一种大面积β射线探测装置的研究

摘要

涉核场所存在的放射性沾染不容忽视。鉴于α射线穿透能力极弱而且造成探测时的不便，γ射线则需要做好初始屏蔽。本文主要研究一种大面积β射线探测装置，以匹配大型门式全身β污染监测仪等涉及的多探头组合情况。
　　本课题来源于“863计划”项目高精度能谱探测仪器研发(编号:2012AA061803)。本文在检索以及分析国内外关于β污染仪的已有成果和相关文献内容的基础上，并把射线与物质的相互作用理论与蒙特卡罗方法相结合。β射线与物质的相互作用造成其主要有电离损失和辐射损失两种能量损失途径，电子还具有较强的散射现象。蒙特卡罗方法在核物理实验中的广泛应用给本次研究在一定程度上提供了捷径，利用MCNP5程序对电子、光子能够同时模拟并且对产生的光子能够给出比较形象逼真的输运过程，能够给出详细的数理基础描述。程序具有强大的几何建模功能，处理粒子输运方差技巧方面也比较丰富。利用塑料闪烁体进行β射线探测具有其独到的优势，但由于本次采用的塑料闪烁片与光电倍增管在几何上的不匹配，故需要对其进行光学耦合。使产生的光子能够尽量多地入射到光电倍增管的光阴极上，作为本次研究的重点。
　　首先利用蒙特卡罗方法模拟塑料闪烁体对β射线和γ射线的探测效率，然后对探测装置进行几何模型构建，对标准源90Sr+90Y释放最大能量为0.546MeV的β射线进行探测模拟，得出:
　　(1)利用蒙特卡罗方法对低能、中能、高能β射线在γ射线剂量场下计数结果所受到的影响作了模拟，采用高β/γ塑料闪烁片厚度在0.1cm时，γ射线计数对β射线计数干扰可以忽略不计。
　　(2)在探究避光铝膜时，经过理论计算β射线在铝中的射程，与实际生产中铝膜厚度的参考，确定厚度为12μm的铝膜，能够同时满足β粒子能量损失尽量小（损失为18keV左右，大型门式监测装置的能量响应:＞100keV）以及避光作用。
　　(3)利用蒙特卡罗方法对装置侧面的倾斜角进行优化模拟，得出:光电倍增管的相交面倾斜角度为70°、相邻两个侧面的倾斜角度为50°时，能够满足装置在门式监测仪上的安装要求同时实现良好的反光效果。
　　(4)关于铝膜对β射线造成的能量歧离和角度歧离作了模拟研究，发现:最大能量为0.546MeV的90Sr+90Y源粒子能量歧离为0.8keV，对于准直电子束的角度偏离在0-20。范围内较明显，但对大面积装置的探测结果影响较小。
　　最后给出了样机制作过程以及由前置放大电路输出端脉冲信号的测量结果。装置样机制作完成后，利用示波器进行测量得出:脉冲信号的幅值在600mV左右，有时幅值也可以达到1V以上，上升沿时间在100ns以内，能够较好地满足后续处理电路的要求。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究状况

1．2．2 国内研究状况

1．3 课题来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

第2章 β射线与物质的相互作用

2．1 研究射线与物质的相互作用的意义

2．2 β射线与物质的相互作用过程

2．3 用于探测β射线的闪烁探测器的讨论

2．3．1 闪烁探测器的基本工作原理

2．3．2 选用塑料闪烁体的原由

2．4 解决光的收集问题

第3章 蒙特卡罗方法与MCNP

3．1 蒙特卡罗方法原理及应用

3．1．1 蒙特卡罗方法的基本原理

3．1．2 蒙特卡罗方法的收敛性与误差

3．1．3 蒙特卡罗方法的优缺点及应用

3．2 MCNP5程序介绍

3．2．1 MCNP程序中的几何构建

3．2．2 MCNP程序的数理基础

3．3 本章小结

第4章 探测装置在MCNP5程序中建模与模拟分析

4．1 高β／γ比塑料闪烁体厚度选取模拟探究

4．1．1 简单几何模型说明

4．1．2 数据处理与分析

4．2 探测装置的建模

4．2．1 初始建模输入文件说明

4．2．2 模型的相关坐标转换处理

4．3 模拟与分析

4．3．1 关于避光铝膜厚度的讨论

4．3．2 光子探测效果与装置内部反射面倾斜角度的关系模拟

4．3．3 能量歧离与角度歧离模拟研究

4．4 本章小结

第5章 装置的样机制作及测试

5．1 探测装置的制作

5．2 装置样机测试与结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得学术成果