几种HPGe γ能谱分析软件的分析能力比对

HPGe γ能谱分析软件的分析能力直接影响γ能谱分析结果的准确性和可靠性。本文利用国际原子能机构（IAEA）2002年度γ能谱分析软件国际比对的目标谱和全面禁止核试验条约组织2010年度放射性核素实验室能力验证的参考样品谱,对GammaVision、Genie2000、AATAMI和GammaSharp 4种γ能谱分析软件的分析能力进行了测试与研究。结果表明,这4种软件的交互分析能力基本相当,但自动分析时在峰面积计算、弱峰识别、弱峰面积计算方面的能力存在差异,研究成果为用户根据需求选用HPGe γ能谱分析软件提供参考和借鉴。     

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。     

基于安全壳近程探测数据的事故源项反演方法

在发生核电厂严重事故时,为更加快速准确地估算释放至环境的气载放射性核素泄漏速率,提出了一种新的源项反演方法。该方法基于在安全壳附近主动布设的移动探测点所获取的γ能谱数据反演源项,研究了合适探测距离的选择、移动探测点的有效布设及准确反演单个核素泄漏速率的方法。根据研究结果,选择气载放射性核素中泄漏量及特征γ射线能量均相对高的⁸⁸Kr作为特征核素进行能谱分析;确定合适的探测距离范围为距离安全壳100 m以内;建立γ能谱数据与特征核素泄漏速率的关系,在数值上准确反演放射性核素的泄漏速率。     

利用HPGe铀能谱88~100 keV能区确定铀富集度方法研究

利用铀材料γ能谱88～100 keV能区中γ、X射线重峰分解确定同位素丰度的方法,是铀同位素分析商用软件MGAU、MGA++等的核心技术。本文建立了γ、X射线峰形模型,提出了效率拟合因子修正效率的方法,并自行编写了铀富集度分析程序。用HPGe γ谱仪对两种化学形态、铀富集度范围为1.80%～90.1%的铀样品进行了测量,以验证自编程序的可行性。利用本文所编写的程序分析实验能谱,得到的芯块样品分析结果与标称值的相对偏差小于2%,粉末样品分析结果与标称值的相对偏差小于1%。     

γ射线康普顿散射的能谱研究

利用10 mCi的137Cs放射源发出的662 keV的γ射线,开展了与铝棒材料的康普顿散射实验。在20°～120°散射角度范围,用NaI(Tl)闪烁能谱仪直接测量获得了散射射线的能谱。简要介绍了实验原理和装置,给出了与实验系统配套的探测效率、峰总比等数据,深入讨论了散射射线能谱的特征,获得了散射能量、散射截面与散射角度的关系,并与理论值进行了比较,验证了康普顿散射理论。最后评述了该种康普顿散射能谱测量的方法。     

用于测量高能γ射线的三晶电子对谱仪的研制

为解决高能γ射线的准确测量问题,本文基于自主研发的闪烁晶体探测器研制了一套三晶电子对谱仪,测量了⁵⁶Co放射源1.5 MeV以上γ射线的双逃逸峰能谱。与使用单个LaBr3探测器所测能谱相比,三晶电子对谱仪有效降低了峰与连续本底的比值。本文研究结果为准确测量加速器共振核反应(p,γ)及激光康普顿散射(LCS)产生的高能γ射线奠定了技术基础。     

基于衰变链计算的裂变产物缓发γ能谱分析

在军控核查技术中,缓发γ能谱是核材料的“指纹”。为计算和分析铀裂变产物的缓发γ能谱,本文将各种类型的衰变链简化为基态线性链和激发态线性链,推导了零时前后各级核素数目的变化公式,建构了计算缓发γ射线能谱的C语言程序代码,并通过实验对理论推导进行了验证。通过分析几种核素的缓发γ射线计数发现,计算结果与实验数据吻合较好。     

辐照加工宝石的放射性测量研究

利用辐照进行天然宝石改色,能显著提升宝石的观赏价值和商业价值。但经反应堆辐照后的宝石含有人工放射性核素,会对相关人员产生照射。本文利用γ能谱分析方法对辐照宝石进行了直接放射性测量。采用实验和蒙特卡罗模拟相结合的方法分析了辐照宝石的几何结构、密度对其γ能谱测量准确性的影响,得到探测效率与能量、样品质量的修正公式,从而实现了无需磨制过程的辐照宝石放射性的γ能谱准确测量。     

