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海水就地γ能谱测量溴化镧探测器的技术研究

作　者: 苏耿华
导　师: 朱立
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 海水放射性监测就地γ能谱仪最下可探测活度浓度溴化镧探测器
分类号: TL814
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前我国的海洋γ放射性监测方式是现场采样和实验室γ能谱分析的方式,无法对海洋放射性环境进行实时在线的监测和预警。水下就地γ能谱分析的方法已经在国外被广泛用来监测海洋中的γ放射性核素。目前使用的水下就地γ能谱仪基本是基于碘化钠探测器的,具有能量分辨率不足的缺陷。近年来,新型溴化镧探测器以其优异的能量分辨率而具有在很多场合代替传统的碘化钠探测器的可能。首先研究了海水γ能谱测量的天然放射性本底及其蒙特卡罗模拟方法。通过模拟计算比较了碘化钠、溴化镧(未考虑自生放射性)、碲锌镉和高纯锗探测器用于海水就地γ能谱测量时对不同核素或γ射线的能谱曲线、探测效率、有效探测距离和最小可探测活度浓度等。模拟计算得到的碘化钠对于海水中137Cs的最小可探测活度浓度与文献中的数值相符,从而部分验证了本文的模拟计算方法。由于溴化镧具有的自生放射性会对其探测能力造成影响,本文研究了溴化镧自生放射性本底谱的模拟。使用高纯锗谱仪系统测量了单位体积溴化镧晶体中138La核素的活度。计算了考虑自生放射性本底情况下,溴化镧水下就地γ能谱仪对海水中137Cs、60Co等核素的探测下限和最小可探测活度浓度。自生放射性劣化了最小可探测活度浓度,但是由于其良好的能量分辨率,溴化镧对137Cs的最小可探测活度浓度只比同尺寸的碘化钠劣化了若干倍。通过溴化镧探测器的实验,验证了自生放射性本底的模拟及最小可探测活度浓度的计算结果。最后,对海水就地γ能谱仪的应用技术做了一些初步研究和介绍。包括水下探测器封装材料的选择及其影响,核电海域重点监测的核素及其首选监测γ射线,反卷积提高峰计数的方法等。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章引言  10-32
  1.1 课题背景与意义  10-12
  1.2 国内外对海水就地γ能谱仪的研究现状  12-22
    1.2.1 IAEA 海洋实验室的研究工作  12-14
    1.2.2 德国的海洋γ辐射监测网络  14-15
    1.2.3 希腊HCMR 研制的谱仪及其监测网络  15-18
    1.2.4 英国BGS 的海底拖曳式谱仪及其应用  18-20
    1.2.5 俄罗斯的REM-10 谱仪和PRM-K 谱仪  20-21
    1.2.6 比利时INDR 和韩国AIST 对解谱的研究  21-22
    1.2.7 国内对海水就地γ能谱仪的研究  22
    1.2.8 小结  22
  1.3 溴化镧探测器的特性  22-31
    1.3.1 光输出特性  23-25
    1.3.2 能量分辨率  25-27
    1.3.3 探测效率  27-28
    1.3.4 性能稳定性  28-29
    1.3.5 自生放射性  29-31
  1.4 课题主要内容  31-32
第2章海水天然放射性本底及其模拟  32-45
  2.1 海水天然放射性本底  32-34
    2.1.1 海水中天然放射性核素  32-33
    2.1.2 海水中天然放射性核素的含量  33-34
    2.1.3 海水天然放射性本底测量能谱  34
  2.2 海水天然本底谱的模拟  34-41
    2.2.1 几何布局和计算方法  34-36
    2.2.2 海水的成份与密度  36
    2.2.3 探测器的材料与尺寸  36-37
    2.2.4 能谱的高斯展宽  37-40
    2.2.5 考虑的γ射线源项  40
    2.2.6 本底谱的模拟结果  40-41
  2.3 探测效率的模拟和实验的比较  41-43
  2.4 小结  43-45
第3章多种海水就地γ能谱探测器的比较研究  45-57
  3.1 考虑的放射性核素  45
  3.2 模拟的能谱  45-47
  3.3 有效探测距离  47-49
  3.4 探测效率  49-51
    3.4.1 对不同能量γ射线的探测效率  49-50
    3.4.2 对不同核素的探测效率  50-51
  3.5 最小可探测活度浓度  51-56
    3.5.1 探测下限和最小可探测活度浓度  51-52
    3.5.2 碘化钠对137Cs 的最小可探测活度浓度  52-53
    3.5.3 四种探测器对不同核素的最小可探测活度浓度  53-56
  3.6 小结  56-57
第4章溴化镧自生本底谱的模拟  57-72
  4.1 高纯锗测量的溴化镧自生放射性能谱  57-60
    4.1.1 实验装置  57-58
    4.1.2 能量刻度  58-59
    4.1.3 测得的能谱  59-60
  4.2 单位体积溴化镧中138La 活度的测量实验  60-64
    4.2.1 定量分析时测得的能谱  60-62
    4.2.2 效率刻度  62-63
    4.2.3 活度计算  63-64
  4.3 溴化镧自生本底谱的模拟方法  64-71
    4.3.1 γ射线谱的MCNP 模拟  64-66
    4.3.2 β射线能谱及其抽样  66-67
    4.3.3 在γ能谱中叠加β射线的影响  67-69
    4.3.4 自生本底谱的模拟结果  69-71
  4.4 小结  71-72
第5章溴化镧自生放射性对海水测量的影响  72-80
  5.1 溴化镧自生本底与海水本底的比较  72-74
    5.1.1 溴化镧自生本底  72-73
    5.1.2 海水本底  73-74
    5.1.3 两种本底的比较  74
  5.2 自生放射性影响下的最小可探测活度浓度  74-77
    5.2.1 1.5＂溴化镧对不同核素的探测能力  74-75
    5.2.2 3＂溴化镧对不同核素的探测能力  75-77
  5.3 模拟计算的实验验证  77-79
    5.3.1 实验装置  77
    5.3.2 溴化镧能量分辨率的测量  77-78
    5.3.3 溴化镧探测效率的测量  78
    5.3.4 溴化镧自生本底谱的测量  78-79
  5.4 小结  79-80
第6章海水就地γ能谱测量的应用技术  80-97
  6.1 水下探测器的封装材料  80-87
    6.1.1 封装材料的选择  80-86
    6.1.2 封装材料对测量的影响  86-87
  6.2 核电海域重点监测的核素及其γ射线的选择  87-92
    6.2.1 碘化钠探测器监测γ射线的选择  89-91
    6.2.2 溴化镧探测器监测γ射线的选择  91-92
  6.3 反卷积提高峰计数  92-96
  6.4 小结  96-97
第7章结论与建议  97-99
  7.1 论文主要工作  97
  7.2 主要结论  97-98
  7.3 建议  98-99
参考文献  99-103
致谢  103-104
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  104

海水就地γ能谱测量溴化镧探测器的技术研究

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