基于γ射線屏蔽實驗對材料屏蔽性能的研究

章圣斌 曹鵬久 梁宗弢

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

本文基于新型γ射線水吸收曲線實驗裝置（圖1）、NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器研究了水、煤油、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯、地板磚材料對特定能量的γ射線的衰減規(guī)律和屏蔽性能；并計算水、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯的線衰減系數(shù)，并與文獻值進行了對比，測量誤差在合理以內(nèi)，驗證測定方法的可靠性。在此基礎(chǔ)上再對煤油、地板磚進行線衰減系數(shù)的測定。此工作為實驗教學(xué)中線衰減系數(shù)測定提供了思路。

圖1 γ射線液體吸收參數(shù)測量儀結(jié)構(gòu)示意

1 試驗過程

本文擬通過用活度為8mCi的37Cs放射源和活度為2μCi的137Cs和60Co對上述材料進行試驗。其中固體材料采用NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器進行研究，液態(tài)運用新型γ射線水吸收曲線實驗裝置進行研究。試驗方法為逐步增加材料的厚度，帶計數(shù)率穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)采集[1]。

2 試驗結(jié)果

下 圖 可 知 水 的 線 衰 減 系 數(shù) μ=0．0783cm-1=0．783、煤油的線衰減系數(shù)μ=0．0646cm-1、聚乙烯的線衰減系數(shù)μ=0．008mm-1、鉛的線衰減系數(shù)μ=0．1054mm-1、鐵的線衰減系數(shù)μ=0．0514mm-1、混凝土的線衰減系數(shù)μ=0．0124mm-1、地板磚的線衰減系數(shù)μ=0．0252mm-1。

3 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)查閱資料得出鉛的線衰減系數(shù)為：μpb=0．1222mm-1，μFe=0．0561mm-1，μ聚乙烯=0．0081mm-1，μ混凝土=0．0152mm-1，μ水=0．0820mm-1。

在誤差分析中用到了：實際誤差σ：σ=|μ測量-μ標(biāo)準(zhǔn)|；相對誤差E：E=σ/μ標(biāo)準(zhǔn)：

材料類型 鉛 鐵 聚乙烯 混凝土 水實驗值（mm-1） 0.1054 0.0514 0.0080 0.0124 0.00783理論值（mm-1） 0.1222 0.0561 0.0081 0.0152 0.00820實際誤差 0.0168 0.0047 0.0001 0.0028 0.00037相對誤差 13.7% 8.37% 1.23% 18.4% 4.51%

基于上述誤差大小，其誤差來源分析：

實驗儀器設(shè)備本身具有系統(tǒng)誤差，如實驗過程中一體化多道分析器使用過程中存在著噪聲等。一般儀器的系統(tǒng)誤差是實驗的主要誤差之一。

實驗材料的純度存在著誤差，一般實驗用到的材料純度不是100%,如鐵的表面存在鐵銹，鉛表面也存在一些氧化物[2]。在與其純凈物的理論值比對存在誤差。

實驗材料厚度不均勻。如由于鉛的硬度比較小，經(jīng)常使用所以導(dǎo)致鉛的表面不均勻在測量過程中存在誤差。混凝土在制作過程中就不平滑，所以其的測量值誤差也很大。

實驗過程中并不是完全準(zhǔn)直的，在使用鋁準(zhǔn)直器時不能完全保證γ射線達到完全窄束γ射線的標(biāo)準(zhǔn)。

在實驗過程中使用一體化多道分析器時取全能峰面積大小時所選取的左右邊界道址與理論道址有誤差，這就會導(dǎo)致所取全能峰面積的大小有誤差。

4 結(jié)語

本文的主要內(nèi)容包括三個方面。第一：通過實驗室的設(shè)備對各種材料對于γ射線的衰減規(guī)律進行了研究；第二：通過實驗室的設(shè)備在進行衰減規(guī)律的探索當(dāng)中對各種材料對γ射線衰減系數(shù)的測定；第三：在測出實驗值以后與理論值比對總結(jié)實驗方案的合理性后，在對其他線衰減系數(shù)不知道的材料進行實驗[3]。

通過上述實驗可以以下結(jié)論。①通過材料對γ射線的屏蔽實驗，可以驗證出隨著材料厚度的增加其計數(shù)率將材料厚度呈現(xiàn)出指數(shù)衰減規(guī)律。這與γ射線衰減理論完全相符。②通過實驗可以得出每種材料厚度對應(yīng)的計數(shù)率，再通過EXCLE表可以很好擬合出每種材料對于γ射線的屏蔽規(guī)律。在通過得出的規(guī)律公式求出線衰減系數(shù)μ，大小比較為

通過前面實驗測出的理論值與實驗值比對可以發(fā)現(xiàn)實驗方案合理，在對煤油和地板磚進行實驗測量。