高纯锗γ谱仪在高能区效率刻度方法研究
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山西大学学报(自然科学版)32(S1):67~69,2009 Journal of Shanxi University(Nat.Sci.Ed.)
文章编号:0253—2395(2009)S1 0067—03 高纯锗 谱仪在高能区效率刻度方法研究
李振,弟宇呜 (第二炮兵工程学院102室,陕西西安710025)
摘 要:介绍了高纯锗 谱仪在宽能区的效率刻度发展状况,并着重探讨了 谱仪在高能区的双线法和核反应法 两种刻度方法. 关键词:高纯锗 谱仪;效率刻度;双线法;核反应法 中图分类号:TLS14 文献标识码:A
0 引言 高纯锗y谱仪的效率刻度一直是人们关心的一个课题,是利用y能谱进行放射性核素活度定量计算的 基础.对高纯锗),谱仪进行效率刻度不仅要有高精度的效率曲线,还要能覆盖较宽的能区. 在小于2.7 MeV的低能区,已有许多可供选择的标准源,例如 Na、54 Mn、57 Co 60 Co 88 Y、n。Ba 1 37 cs、¨ Eu、弛 Th、 “Am、 Na等.这些放射性同位素标准源不仅发射多条7射线,而且这些有用的7射线由 些国家的标准实验室共同合作,进行多次独立测量,互相比对评价给出推荐发射率标准,数据误差一般小 于2%,好的到千分之几.特别像船Na、54Mn、 Zn、¨ Cs、203 Hg等放射标准源,是由4邢一丫或K X射线一7符 合测量给出的绝对发射率.它们可用于初级标准,作绝对效率刻度,精度一般在千分之几n]. 然而在大于2.7 MeV的高能区,效率刻度存在严重的问题: (1)现有的同位素y标准源发射的能量很难超过3.5 MeV,至今还没发现理想的高能y射线同位素标 准源; (2)尽管 Co和。 Ga源可以拓展到3.5 MeV和4.8 MeV,但在E >2 MeV能区,由国际原子能机构 (IAEA)给出的相对强度的分支比I 有错误,其y射线分支比数据有待进一步测量澄清; (3)能量和效率的函数关联至今还不明确,使得实验数据点的内插以及数据点的外延具有很大的不确定 性 .
1 主要方法 目前,高纯锗7谱仪在高能区的效率刻度运用较多的是双线法和核反应法. 1.1双线法 双线法可以用来把相对效率刻度曲线拓展到高能区,有些放射性核素,它们能发射高能和低能y射线, 这些低能和高能 射线对的强度比是精确知道的,最好是1:1(放射性核素。。Co和 Na就是很好的例子), 并且内转换系数都为零,这时就可以利用标准源在低能区的测量点把效率刻度拓展到高能区. 有一种更有效、更准确的刻度方法是利用函数模型.Freeman和Jenkin¨3 介绍了一种半经验函数(包括 光电效应和康谱顿散射),Kane和MariscottiE胡给出了一个完全经验函数(在对数表中的2次多项式),而 Thomas等 和Seyfarth等 则示范运用Monte Carlo方法进行效率刻度.McNelles和Campbell 1]贝0提出 可以利用标准源和非刻度源相结合进行全能峰的绝对效率刻度. 在早期的研究中,运用双线法,利用一些放射性核素,比如 Na24 Na、 Sc、50 Mn、 Nb、88 Y 60 Co、
收稿日期:2008—11-23 作者简介:李振(1980一),男,山东泰安人,第二炮兵工程学院在读硕士,核军控专业 山西大学学报(自然科学版) ” Mo、 Ag、” Hf、。 Bi和 Th/ T1,能够把刻度能区拓展到58 keV( Hf)~2 754 keV(弘Na).后来 还有其他的一些核素,比如蝎sc、 Mn和 Nb,它们有些是初级标准源.利用初级标准源和非刻度源的射线 对相结合,Yoshizawa等 在280 ̄2 750 keV能区内,把绝对效率刻度曲线精度提高到了0.3 ~0.5 .而 Ludington和Helmerlg ,通过近期的研究,在433 ̄2 754 keY能区内,把相对效率刻度精度提高到了0.1 0.2%. 1.2核反应法 在轻核区的质子共振俘获反应和热中子俘获反应,能够产生能量高达12 MeV的y射线.核反应¨N(n, ) N在能区1 678~10 829 keV内是非常合适的标准源.它能发射大量有用的丫射线,这些y射线在整个 能区内分布均匀,并且能级纲图中的几乎每一能级仅存在一对级联跃迁口 .每个中子俘获反应7射线的绝 对发射率与放射性衰变中y射线的绝对发射率是一致的,并且反应速率(由反应截面控制)跟衰变的活度是 相似的.因为这样,“N(n,7)反应是可以作为初级标准源来使用的,尽管它多半时候还是用作相对标准源. 后来由McMaster团队把氮的绝对发射率精度提高到了1 的水平 ,随后就作为了1991 IAEA的y 射线标准值.这些数据近期被Jurney等人口。 证实,并得到了进一步的改进.其他的关于质子和中子俘获标 准的参考值在后来的研究中也被提出.在 。Na(P,r)和 A1(P,r)反应中,y射线射线的能量能达到 11.6 MeV,相对强度精度大约0.5 .因此,低能区的标准刻度源和核反应相结合,使得在高能区内进行效 率刻度成为可能.例如,利用 Cl(n,7)反应产生),射线,7射线的绝对发射率精度可以达到2%~3 l1 .但 可惜的是没人研究基于(P,r)和(n, )反应的效率刻度,是否具有一致性. “N(n,^y)反应作为刻度源并不能让人完全满意,因为反应截面太小,只有80 mb.科学工作者做了大量 研究,发现 C1(n,7)。 C1反应,能产生高达8.5 MeV的),射线,是更好的选择,它的发射率的确定非常重 要. 表1 “N(n,丫) N和 CI(n。 ) Cl反应部分),射线的绝对强度 Table 1 Absolute intensities of some Y-rays from the reactions of N(n,丫)”N and Cl(n,.r) CI 反应类型 Ey/keV Iy/ 反应类型 E ̄/keV Iy『/