基于康普顿散射本底扣除的航空γ能谱测量谱线比大气氡校正方法

大气氡子体释放的γ射线严重影响航空γ能谱测量结果,而谱线比大气氡校正方法是航空γ能谱测量大气氡校正数学方法中校正效果较好的一种。本文在此方法的基础上提出了基于快速傅里叶变换扣除散射射线的谱线比大气氡校正方法,研究了改进后新谱线比法不同组分校正系数和高度之间的关系,建立了新谱线比大气氡校正数学模型,并提出了校正系数的地面饱和模型刻度技术。改进后的谱线比大气氡校正方法的适用性及其校正系数的刻度效率得到了提高,节省了谱线比方法应用成本,解决了传统谱线比大气氡校正方法中校正系数采用谱形拟合方法导致物理含义丢失的问题。     

中子脉冲堆积信号处理方法研究

在强辐射环境下探测中子时,探测器输出的脉冲信号时常会出现堆积的现象,从而导致脉冲波形和中子能谱的失真。本文针对脉冲堆积问题,提出了一种数字化的脉冲堆积判别与校正方法,首先通过计算脉冲信号一阶微分中的下冲过零点个数来判别脉冲堆积,然后基于构建的4种标准堆积脉冲模型（n+n、γ+γ、n+γ、γ+n）还原构成堆积的原始脉冲。实验结果表明,该方法能准确地判别脉冲堆积事件,在堆积脉冲时间间隔小至20 ns时仍能有效地还原原始脉冲,既提高了中子有效计数率又校正了畸变的中子能谱。     

板状Bi样品泄漏中子和γ谱实验测量与模拟计算

通过飞行时间法,测量了氘氘脉冲中子与不同厚度209Bi样品作用后61°和119°方向的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱,样品尺寸分别为30 cm×30 cm×5 cm、30 cm×30 cm×10 cm和30 cm×30 cm×15 cm。采用BC501A液体闪烁体探测器测量0.8～3.2 MeV能区的泄漏中子飞行时间谱,钾冰晶石探测器（CLYC）测量0.2～0.8 MeV的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱。用MCNP-4C程序对泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱进行了模拟计算,²⁰⁹Bi的评价中子核数据分别采用了CENDL-3.1库、ENDF/B-Ⅷ.0库、JENDL-4.0库以及JEFF-3.3库中的数据,模拟结果分别与实验结果进行比较分析,研究结果表明,泄漏中子谱CENDL-3.1库的模拟结果在119°方向弹性峰位置有较严重的低估现象,JENDL-4.0库在1.5 MeV附近（第二非弹能区）有一定高估,而在低能区有明显低估;泄漏γ能谱JENDL-4.0库和JEFF-3.3库的模拟结果与实验结果偏差明显,而CENDL-3.1库符合较好。     

地层元素测井中探测器响应数值模拟研究

地层元素测井中常利用LaBr₃、BGO等晶体探测器测量γ能谱确定元素和矿物含量,晶体探测器计数效率与能量分辨率等参数是决定能谱质量和元素含量计算精度的关键因素。本文通过对比研究LaBr₃和BGO两种晶体探测器的能谱响应特性,利用蒙特卡罗方法建立了不同元素含量与种类的地层模型,模拟研究了两种晶体探测器的γ响应能谱,并利用最小二乘法计算了元素含量。结果表明：当地层矿物模型中元素种类较少时,两种晶体探测器测得的元素含量差异较小;当元素种类较多时,由于能谱中不同元素γ射线重叠及互相干扰,LaBr₃晶体探测器测得的元素含量计算精度优于BGO晶体探测器,体现了在复杂地层岩性元素含量测量中,高能量分辨率晶体探测器的探测优势。     

14.8 MeV中子诱发232Th裂变产额测量

本工作采用直接γ能谱法测量了14.8 MeV中子诱发²³²Th裂变的62个产物核的累积产额相对值,通过链产额之和200%归一的方法得到了47个质量链的链产额实验数据,数据精度好于10%。     

