第二章第4節(jié)就地譜儀2

6)就地HPGeγ譜儀校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證①驗(yàn)證場(chǎng)地的選擇

地面開(kāi)闊，附近無(wú)大建筑物或障礙物；地勢(shì)較平坦，無(wú)大起伏；近期土壤未遭受大的破壞和干擾（翻耕、填埋）②放射性核素隨土壤深度的分布參數(shù)(α/ρs)的選擇天然放射性核素——均勻分布α/ρs=0

核事故新沉降——面分布α/ρs=∞

沉積人工核素，一段時(shí)期后0＜α/ρs＜∞，取樣分析或參考類(lèi)似地區(qū)數(shù)據(jù)

美國(guó)70年代，人工核素地面分布全國(guó)調(diào)查——α/ρs=0.312cm2/g

奧地利在1986年對(duì)KIKF周?chē)h(huán)境土壤進(jìn)行的調(diào)查——α/ρs=0.406cm2/g

日本JARI在1972年對(duì)基地附近土壤進(jìn)行分層取樣分析得α=0.697cm2/g

取ρs=1.5g/cm3，則α/ρs=0.453cm2/g③測(cè)量時(shí)間的選取——主要根據(jù)探測(cè)器的效率和測(cè)量所要求達(dá)到的精度

例如，ε=20%，天然放射性核素及137Cs，2000s～6000S④特征能量峰的選取(多分支，應(yīng)選取主要分支——γ發(fā)射率達(dá)的分支)

238U系：351.9keV609.3keV1120.3keV1764.5keV232Th系：583.0keV911.2keV964.6+969.0keV2614.1keV40K：1460.5keV，137Cs：

661.7keV

其他人工放射性核素⑤干擾峰的修正214Bi665keV峰對(duì)137Cs的661.7keV的干擾；214Bi768keV峰對(duì)95Nb的766keV的干擾；228Ac836keV峰對(duì)54Mn的835keV的干擾；228Ac755keV峰對(duì)95Zr的756.8keV的干擾；214Bi609keV峰對(duì)95Nb的610keV的干擾。就地γ譜測(cè)量

⑤就地γ譜儀測(cè)量分析A和D

A=Nf

/(Nf/A)，D=Nf

/(Nf/D)多分支放射性核素采用所選主要分支的測(cè)量值的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值

→提高測(cè)量結(jié)果的精度⑥比較驗(yàn)證吸收劑量率D的比較：就地γ譜儀測(cè)量的D=ΣDi，與同一地點(diǎn)的高氣壓電離室劑量率儀測(cè)量的D比較。注：高氣壓電離室劑量率儀測(cè)量結(jié)果必須減去當(dāng)?shù)赜钪嫔渚€的吸收劑量率貢獻(xiàn)如，北京地區(qū)：

31.2nGy/h

活度濃度A的比較：就地γ譜儀測(cè)量土壤中的A，與測(cè)點(diǎn)處所取土壤樣品進(jìn)行試驗(yàn)室分析的A比較：注：ⅰ)采用梅花五點(diǎn)取樣方法，以提高取樣的代表性；

ⅱ)對(duì)于天然核素的比較，取樣深度≤30cm，一般去除表層腐殖質(zhì)；

ⅲ)對(duì)于沉降的人工核素的比較，取樣深度≤10cm，采用垂直取樣并記錄好取樣深度H，以便就地測(cè)量結(jié)果(Bq/m2)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果(Bq/kg)之間的換算、比較⑦

環(huán)境土壤取樣及數(shù)值換算0AHh

(19)

(20)

(21)⑧

實(shí)驗(yàn)確定(α/ρs)值·等間距分若干層取樣·分別測(cè)量各層土壤樣品中沉降核素的活度濃度Ai(pCi/g)·在以H(cm)為橫坐標(biāo)，ln

A(pCi/g)為縱坐標(biāo)的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，作各土壤深度Hi及相應(yīng)的活度濃度Ai的作圖·擬合直線·求取擬合直線的斜率——α放射性核素隨土壤深度的分布參數(shù)曲線7)γ譜儀就地測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用①鈾礦地質(zhì)勘探——γ輻射強(qiáng)度異常

——

土壤中238U、232Th、226Ra、40K②找水——γ輻射強(qiáng)度異常

——含水地質(zhì)構(gòu)造③環(huán)境放射性本底調(diào)查——空氣吸收劑量率、天然與人工放射性核素活度濃度

238U、232Th、226Ra、40K、137Cs等④核爆炸、核事故應(yīng)急、反核恐應(yīng)急環(huán)境測(cè)量——沉降、散落的各種裂變產(chǎn)物、活化產(chǎn)物及其空氣吸收劑量率⑤核設(shè)施周?chē)h(huán)境輻射場(chǎng)常規(guī)常規(guī)監(jiān)測(cè)，可以毫不含糊地鑒別天然本底、沉降人工放射性核素的照射量的貢獻(xiàn)⑥核設(shè)施排放煙羽中惰性氣體(41Ar、85Kr、133Xe等)的劑量率貢獻(xiàn)，上下風(fēng)向⑦建材——建材中的放射性含量、空氣吸收劑量測(cè)量，GB

鈾尾礦渣、含鈾頁(yè)巖等⑧土壤中239Pu的就地測(cè)量——大面積薄NaI(Tl)探測(cè)器譜儀——測(cè)量伴隨239Pu

的241Am(59.5keV)⑨環(huán)境土壤中90Sr和137Cs的活度濃度測(cè)量——了解137Cs的深度分布參數(shù)，測(cè)量137Cs(661.7keV)的活度濃度Bq/m2，(如，美國(guó)：1970s，α/ρs=0.302cm2/g

