HPGe γ譜儀無源效率刻度軟件驗證

鐘軍　郭翔博　王瑋　羅老永

【摘 要】本文通過制作一系列不同密度、不同形狀、不同厚度的標準源，測量得到HPGe譜儀效率，并與無源效率刻度軟件計算結果比較，驗證無源效率刻度軟件的準確度。

【關鍵詞】無源效率刻度；γ譜分析；驗證

The Verified of Sourceless Calibration Software for HPGe Spectrometer

ZHONG Jun GUO Xiang-bo WANG Wei LUO Lao-yong

（Nuclear Power Institute of China， Chengdu Sichuan 610005， China）

【Abstract】Standard resources which has different density， shape， material and thickness was measured by HPGe spectrometer. The efficiency was compared with calculated result of sourceless calibration software. And the accuracy of the sourceless calibration was verified.

【Key words】Sourceless calibration； Gamma spectrum analysis； Verify

0 引言

在核設施退役、環境監測、實驗室測量等領域，需使用高純鍺γ譜儀對所取樣品進行核素分析及活度測量，而γ譜儀為相對測量裝置，測量前需對儀器進行效率校準。由于樣品種類多，樣品尺寸變化大，全部采用實驗校準方法工作量巨大，難以實施。為了解決這一問題，可采用無源與有源相結合的方法對譜儀進行校準，即通過一系列試驗，驗證計算方法準確性，確認計算方法可行的前提下，對其余類型樣品可采用無源效率刻度方法進行效率計算。

1 試驗方法

首先制作標準樣品，采用γ譜儀對標準樣進行測量，得到試驗效率，然后采用無源效率刻度軟件，計算得到該條件下效率值，通過兩者比較，驗證無源效率刻度軟件的準確性及適用范圍。

2 標準源制備

采用已知活度152Eu溶液制作所需標準源。標準源分為平板狀、柱狀、管狀等。所制作標準樣編號及活度值見表1。

3 譜儀測量

3.1 平板狀樣品效率

3.1.1 不同尺寸平面源樣品效率

將A13樣品放入譜儀進行測量，對所獲取譜數據進行處理，得到譜儀對50×50mm平面源效率曲線。分別將60×60mm、70×70mm、100×100mm平面源放入譜儀進行測量，得到譜儀對不同尺寸平面源不同能量點探測效率（見表2）。由表中數據可知，譜儀對平面源效率先隨尺寸增大而增加，然后隨尺寸增大而減小。

3.1.2 不同厚度不銹鋼平板樣品效率

將A13平面源放入譜儀進行測量（加2mm不銹鋼吸收層），對所獲取譜數據進行處理，得到譜儀對2mm厚不銹鋼平板面源探測效率。依次增加不銹鋼吸收層厚度，得到不同厚度不銹鋼平板樣品效率不同能量點效率（見表3）。

3.2 管狀樣品效率

將C2樣品放入譜儀進行測量，得到譜儀對直徑40mm，厚4.5mm管道樣品探測效率曲線（見圖1）。

4 無源效率刻度軟件驗證

4.1 驗證方法

為了檢驗無源效率刻度軟件計算的準確性，采用軟件對譜儀相對探測效率進行計算，并與出廠實際測量值進行比較；采用軟件圓柱體模塊對標準樣品盒中溶液進行效率校準，將測量值與參考值進行比較，驗證圓柱體模塊的測量準確性；LABSOCS及ISOCS 軟件中均無矩形平面源計算模塊，而實際測量過程中，平面源占很大比例，因此，試驗采用長方體模塊退化為面源進行近似計算。

4.2 譜儀相對探測效率計算

根據技術指標，該臺譜儀的相對效率為40%，利用LABSOCS軟件擬合計算得到點源距離探測器25cm時，對1.33MeV γ射線的探測效率為εg=4.89×10-4，通過公式1計算出探測器的相對效率εrel 為40.7%。

式中：εrel為HPGe探測器的相對探測效率； εg為HPGe探測器在源與探測器的距離為25cm時， 對1.33MeV γ射線（60Co）的探測效率； εp為75mm×75mm NaI探測器在源與探測器的距離為25cm時，對1.332MeV γ射線（60Co）的探測效率，εp=1.2×10-3。該譜儀實際測量所得到相對效率為41.7%，計算值與實際值偏差2.4%。

4.3 圓柱體樣品探測效率計算

采用軟件圓柱體模塊對直徑75mm，底厚2.5mm樣品盒中溶液探測效率進行計算，樣品盒高30mm，溶液體積65ml，參考活度1.22×103Bq。通過計算得到如圖2所示效率曲線。采用該效率曲線對所測量的溶液樣品進行計算，得到樣品活度為1.17×103Bq，偏差4.1%。

4.4 平板狀樣品探測效率計算

利用軟件中的長方體模塊對平板狀樣品探測效率進行，得到譜儀校準曲線，采用該曲線對標準樣測量結果進行計算，并與參考值進行比較。表4、表5分別為不同尺寸平板狀面源和不同厚度吸收層平板狀面計算結果。由表中數據可知，采用長方體模塊進行平板狀面源效率計算，得到結果與實驗值可在20%偏差范圍內相吻合。

4.5 管狀樣品探測效率計算

利用軟件內管道內表面污染模塊對直徑40mm管道（厚4.5mm，長60mm）探測效率進行計算，得到效率曲線。采用計算得到的效率曲線對該類管道標準樣品（參考活度5.12×102Bq）進行計算，得到樣品活度為2.82×102Bq，偏差較大。

5 結論

本實驗通過制作一系列標準源，得到高純鍺γ譜儀對不同測量對象的效率，并對無源效率刻度軟件計算結果進行驗證。試驗表明，對于規則樣品，效率計算結果與參考值在20%偏差范圍內相吻合。因此，對于常見規則樣品測量，可采用無源效率刻度軟件進行效率計算，但軟件計算模型有限，對某些復雜類型樣品（如管狀樣品），計算值偏差較大，依舊需要進行標準源校準。

[責任編輯：楊玉潔]