剂量为4 MGy时,PCS先驱丝的辐照增重为25.4%,Si-H键的反应程度为86.9%;Si-H键的反应程度与辐照增重呈很好的线性关系,R²=0.9972;在γ辐照作用下,空气中的氧通过与PCS反应形成了Si-OH、Si-O-Si、Si-O-C和C＝O结构而造成PCS先驱丝显著增重。理论计算表明,Si-CH₃上的C-H键与空气中的氧发生反应生成C＝O是增重的主要来源。     

60Co γ射线辐照剂量对明胶特性和结构的影响

本文以0～60 kGy ⁶⁰Co γ射线辐照的明胶为对象,研究了辐照剂量与明胶的黏度、胶凝特性、力学性能、蛋白组分、分子质量的关系。结果表明：明胶的特性黏度、相对黏度、凝胶强度、断裂伸长率、分子质量与剂量呈良好的负相关;明胶的γ、β、α链含量随剂量的增加而减少,大分子链的降解伴随着小分子多肽链混合物的增加,相对分子质量分布逐渐加宽;明胶膜的断裂强度升高而断裂伸长率下降;辐照后明胶表面结构致密而平滑。在有限水和无限氧气存在条件下,辐照明胶以降解为主,同时伴随着少量的交联,剂量越大,反应程度越高。     

食品中致病菌γ射线辐照杀菌效果影响因素研究

为更好地保证食品的辐照杀菌效果,以纯培养的李斯特菌、沙门氏菌、大肠杆菌O157∶H7为研究对象,分别将其接种于番茄、胡萝卜、水煮杏仁、冷却肉、冷冻肉、芥蓝豆、盒装豆腐、杏干、营养肉汤、芹菜花生冷食材等介质中,研究辐照剂量、菌种类型、介质类型、介质温度、包装类型等条件对γ射线辐照杀菌效果的影响,明确环境条件对致病菌辐照敏感性的影响。结果表明：同一种介质中不同致病菌对辐照的敏感性不同,其中大肠杆菌O157∶H7对辐照最为敏感;在大多数介质中,沙门氏菌对γ射线辐照的敏感性略高于李斯特菌。对于同一种致病菌,介质中的水含量和介质的成分对辐照效果有较明显的影响,水分含量高的介质中致病菌对辐照更为敏感,肉中的致病菌较蔬菜中的致病菌对辐照更具抗性;低温辐照,尤其是冷冻条件下辐照能增加致病菌对辐照的抗性;当有氧气存在时,致病菌对辐照的敏感性相对增加。     

低剂量γ射线辐照对斑马鱼胚胎的发育和遗传毒性效应

为研究低剂量γ射线辐照对水生生物的发育和遗传毒性效应,以模式生物斑马鱼为研究对象,采用生物细胞辐照仪对5 hpf的斑马鱼胚胎进行不同累积剂量（0.01～1.00 Gy）的γ射线辐照处理,分析了胚胎的存活率、孵化率、畸形率和DNA损伤以及发育至150 dpf的F1代斑马鱼成鱼的繁殖能力及肝脏、肾脏和脾脏抗氧化酶的活性。结果表明：0.01 Gy低剂量γ射线辐照对斑马鱼胚胎存活率和孵化率无显著影响,但畸形率和DNA损伤显著提高;当辐照剂量超过0.10 Gy时,存活率和孵化率显著降低。5 hpf的斑马鱼胚胎接受0.01 Gy低剂量的γ射线辐照后,发育至150 dpf的F1代斑马鱼成鱼,产卵量显著降低,且具有剂量依赖性;肝脏的CAT酶的活性显著升高,表明它可能是评价低剂量γ射线辐照毒性效应潜在的生物标记物。     

