γ譜儀的應用低本底HPGeγ譜儀在放射性環境監測中的應用孟紀群第一章概述本章主要包括γ射線與物質的相互作用，γ譜儀的原理、結構及應用。1.1γ射線與物質的相互作用γ衰變與γ射線的產生處于激發態的原子核通過發射γ光子或內轉換電子而躍遷到能量比較低的狀態，這種轉變過程稱為γ躍遷或γ衰變γ射線的性質原子核的質量數和電荷數保持不變，只是能量狀態發生改變γ射線是沒有質量，不帶電而有能量的光子流，其射程較遠γ射線與物質的相互作用：光電效應康普頓效應電子對效應γ譜儀主要研究光電效應產生的全能峰1.2γ譜儀的原理γ譜儀的探測原理γ射線與探測器材料相互作用后產生的電子，在高壓電場的作用下定向移動，產成電信號，經放大后被多道分析器分析γ譜儀定性分析的原理脈沖幅度直接準確的代表了電子的能量，光電效應產生的全能峰的能量是確定的γ譜儀定量分析的原理光電效應產生的光電子的個數可由脈沖個數反映1.3γ譜儀的結構探頭電荷靈敏放大器高壓緩沖器打印機計算機多道分析器線性放大器高壓電源液氮容器鉛室1.4γ譜儀的應用能發射γ射線的核素理論上都可進行定性和定量分析與常見的γ探測器的區別核素定性;前處理簡單;本底較高,測量時間長HPGe與(NaI、GeLi)探頭γ譜儀的區別性能上:能量線性;能量分辨率;穩定性;效率接近;本底較低第二章γ譜儀的安裝調試本章主要包括γ譜儀的安裝;γ能譜的構成;γ譜儀的重要概念和性能指標;γ譜儀的調試。2.1γ譜儀的安裝探頭的安裝接地與線路安裝軟件安裝網卡與網絡的安裝2.2γ能譜的構成全能峰或光電峰康普頓連續譜單、雙逃逸峰(511Kev和1022Kev)其它反散射峰、軔致輻射峰、級聯加和峰、偶然符合峰、淹沒γ峰等一般情況對全能峰的影響較小2.3γ譜儀的概念和性能指標本節包括：概念和性能指標的意義；定義的方法或公式；我室的DSPEC實際測量值等（本課件包括所有儀器參數等均指我室譜儀）效率ε儀器本征探測效率：一般指探測器探測到的γ衰變粒子數與源的γ活度之比；規定為Co－60點源γ譜儀的相對效率：相對與NaI（Tl）φ77×77探頭的本征效率DSPEC45％全能峰效率：全能峰的面積計數與源的該能量的活度之比（應用）能量分辨率（FWHM）作用：是峰形和能量分辨的重要指標定義：全能峰中心道計數一半的寬度（道數或Kev）一般測試方法：Co－60（1.332Mev）和Eu－152（121.78Kev）點源DSPEC分別為1.72Kev和0.91Kev峰形作用：符合高斯分布的程度一般為Co－60（1.332Mev）點源十分之一高寬（FWTM）比半高寬（FWHM）理論為1.82，國際為<2，實測為1.85五十分之一高寬（FWFM）比半高寬（FWHM）理論為2.38，國際為<2.8，實測為2.46峰康比作用：高能峰的康普頓平臺對低能峰的影響定義：1.33Mev峰中心道凈計數與1.040～1.096Mev的平均凈計數之比DSPEC為72.7，反康譜儀為>800能量線性作用：多道分析器的道數與能量的對應關系可用能量刻度后的直線回歸的相關系數R2值來表示DSPEC的1>R2>0.9999穩定性24小時連續道漂，國標規定<2道，實測<1道鉛室本底的變化長期穩定性：一般需多長時間重新進行能量刻度本底與基底本底本底的來源本底對一臺儀器是相對穩定的本底可用剝譜的方法扣除基底（峰下本底）來源是同一個譜圖中其它峰的影響可能相差很大可用計算的方法扣除監測限（MDA）16種方法RISO：LT為樣品測量的活時間（s）B為對應的LT時間內的本底計數B作為方法的監測限，一般為本底；但特殊情況下應代基底2.4調試對能量分辨率（FWHM）、峰形、峰康比、能量線性、穩定性進行實測一般要求是Co－60（1.332Mev）點源第三章γ譜儀的刻度本章主要包括γ譜儀的能量、效率刻度的方法和刻度曲線的應用。