大尺寸BGO晶体的温度特性研究

锦屏深地核天体物理（JUNA）实验项目将在中国锦屏深地实验室开展恒星平稳氦燃烧阶段关键的(α,γ)和(α,n)反应以及恒星平稳氢燃烧阶段关键的(p,γ)和(p,α)反应的直接测量。该项目计划研制一套锗酸铋（BGO）探测器阵列用于(α,γ)和(p,γ)反应的γ射线探测。由于BGO晶体的光产额对温度敏感,温度的变化会导致γ能谱峰位的漂移和能量分辨率的变化。本文使用制冷系统对尺寸为6 cm×8 cm×25 cm的BGO晶体进行降温,利用¹³⁷Cs源测量了其γ能谱峰位和能量分辨率,对BGO探测器性能随温度的变化关系进行了研究。结果表明：在-20～22.1 ℃温度区间内,BGO探测器的γ能谱峰位与温度呈良好的线性关系,能量分辨率随温度的降低而提高。     

核探测中的车载γ能谱技术

车载γ能谱是核探测方法之一,应用于放射性矿产资源探测、核辐射环境和核应急领域。通过标准模型采用矩阵法或剥谱法计算车载γ能谱所确定的核素含量。通过铀变异系数,活化铀和差量铀,铀的富集系数,铀、钍、钾的GRB合成成像,铀成矿有利指数U₁,全谱分解分形,综合预测等方法的应用研究,表明车载γ能谱技术在铀资源勘查中的显著效果,同时为核辐射环境探测提供方法基础。     

基于时序深度学习模型的安全壳关键参数快速预测研究

主蒸汽管道断裂（MSLB）事故威胁核电厂安全运行。本文基于时序深度学习模型预测核电厂非能动安全壳冷却系统（PCCS）在MSLB事故下关键安全参数随时间变化的瞬态响应。以瞬态安全参数为研究对象,数据通过线性归一化、特征标签分割预处理,使用短期数据集训练,采用长短时记忆网络（LSTM）和循环神经网络（RNN）建立单参量与多参量协同的时序深度学习模型;由多参量协同模型预测未经训练的长期数据集。研究表明:在同类事故、不同工况下,基于时序深度学习模型的预测具有适用性;基于训练短期数据来预测长期数据方法可行;使用LSTM的单参量模型或多参量协同模型的预测精度比RNN更高,基于LSTM深度学习模型能够有效、高精度快速预测MSLB事故下PCCS瞬态安全参数响应特性, 可为事故安全分析提供快速预测分析。      

大体积NaI(Tl)数字式车载γ能谱仪的研制

车载γ能谱仪主要应用于区域放射性核素活度测量、放射源搜索及核污染检测,而数字化技术是提高车载γ能谱仪灵敏度与快速响应的有效方法。本文研制了可支持1～5个4 L大体积NaI(Tl)的数字式车载γ能谱仪系统。该系统采用数字核脉冲处理技术独立获取多个NaI（Tl）晶体的能谱,并通过无线WiFi、快速以太网、RS232等3种方式发送谱线数据给军用计算机。本系统在计算机上实现了实时核素识别、数字成图、色差能谱显示、ROI监控、数据回放等功能。结果表明,本系统采用数字技术后提升了车载γ能谱仪的能量分辨率、低能射线识别度和能量线性度,且具备更加稳定精确的数字稳谱效果。该系统不仅可用于放射性资源勘查,也可用于快速核应急、核污染检测、放射源搜索等。     

放射源152Eu的能谱识别及和峰特性分析

使用低本底高纯锗（HPGe）探测器测量放射源¹⁵²Eu的γ能谱,识别能谱中出现的所有峰,分辨出干扰峰,并对和峰的特性进行分析,结合计数率随距离变化曲线以及通过分辨率比较和峰与特征峰的差异,为和峰的辨别提供判据。在和峰效应引起的全能峰计数率减少的情况下,修正各全能峰计数率,计算放射源中¹⁵²Eu杂质含量,结果显示,与修正前差异较明显,表明在能谱分析尤其是考查全能峰强度数据时,需要进行符合相加修正。     

基于能谱重建技术的全身计数器γ能谱分析

为提高全身计数器γ能谱分析精度，开展了基于能谱重建技术的γ能谱分析方法研究。首先建立方法的原理框架；然后进行应用实验，使用一台立式NaI型全身计数器测量含放射性的BOMAB人体模型，并通过建模和蒙特卡罗模拟计算测量矩阵；最后使用boosted-Gold算法求解出射能谱，并将结果与Genie 2000软件进行比较。结果显示，boosted-Gold算法在参数p取1～10时能准确重建出理论的核素出射能谱，实现对所有核素的准确识别，且每种核素的活度计算误差均小于10%，这一结果显著优于Genie 2000软件。     

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。