核部件缓发γ能谱时间演化行为模拟

在分析无外中子源照射条件下核部件中裂变产物的来源及其释放缓发γ射线机理基础上,提出了应用CINDER90程序计算核部件中裂变产物活度的方法,计算并分析了裂变产物的种类、活度及其随辐照时间和冷却时间的变化规律,继而根据裂变产物β^-衰变释放的特征γ射线的能量与分支比数据,计算得到了核部件中裂变产物缓发γ射线源项,并应用蒙特卡罗方法计算了核部件释放的缓发γ能谱随辐照时间和冷却时间的变化,分析了缓发γ能谱的时间演化行为。结果表明：核部件缓发γ能谱中强度最大的γ射线是裂变核素¹⁴⁰La β^-衰变发射的1 596 keV射线,且该γ射线的强度在部件组装一定时间后保持稳定,该结果与文献结果符合一致。本文提出的裂变产物缓发γ能谱模拟计算方法和结果可为核部件γ能谱的测量与分析提供参考。     

气溶胶中F和Na分析的外束质子诱发γ射线激发曲线测量

在大气颗粒物离子束分析中,质子诱发γ射线分析（PIGE）作为质子诱发X荧光发射（PIXE）的补充方法,通常用于分析轻元素。为得到外束PIGE定量分析气溶胶样品中F和Na元素的最佳实验条件,本工作在北京师范大学串列加速器上测定了质子能量在1.8～2.9 MeV范围内,核反应¹⁹F(p,p’γ)¹⁹F（E_γ=110 keV和197 keV）和 ²³Na(p,p’γ)²³Na(E_γ=440 keV)的γ射线激发函数。     

Schottky junctions on semi-insulating LEC gallium arsenide for X and γ-ray spectrometers operated at and below roomtemperature

This work deals with the study of a Schottky junction used as an X- and γ-ray detector in a spectrometer operated in the temperature range from -30°C to +22°C. The device (7 mm² active area and 100 μm thickness), fabricated on liquid encapsulated Czochralski (LEG) semi-insulating Gallium Arsenide, is designed with a noninjecting ohmic contact which allows biasing voltages up to 550 V. At room temperature (22°C) the energy resolution is found to be relatively poor (15.5-keV full-width at half-maximum (FWHM) at 59.5 keV) due to the large junction reverse current, whose density (7-37 nA/mm² at V_bias=100-500 V) is within the typical values for Schottky junctions on SI LEC GaAs. By cooling of the detector to -30°C, the noise of the reverse current is drastically lowered, thus achieving electronic noise levels around 160-180 rms electrons (1.6-1.8 keV FWHM), At 500-V bias, the ²⁴¹Am spectrum has been resolved down to an energy of 4 keV with charge collection efficiency of cce=97% and a resolution of about 2-keV FWHM for the Np L lines and 2.4-keV FWHM for the 59.5-keV γ photons. The linearity of the detector has been measured to be better than ±0.6% within the explored energy range (14-59 keV). From the experimental spectra, it has been analyzed how either the electronic noise or the trapping of the signal charge contribute to the energy resolution of the spectrometer. The result is that despite the high measured cce. The trapping gives a contribution higher than 1.5 keV FWHM for the 59.5-keV spectral line. A comparison between the experimental results and Monte Carlo simulations, based on the Hecht model of charge trapping in detectors, is shown to give a satisfactory justification of the observed phenomena. A total mean drift length of carriers has been experimentally derived, finding an exponential dependence upon the bias voltage applied to the detector     

γ射线辐照和阳光照射对ZF6铅玻璃透光率的影响

通过实验研究ZF6铅玻璃在~(60)Co放射源相同剂量率不同累积剂量照射下透光率的变化规律。将辐照后的铅玻璃在室外阳光下、室内自然光下和不透光的抽屉中放置观察,发现阳光照射对铅玻璃辐照着色的恢复起着重要作用,在建立铅玻璃透光率随辐照时间变化的数学模型时,室内自然光对铅玻璃透光率的影响可忽略。实验数据验证了受辐照时铅玻璃透光率的变化与辐照时间符合指数函数关系。根据文献资料推导出铅玻璃透光率变化与光照时间为线性函数关系,但发现其与实验数据的符合程度较差,本文根据样条曲线插值法推导出铅玻璃透光率与光照时间为二次函数关系,与实验数据的符合效果较好。