注:“N(n,7) N热中子总俘获截面0.08 b, CI(n,7) C1热中子总俘获截面43.60 b )O))))7 O 8 1 O 2 5 7 3 9 l 2 1 2 6 2 5 8 2 9 3 4 7 6 9 7 O 6 7 O 6 9 2 6 7 8 4 5 1 9 6 9 l 9 1 1 2 2 1
8 5 O 0 1 2 9 9 8 3 7 8 0 2 3 3 O 6 9 3 6 8 O 5 8 5 5 2 2 5 1 1 2 2 2 3 4 5 5 5
y n N ) ))O ))))4)9 6 1)5 3 4 5(4(((4((((4(4 5 3(8 4 4 2 8 2 6 4 3 8 3 O 6 7 3 O 5 3 5 O 2 1 1 2 2 2 3 6 O 2 2 3 4 1 O 2 7 2 4 7 8 9 9 7 2 8 6 6 8 4 O O 3 l 5 0 1 8 8 6 O 0 6 6 1 O 5 7 7 l 6 9 8 O 7 1 1 1 l 3 5 6 n C 李振等:高纯锗7谱仪在高能区效率刻度方法研究 69 表2双线法效率刻度标准源 Table 2 Standard sources for calibration with double line method 放射源 E /MeV E 1一E 2/MeV R—I(7 )II(72) 。 N(P, ) S¨1_ 1.317 6.57—4.50 1.017士0.006 0.767 7.70—2.84 0.98l±0.002 0.992 10.76—1.78 0.8O6±0.010 “N(P,7) O1。1 0.278 0.76~6.79 1.00±0.08 1.38—6.18 1.00±0.05 2.37 5.18 1.00±0.03 Na 2.75—1.37 0.999(d0.002)
2 结论 关于全能峰效率刻度最好的函数模型一直没找到.在文献中提出了各种线形和非线形函数模型,但是通 过一种简单、准确的方法建立Ge探测器的效率方程,现在仍然是一个难题,特别是在宽能区范围内.
参考文献: [12 袁观俊,魏 涛,郭兰英.了射线探测器在宽能区光峰效率精密刻度进展EJ].原子能科学技术,2003,37(4). E22 MOLNAR G L,REVAY ZS,BELGYA T.Wide Energy Range Efficiency Calibration Method for Gedetectors[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2002,489:140 159. r3]FREEMAN J M,JENKIN J G,Nuc1.[nstr.andMeth.1966,43:269. r4]KANE W R,MARISC0TTI M A,Nuc1.Instr.andMeth,1967,56:189. r5] TH0MAS G E,BLATCHLEY D E,B0LLINGER M.Nuc1.Instr.andMeth,1967,56:325. r6] SDYFARTH H,HASSAN A M,HRASTNIK B,et a1.Nuc1.Instr.andMeth,1972(105):301. [73 McNdies L A,CAMPBELL j L.Nuc1.Instr.and Meth,1973,109:241 r8] YOSHIZAWA Y,IWATA Y,KAKU T,et a1.Nuc1.Instr.and Meth,1980,174:109. r9] I UDINGT0N M A,HEI MER R G.Nuc1.Instr.and Meth A,2000,446:506. r1O] I OPER G D,TH0MAS G E.Nuc1.Instr.and Meth,1972,105:453. rl1] KENNETT T J,PRESTWICH W V,lSLAM M A,KERR S A.Nucl Instr and Meth,1980(174):539. r12] JURNEY E T,STARNER J W,I YNN J E,RAMAN S.PhysRev C,1997,56:118. r13] C0CEVA C,BRUSEGAN A,VAN DER VoRST C.Nucl Instr and Meth.A,l996,378:5ll_
High Energy Range Efficiency Calibration Methods for HPGe Y—ray Spectrometer