核物理中有许多同时发生或在短时间间隔内发生并有内在因果联系的相关事件称为符合事件。测量符合事件的电子学系统称为符合系统。相反的,有些测量要排除符合事件,这种系统称为反符合系统。
内容简介
现有的反符合甄别系统主要服务于实验室内研究和大型测量设备,随着对便携式低本底γ能谱测量需求的增加,反符合甄别系统的小型化也变得日趋紧迫。便携式反康普顿探测器配套的输出甄别系统,将现有的依靠3个探测器输出信号,改为仅依靠主、辅2个
探测器输出信号就能实现反符合降低本底的目的,实现了对该类检测系统的重新设计,最大程度上降低了仪器成本。同时,由于该甄别系统只有两个信号通道,中间节点个数有所减少,较现有技术而言系统的稳定性提高100%。另外,使用
脉冲幅度/时间联合甄别算法,较现有技术的甄别准确率提高26%以上。
低本底反符合γ谱仪本底主要来源的确定
对于低水平γ放射性的测量,探测系统的本底计数率是影响测量精度的重要因素。低本底反符合γ谱仪采用物质
屏蔽与反符合屏蔽相结合的办法,不但大大降低了系统的本底,同时也抑制了谱仪测得的γ谱的
康普顿连续区计数,使系统的峰康比得到很大提高,在低水平γ
放射性测量领域已成为重要的测试工具和手段。国内许多单位都已经建造或购买了这种谱仪,而且还有一些单位正在筹建。
以HPGe为主探测器的低本底反符合γ谱仪,其主要技术指标,尤其是谱仪的本底,都已达到相当好的水平。 虽然如此,实践表明谱仪在本底方面仍存在一个不可忽视的缺陷,即NaI(Tl)环
探测器所使用的6个光导玻璃窗内含有大量的钾,其中的40K构成了这套谱仪本底的最主要来源。
谱仪结构
谱仪基本结构如图1所示,主要由HPGe主探测器、 NaI(Tl)环探测器、 NaI(Tl)堵头探测器、
屏蔽室、电子学线路及数据获取系统等构成。
(1)HPGe主探测器
由美国ORTEC公司生产的P型HPGe探测器,对60Co的1332keV γ射线能量分辨率为1.86keV,相对探测效率 38%,主晶体下部装有一块厚为2cm的老铅,用以屏蔽来自探测器下部的本底辐射。
(2)屏蔽室
由FH1906型低本底反符合γ谱仪的屏蔽室改进而成,为钢-铅-钢复合屏蔽室(结构及厚度见图1),用于屏蔽宇宙射线的软成份和周围环境的天然辐射。
谱仪本底及K本底主要来源的确定
以北京核仪器厂生产的本台ST105型NaI(Tl)环探测器为反符合屏蔽探测器的低本底反符合 γ谱仪,其本底的大部分都来源于NaI(Tl)环晶体上部的6个光导玻璃窗中的40K,其总的放射性活度达910Bq。这一本底来源已成为这种谱仪本底性能进一步改善的主要障碍。就我们所研制的这套谱仪来说,虽然其本底已达到国内外同类装置的很好水平,即50~2000keV能区积分本底7.83cpm,若能扣除6个光导玻璃窗中40K对本底的贡献,则系统的本底降到3cpm是完全有可能的。由于国产ST105型NaI(Tl)晶体自身的低
钾含量及优越的价格,在国内还是有竞争力的,许多单位都采用了和准备采用它制作反符合γ谱仪,因此在这方面进行改进还是很有意义的。改进时只须采用
石英或低钾玻璃进行光传导,便可以大幅度降低谱仪的本底,相应地,谱仪的探测灵敏度等一些重要技术指标都将得到很大的提高。
131^I和133^Ba的比活度
根据复杂衰变
核素活度测量方法研究的需要,在研制完成的4πβ(PPC)一γ(HPGe)反符合测量装置上,对131I、133Ba的活度进行反符合测量方法研究。为验证反符合方法测量结果的可靠性,同时采用4πβ(PC)一γ(NaI(TI))符合标准装置对同一批131I、133Ba VYNS薄膜源进行效率外推测量,并将二者的测量结果进行比较。
4πβ-γ反符合测量原理
Y.Kawada等于1970年详细介绍了4πβ(PPC)一γ(HPGe)反符合测量装置、原理及利用反符合方法测量60Co、134Cs和110Agm一110Ag活度的结果,并与符合测量的结果进行了比较。
通常的β-γ
衰变纲图如图2所示。图2中:βk代表β衰变到子体的第k
激发态的β分支,Pk为相应的分支比;从第k激发态退激到第v激发态时发射的γ射线记为γkv,发射几率为qkv。
反符合测量结果不确定度评定方法
由反符合测量原理公式可知,待测样品的活度,即衰变率是通过测量β计数率和β效率而确定的,则采用反符合方法测量待测样品活度的不确定度主要来自以下两个分量:
(1)β计数统计涨落、死时间修正和β本底计数率等因素造成的p计数率的不确定度;
(2)测量原始谱和反符合γ谱而确定β效率过程中因感兴趣的原始
γ射线峰面积的统计涨落和对应的反符合γ射线峰面积的统计涨落,以及效率计算时采用的核参数的不确定度引起的β效率不确定度。
采用符合和反符合两种方法给出的测量结果的不确定度基本相当,反符合法略高于符合效率外推法,主要是反符合法依赖于相关的核参数,但采用反符合法的优点是测量过程相对简单,不需符合效率外推较为繁琐的测量过程。