經(jīng)驗(yàn)指：90Sr/137Cs約為1.58)γ譜儀就地測(cè)量的其他刻度技術(shù)①半經(jīng)驗(yàn)公式刻度技術(shù)1988年，美國(guó)EML的IK.Helfer和KM.Miller利用實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)刻度的8臺(tái)Ge就地γ譜儀的數(shù)據(jù)，擬合給出探測(cè)效率因子(N0/φ)公式和角響應(yīng)校正因子(Nf/N0)，參見(jiàn)H.PVol55CalibrationforGedetectorsusedforfieldspectromety：

ln(N0/φ)=a–b·lnE(22)

其中，E——γ光子的能量，MeV；

a，b——與探測(cè)器有關(guān)的常數(shù)（擬合參數(shù)）

a=2.689+0.4996·lnε+0.0969·(lnε)2

(23)b=1.315+0.02044·ε+0.00012·

ε2

(24)

ε

——Ge探測(cè)器的相對(duì)探測(cè)效率；例如：

ε=30%=0.3

僅需了解三個(gè)參數(shù)：ε，L/D，探頭朝向

ε

→(N0/φ)

——公式(22)、(23)、(24)L/D，探頭朝向→(Nf/N0)——H.PVol55中表3~6，(α/ρs)=0，∞

理論計(jì)算值(φ/A)和(D/A)，HASL-258表3，表4，表9，表8(N0/φ)、(Nf/N0)、(φ/A)和(D/A)→(Nf/A)、(Nf/D)H.PVol55表7中(N0/A)=(N0/φ)·(φ/A)，(各種人工核素，不同相對(duì)探測(cè)效率的探測(cè)器，(α/ρs)=6.25cm2/g)H.PVol55表8中(N0/A)=(N0/φ)·(φ/A)，(137Cs，不同α/ρs，不同ε)

Ge探測(cè)器的角響應(yīng)校正因子(Nf/N0)

角響應(yīng)校正因子強(qiáng)烈依賴于探測(cè)器的幾何結(jié)構(gòu)

圖中，實(shí)線為隨深度呈均勻分布，虛線為表面分布H.PVol55表9中(N0/A)=(N0/φ)·(φ/A)，(天然核素，α/ρs=0，不同ε)方法的優(yōu)點(diǎn)：不需要標(biāo)準(zhǔn)放射源，方法便利快捷，工作量相對(duì)較小方法的不足：以刻度的譜儀的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，效率受到限制ε=5~45%，能量受到限制E=200keV~2.62MeV，±15%的測(cè)量準(zhǔn)確度偏大。

H=1m137Cs

r=12m

入射角度小于θ，進(jìn)入探測(cè)器的初級(jí)γ光子注量率的百分?jǐn)?shù)

θtanθ=R145keV662keV1460keV(度)（米）α/ρ=0,=0.21,=∞α/ρ=0,=0.21,=∞α/ρ=0,=0.21,=∞90∞100100

100

100

100

100

100

100

100849.95938962928553928351794.90847645827039826736601.73534220533717523312461.023223103120931188260.48117310631052②蒙特卡洛模擬計(jì)算校準(zhǔn)技術(shù)蒙特卡洛方法是模擬由源發(fā)射的γ光子的輸運(yùn)以及與晶體相互作用的隨機(jī)過(guò)程，通過(guò)跟蹤大量的源光子，可求取某一統(tǒng)計(jì)物理量的一種理論計(jì)算方法。

D源光子抽樣

→

入射方向→

進(jìn)入探測(cè)器→

與晶體作用→

作用點(diǎn)位置→

作用點(diǎn)位置→

發(fā)生作用(光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng))→光子、電子

跟蹤原則：“堆棧模式，先入后出”，“先光子，后電子”

→

光子能量全消耗在晶體中→電子消耗晶體內(nèi)的能量相加→

在相應(yīng)的能量道中加“1”→

跟蹤一定數(shù)量的源光子→

形成γ譜全過(guò)程模擬計(jì)算——直接從不同分布參數(shù)的土壤中抽取某種核素發(fā)射的特征能量的γ光子，跟蹤γ光子，記錄全部能量沉積于晶體中的計(jì)數(shù)部分參數(shù)模擬計(jì)算

——例如，模擬計(jì)算探測(cè)器晶體對(duì)點(diǎn)源的探測(cè)效率因子(N0/φ)和相對(duì)角響應(yīng)因子N(θ)/N0

→(Nf/N0)

;MC模擬方法計(jì)算校準(zhǔn)系數(shù)的技術(shù)關(guān)鍵：

a)詳細(xì)了解探測(cè)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)——Ge晶體的幾何尺寸、冷指孔尺寸、“死層”、厚度、包殼厚度及材料等；

b)建立合適物理數(shù)學(xué)模式MC模擬計(jì)算的結(jié)果，必須要有幾個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)和控制成熟的通用MC軟件——MCNP(MonteCarloNeutronParticles)4B、4C輸入卡：①幾何描述；②介質(zhì)材料組分描述；③截面的選擇；④介質(zhì)密度；⑤中子(光子或電子)的位置及特征參數(shù)；⑥期望的答案或記錄形式；⑦用于改善效率的變量減緩技巧；⑧截止能量；等輸出卡：符號(hào)物理意義