3.1γ譜儀的能量刻度能量刻度是求出能量和道數（道址）的關系曲線或對應的函數γ譜儀的能量刻度是定性分析的基礎，能量刻度后才可進行核素的鑒別能量刻度的要求：精密的能量刻度需要采用準確的已知道γ射線能量的標準源（最好是點源）刻度中主要涉及的問題是確定全能峰的峰位置，它取決于譜儀系統的分辨率和測量期間的穩定性面積總計數>104能量刻度的方法：單點刻度法多點刻度法直線回歸與R2能量刻度曲線對應的一次函數能量刻度結果：指標及對某一點的偏差驗證（可靠性和可行性）能量刻度的應用：能量刻度曲線的應用γ譜儀的能量刻度的頻次取決于譜儀的穩定性能量刻度曲線的調用能量刻度的γ源：源主能峰能量（Kev）241Am 59.54 137Cs661.6260Co 1173.2160Co 1332.4740K 1460.75能量刻度曲線：3.2γ譜儀的效率刻度效率刻度是求出效率和能量的關系曲線或對應的函數γ譜儀的效率刻度是定量分析的基礎，效率刻度后才可進行核素的活度分析效率刻度的要求（相對與樣品）基體物質（惰性物質）化學成分、物理狀態、放射性活度、與標準物質易于混合、物理化學性質穩定刻度源均勻性、模擬性、穩定性、高純度、準確度、密閉性基體本底源效率刻度的方法：單點刻度（關心核素）多點刻度（全譜刻度）混合刻度未知活度的Eu－152和已知活度的單能核素效率刻度的結果：曲線光滑程度（任一點的）雙對數坐標的直線回歸驗證大約200Kev以上已知活度的樣品源的活度驗證效率刻度的應用：單點刻度的應用刻度曲線的查圖應用效率刻度曲線對應的雙對數函數的應用效率刻度的頻次取決于譜儀的穩定性效率刻度曲線的調用γ譜儀的效率刻度曲線γ譜儀的效率刻度曲線(對數)效率最高點后的曲線擬合為：-0.8423x+0.5558，R2＝0.9959。第四章γ譜儀的應用本章主要包括γ譜儀的定性和定量分析的一般步驟和基本的計算公式。γ譜儀的定性分析是γ譜儀的重要應用在應急狀況下，快速鑒別關心樣品中的γ核素與知道各種核素的活度同等重要4.1γ譜儀的定性分析4.1.1預測簡單測試樣品中較高的γ核素，直觀預測關心的γ核素的活度高低4.1.2能量響應（道漂）測試在樣品測量前后分別測量能量刻度源，進行能量響應測試調用合適的能量刻度曲線需要的話重新進行能量刻度4.1.3定性分析測量樣品尋峰（二階導數法）人工尋峰：FWHM的4倍寬對比核素庫，確定樣品中的γ核素根據需要進行主要核素的估算或定量分析4.1.4結果討論以核素衰變綱圖及核素庫為基礎多能γ核素的各能量主能峰的相互驗證母子體核素的相互驗證干擾核素驗證（0.5倍FWHM）4.2γ譜儀的定量分析4.2.1預測和效率測試測試譜儀的能量和效率進行簡單的定性和對關心核素的預測4.2.2測量時間的計算一般要求：樣品活度>譜儀的MDA的10倍4.2.3定量分析4.2.3.1樣品測量計算機：時間、MDA公式、尋峰靈敏度、辨別峰的寬度、庫文件、取樣量和活度單位、時間校正、不確定度類型、不確定峰的數量等4.2.3.2能量和效率曲線的調用4.2.3.3自動尋峰和手動尋峰4.2.3.4剝譜與本底扣除本底扣除可扣除的基礎，無道差逐道扣處法基底計算公式直線基底、拋物線基底、積分基底直線基底的扣除公式ROI中基底面積計數ROI中總計數ROI中調整后的總計數ROI中調整后的凈計數4.2.3.5光滑譜圖光滑的意義光滑的公式Si＝（Oi-2+4Oi-1+6Oi+4Oi+1+Oi+2）/164.2.3.6結果計算和報告產生活度計算公式A＝An/(t×η×V×I)其中：A：樣品關心核素總活度，BqAn：該核素主能峰的全峰面積凈計數t：測量時間，sη：該核素主能峰的刻度效率V：樣品回收，未作前處理為100%I：該核素主能峰的分支比不確定度公式4.2.4結果驗證和討論以核素衰變綱圖及核素庫為基礎多能γ核素的各能量主能峰的相互驗證母子體核素的相互驗證干擾核素驗證（0.5倍FWHM）4.3回收的確定沒有前處理的回收為100％有前處