LaBr3探测器本底扣除方法研究及软件设计

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溴化镧探测器是近年来出现的新型闪烁体探测器,因其能量分辨率好、探测效率高、线性响应好、阻止能力强、光输出能力高、以及衰减速度快等突出的优点而被广泛应用于γ能谱测量中。但溴化镧晶体中存在的两种放射性核素138La和227Ac,会对天然放射性核素的测量产生影响。138La发生0.789MeV和1.436MeV两个γ跃迁。1.436MeV的γ射线与31.8keV及32.2keV的特征X射线产生符合相加效应,与被测物中的40K衰变产生的1.46MeV的特征γ射线形成重峰。探测器中的227Ac杂质及其子体衰变时在1.7MeV~2.8 MeV附近形成计数较高的本底谱,对被测物中238U的1.76MeV的特征峰和232Th的2.62MeV的特征峰产生明显影响,使实测γ能谱中谱线变得复杂。影响γ谱线的因素有:γ能谱仪的仪器性能、本底干扰、能谱测量的统计涨落干扰等。实测γ谱中,本底是γ谱的一个重要组成部分。放射性核素含量和活度的定量分析结果和对应特征峰的净峰面积有非常直接的关系,谱线的本底扣除效果会影响特征峰的净峰面积。若要准确获得待测样品的有效净峰计数,就必须对实测γ能谱进行本底扣除。本文针对溴化镧探测器的本底扣除展开研究,取得的成果有:1、首先进行以下三个实验。一、针对Saint-Gobain BrilLanCe 380 76S76、华凯龙KLB5075、华凯龙KLB3838三种不同型号的溴化镧晶体,使用ORTEC Detective-DX便携式高纯锗探测器在搭建的铅罐中进行低本底测量,计算三种型号晶体单位体积中138La的活度。二、将三种型号的溴化镧探测器及碘化钠探测器在半闭合铅室中进行测量。通过数据计算溴化镧单位体积中227 Ac的活度,分析活度对γ能谱分析的影响。三、使用华凯龙KLB5075溴化镧探测器对四川省德阳市罗江鄢家镇本底模型、铀模型、钍模型、钾模型进行测量,得到实测γ能谱图。2、138La的活度计算:采用无源效率刻度方法获得ORTEC Detective-DX便携式高纯锗的效率刻度曲线,通过效率刻度曲线分别求出ORTEC Detective-DX便携式高纯锗探测器对三种型号溴化镧晶体中的789keV(或1436keV)的γ射线的探测效率ε。根据789keV和1436keV的探测效率和峰面积,计算138La的活度。3、227 Ac的活度计算:因实验室条件有限,测量溴化镧探测器在铅室中进行测量时不能完全闭合,不能完全屏蔽外界干扰。使用碘化钠探测器在半闭合铅室中进行测量,用以扣除天然本底在227 Ac所处能段对其计数的贡献。两种探测器对相同能量的γ射线的探测效率不同,需采用无源效率刻度的方法获得两种探测器对同一能量γ射线的探测效率的比值,将碘化钠探测器中227 Ac所处能段的峰面积转化为对溴化镧探测器的峰面积,最后再计算227 Ac峰面积时进行扣除。4、因MCNP程序对粒子运输模拟的优势,本文采用MCNP5对溴化镧自身本底谱进行模拟。特别的是本文在溴化镧自身本底谱中加入β谱,加入β谱后的溴化镧自身本底谱与实测谱更加吻合。5、对实测的γ能谱进行谱线光滑,之后使用直线本底扣除法、SNIP本底扣除法、傅里叶变换本底扣除法进行本底扣除。同时使用几种方法的修正方法:使用高斯函数拟合进行40K及138La重峰分解,获得138La的计数率。分析模型中40K的含量时,使用三种扣本底方法之后再减去138La的贡献,可更准确的计算40K含量;结合计算出的228Ac峰面积a,针对在标准模型上测量的实测γ谱,选取228Ac与232Th谱段计算总峰面积,直接扣除a。对比扣本底方法效果,结果表明:不扣除本底计算出的U、Th、K含量不可靠。对40K在采用SNIP和傅里叶变换法之后,再扣除138La的贡献效果最佳。对238U使用傅里叶变换法效果最佳。对232Th采用直接扣除固定228Ac峰面积的方法,效果最好。6、基于Lab VIEW软件开发平台上对上述两种本底扣除方法做了软件设计,软件的界面设计包括文件管理、能量刻度、谱线光滑、扣除本底、帮助、退出系统。
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