利用低能特征峰測(cè)定U、Th、K含量的方法

利用低能特征峰測(cè)定U、Th、K含量的方法針對(duì)尺寸為Φ38mm×38mm的LaBr3(Ce)探測(cè)器,選取能量在1500keV以下的低能γ譜段進(jìn)行解譜分析,探索一種低能譜段的γ能譜分析方法。為小尺寸探測(cè)器的Y能譜測(cè)量技術(shù)提供了新的嘗試和思路,有利于LaBr3(Ce)探測(cè)器在地面γ能譜測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。鑒于目前γ能譜儀正朝著更為輕便靈活的趨勢(shì)發(fā)展,對(duì)小體積閃爍晶體的γ能譜測(cè)量技術(shù)的研究勢(shì)在必行。小尺寸晶體對(duì)高能γ射線的探測(cè)效率低,為了不影響工作效率,故選擇探測(cè)效率較高的低能譜段進(jìn)行分析研究。對(duì)于新型LaBr3(Ce)閃爍晶體,其自身固有的放射性核素會(huì)對(duì)高能譜段的全能峰產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,從而進(jìn)一步影響到γ能譜的分析精度。因此選取適合的低能特征峰做γ能譜分析方法的研究是十分有意義的。首先對(duì)天然放射性系及其特征Y射線進(jìn)行詳細(xì)的論述,根據(jù)特征能量的選擇原則,對(duì)用于標(biāo)定鈾、釷、鉀含量的低能的特征峰做了最優(yōu)化選擇。其次針對(duì)低能γ能譜解析的難點(diǎn),對(duì)譜線光滑、峰區(qū)確定、本底扣除及求解核素含量,這幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題進(jìn)行分析研究。最終根據(jù)分析結(jié)果,確定了這種新的U、Th、K含量標(biāo)定的方法的可行性。主要成果如下：(1)低能特征峰最優(yōu)化選擇：根據(jù)γ能譜測(cè)量時(shí)特征能量的選擇原則,對(duì)比實(shí)測(cè)的γ儀器譜,最終確定了低能γ能譜測(cè)量的特征能量窗的優(yōu)化方案——選擇214Bi之1.120MeV做為鈾系的特征能量,選擇228Ac之0.908MeV作為釷系的特征能量,40K則選1.460MeV。(2)數(shù)據(jù)平滑方法確定：著重對(duì)重心法和最小二乘擬合法進(jìn)行試驗(yàn)分析。對(duì)比分析這兩種平滑方法對(duì)實(shí)測(cè)γ譜線的光滑效果以及對(duì)全能峰峰位和峰值的影響,發(fā)現(xiàn)最小二乘擬合法要優(yōu)于重心法,最終確定了最佳γ能譜數(shù)據(jù)平滑方法為七點(diǎn)最小二乘擬合法。(3)特征峰凈峰面積求解：首先利用全譜本底扣除法對(duì)原始譜線做本底扣除,根據(jù)峰位兩側(cè)的極小值確定初始峰邊界,選定擬合數(shù)據(jù),然后利用L-M算法(Levenberg-Marquardt算法)對(duì)選定的數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合,最后對(duì)擬合后的高斯函數(shù)在μ±3σ區(qū)間內(nèi)積分求出目標(biāo)特征峰的凈峰面積。將該方法應(yīng)用在γ能譜標(biāo)定中,取得了良好的效果。(4)本底扣除：利用全能峰的凈計(jì)數(shù)保留率r(m)和本底扣除率t(m)這兩個(gè)重要參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)散射本底的扣除效果。對(duì)比分析了SNIP法、傅里葉本底扣除法和二者的結(jié)合法三種方法的本底扣除效果,結(jié)果表明針對(duì)論文實(shí)測(cè)譜線,采用SNIP法做15次迭代,本底扣除效果最佳。(5)鉀峰解譜：利用L-M最小二乘法對(duì)溴化鑭晶體測(cè)得的鉀峰做雙高斯擬合解譜,對(duì)比分析鉛室中測(cè)得的溴化鑭的自生本底譜與鉛室中高純鍺測(cè)溴化鑭晶體的譜線,擬合數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合,驗(yàn)證了此思路的可行性。(6)用混合計(jì)算法對(duì)實(shí)測(cè)譜線進(jìn)行檢驗(yàn),采用混合計(jì)算法計(jì)算,使得K含量的誤差為8.1%,U、Th含量的誤差分別為-4.5%與-3.8%,其分析精度基本達(dá)到地面γ能譜測(cè)量要求,驗(yàn)證了低能Y能譜測(cè)量方法的可行性；此外,用L-M最小二乘法對(duì)K峰進(jìn)行解譜時(shí),在較為復(fù)雜的測(cè)量條件下(如高鈾環(huán)境中),其解譜難度較大,容易引入新的誤差來(lái)源,不推薦使用。論文的研究與試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于Φ38mm×38mm溴化鑭探測(cè)器,選取214Bi之1.120