LaBr3(Ce)探测器本征放射性及其对探测限的影响研究

摘要

近年来，随着核能与核技术应用的不断发展，人们对复杂γ能谱测量分析的需求也越来越大。目前国内使用的γ能谱测量系统大多是基于NaI(T1)探测器或HPGe探测器的。NaI(Tl)探测器能量分辨率较低，无法分析复杂γ谱线中放射性核素的种类和含量;HPGe探测器虽然具有很好的能量分辨率，但探测效率低，且需要液氮制冷，使用成本较高，不易携带。新型卤化物闪烁体LaBr3(Ce)探测器以其很好的能量分辨率(＜3％@661.7KeV)和快速时间响应及高探测效率受到了特别的关注，而且在很多场合都能替代NaI(Tl)探测器和HPGe探测器。但是由于LaBr3(Ce)探测器自身携带放射性核素138La和227Ac，因此它具有较强的本征放射性本底。为了能够更好地使用LaBr3(Ce)探测器，我们必须对其本征放射性进行测定计算，特别是在低放射性测量的情况下，准确定量计算其本征放射性，具有重要意义。
　　在γ能谱测量中，LaBr3(Ce)探测器的本征放射性和环境本底是测量谱线中的重要组成部分。当通过γ谱线对低放射性核素的含量和活度进行定性和定量分析时，本征放射性会产生直接影响。因此，为减少本征放射性对测量结果产生的干扰，获取测量样品的有效净峰面积，就需对测量的能谱数据进行光滑和本底扣除等处理，并计算本征放射性在环境测量中对本底的贡献。同时，为了进一步探究LaBr3(Ce)探测器探测低水平放射性的能力，还需要在本征放射性存在的情况下对低放射性水平的核素的最小可探测活度MDA的影响进行研究。
　　本文的研究依托于科技部重大科学仪器设备开发专项:大批量人群核辐射剂量快速检测系统（项目编号:2012YQ180118），在调研整理关于LaBr3(Ce)探测器的特性及各种本底扣除方法的基础上，主要开展的研究工作和成果如下:
　　1)开展对LaBr3(Ce)探测器的基本特性的研究，获取到LaBr3(Ce)探测器的能量分辨率、探测效率、温度特性、高压特性，特别是本征放射性。
　　2)以LaBr3(Ce)探测器本征放射性本底谱为基础，分析对比不同本底扣除法对γ谱线本底扣除效果，提出一种适用于本文的改进型自适应SNIP本底扣除算法，并分析计算了本征放射性对天然放射性核素40K的测量谱线的影响。
　　3)采用LaBr3(Ce)探测器在天然环境和低本底铅室中对放射性点源133Ba、241Am、137Cs、60Co、152Eu进行测量获取γ能谱。利用改进型自适应SNIP本底扣除算法对各个点源测量谱线进行处理，研究在天然环境中，LaBr3(Ce)探测器本征放射性对各个放射性核素的全能峰本底的贡献，计算了LaBr3(Ce)探测器在天然环境条件下对各点源核素的最小可探测活度MDA。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容及章节安排

第2章 γ能谱测量理论基础

2．1 γ射线的产生与分布

2．2 γ射线的探测

2．2．1 光电效应

2．2．2 康普顿散射效应

2．2．3 电子对效应

2．3 LaBr3(Ce)探测器工作原理

2．4 最小可探测活度计算

本章小结

第3章 溴化镧探测器特性研究

3．1 LaBr3(Ce)晶体的基本特性

3．1．1 光产额及其能量响应

3．1．2 能量分辨率

3．1．3 探测效率

3．1．4 温度特性

3．1．5 高压特性

3．1．6 本征放射性分析

3．2 LaBr3(Ce)晶体的参数指标分析

本章小结

第4章 能谱数据处理方法及原理

4．1 本底的来源

4．2 常规本底扣除方法

4．2．1 线性法本底扣除

4．2．2 剥峰法本底扣除

4．2．3 傅里叶本底扣除

4．2．4 SNIP法本底扣除

4．3 γ能谱数据分析处理

4．3．1 谱线光滑

4．3．2 峰区和峰位的确定

4．3．3 净峰面积计算

4．4 改进型自适应SNIP算法

本章小结

第5章 LaBr3探测器对γ核素探测限影响

5．1 本征放射性对天然放射性核素40K的影响

5．2 本征放射性对低能γ核素谱的影响

5．2．1 本征放射性对241Am点源的γ能谱影响

5．2．2 本征放射性对133Ba点源的γ能谱影响

5．2．3 本征放射性对137Cs点源的γ能谱影响

5．2．4 本征放射性对60Co点源的γ能谱影响

5．2．5 本征放射性对152Eu点源的γ能谱影响

5．3 LaBr3(Ce)探测器对不同核素最低可探测活度

本章总结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果