第二章第4节就地谱仪2

6)就地HPGeγ谱仪校准结果的验证①验证场地的选择

地面开阔，附近无大建筑物或障碍物；地势较平坦，无大起伏；近期土壤未遭受大的破坏和干扰（翻耕、填埋）②放射性核素随土壤深度的分布参数(α/ρs)的选择天然放射性核素——均匀分布α/ρs=0

核事故新沉降——面分布α/ρs=∞

沉积人工核素，一段时期后0＜α/ρs＜∞，取样分析或参考类似地区数据

美国70年代，人工核素地面分布全国调查——α/ρs=0.312cm2/g

奥地利在1986年对KIKF周围环境土壤进行的调查——α/ρs=0.406cm2/g

日本JARI在1972年对基地附近土壤进行分层取样分析得α=0.697cm2/g

取ρs=1.5g/cm3，则α/ρs=0.453cm2/g③测量时间的选取——主要根据探测器的效率和测量所要求达到的精度

例如，ε=20%，天然放射性核素及137Cs，2000s～6000S④特征能量峰的选取(多分支，应选取主要分支——γ发射率达的分支)

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干扰峰的修正214Bi665keV峰对137Cs的661.7keV的干扰；214Bi768keV峰对95Nb的766keV的干扰；228Ac836keV峰对54Mn的835keV的干扰；228Ac755keV峰对95Zr的756.8keV的干扰；214Bi609keV峰对95Nb的610keV的干扰。就地γ谱测量

⑤就地γ谱仪测量分析A和D

A=Nf

/(Nf/A)，D=Nf

/(Nf/D)多分支放射性核素采用所选主要分支的测量值的算术平均值或加权平均值

→提高测量结果的精度⑥比较验证吸收剂量率D的比较：就地γ谱仪测量的D=ΣDi，与同一地点的高气压电离室剂量率仪测量的D比较。注：高气压电离室剂量率仪测量结果必须减去当地宇宙射线的吸收剂量率贡献如，北京地区：

31.2nGy/h

活度浓度A的比较：就地γ谱仪测量土壤中的A，与测点处所取土壤样品进行试验室分析的A比较：注：ⅰ)采用梅花五点取样方法，以提高取样的代表性；

ⅱ)对于天然核素的比较，取样深度≤30cm，一般去除表层腐殖质；

ⅲ)对于沉降的人工核素的比较，取样深度≤10cm，采用垂直取样并记录好取样深度H，以便就地测量结果(Bq/m2)与实验室测量结果(Bq/kg)之间的换算、比较⑦

环境土壤取样及数值换算0AHh

(19)

(20)

(21)⑧

实验确定(α/ρs)值·等间距分若干层取样·分别测量各层土壤样品中沉降核素的活度浓度Ai(pCi/g)·在以H(cm)为横坐标，ln

A(pCi/g)为纵坐标的半对数坐标系中，作各土壤深度Hi及相应的活度浓度Ai的作图·拟合直线·求取拟合直线的斜率——α放射性核素随土壤深度的分布参数曲线7)γ谱仪就地测量技术的应用①铀矿地质勘探——γ辐射强度异常

——

土壤中238U、232Th、226Ra、40K②找水——γ辐射强度异常

——含水地质构造③环境放射性本底调查——空气吸收剂量率、天然与人工放射性核素活度浓度

238U、232Th、226Ra、40K、137Cs等④核爆炸、核事故应急、反核恐应急环境测量——沉降、散落的各种裂变产物、活化产物及其空气吸收剂量率⑤核设施周围环境辐射场常规常规监测，可以毫不含糊地鉴别天然本底、沉降人工放射性核素的照射量的贡献⑥核设施排放烟羽中惰性气体(41Ar、85Kr、133Xe等)的剂量率贡献，上下风向⑦建材——建材中的放射性含量、空气吸收剂量测量，GB

铀尾矿渣、含铀页岩等⑧土壤中239Pu的就地测量——大面积薄NaI(Tl)探测器谱仪——测量伴随239Pu

的241Am(59.5keV)⑨环境土壤中90Sr和137Cs的活度浓度测量——了解137Cs的深度分布参数，测量137Cs(661.7keV)的活度浓度Bq/m2，(如，美国：1970s，α/ρs=0.302cm2/g

经验指：90Sr/137Cs约为1.58)γ谱仪就地测量的其他刻度技术①半经验公式刻度技术1988年，美国EML的IK.Helfer和KM.Miller利用实验室已经刻度的8台Ge就地γ谱仪的数据，拟合给出探测效率因子(N0/φ)公式和角响应校正因子(Nf/N0)，参见H.PVol55CalibrationforGedetectorsusedforfieldspectromety：

ln(N0/φ)=a–b·lnE(22)

其中，E——γ光子的能量，MeV；

a，b——与探测器有关的常数（拟合参数）

a=2.689+0.4996·lnε+0.0969·(lnε)2

(23)b=1.315+0.02044·ε+0.00012·

ε2

(24)

ε

——Ge探测器的相对探测效率；例如：

ε=30%=0.3

仅需了解三个参数：ε，L/D，探头朝向

ε

→(N0/φ)

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

理论计算值(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)，(各种人工核素，不同相对探测效率的探测器，(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探测器的角响应校正因子(Nf/N0)

角响应校正因子强烈依赖于探测器的几何结构

图中，实线为随深度呈均匀分布，虚线为表面分布H.PVol55表9中(N0/A)=(N0/φ)·(φ/A)，(天然核素，α/ρs=0，不同ε)方法的优点：不需要标准放射源，方法便利快捷，工作量相对较小方法的不足：以刻度的谱仪的数据为基础，效率受到限制ε=5~45%，能量受到限制E=200keV~2.62MeV，±15%的测量准确度偏大。

H=1m137Cs

r=12m

入射角度小于θ，进入探测器的初级γ光子注量率的百分数

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蒙特卡洛模拟计算校准技术蒙特卡洛方法是模拟由源发射的γ光子的输运以及与晶体相互作用的随机过程，通过跟踪大量的源光子，可求取某一统计物理量的一种理论计算方法。

D源光子抽样

→

入射方向→

进入探测器→

与晶体作用→

作用点位置→

作用点位置→

发生作用(光电效应、康普顿效应、电子对效应)→光子、电子

跟踪原则：“堆栈模式，先入后出”，“先光子，后电子”

→

光子能量全消耗在晶体中→电子消耗晶体内的能量相加→

在相应的能量道中加“1”→

跟踪一定数量的源光子→

形成γ谱全过程模拟计算——直接从不同分布参数的土壤中抽取某种核素发射的特征能量的γ光子，跟踪γ光子，记录全部能量沉积于晶体中的计数部分参数模拟计算

——例如，模拟计算探测器晶体对点源的探测效率因子(N0/φ)和相对角响应因子N(θ)/N0

→(Nf/N0)

;MC模拟方法计算校准系数的技术关键：

a)详细了解探测器的结构参数——Ge晶体的几何尺寸、冷指孔尺寸、“死层”、厚度、包壳厚度及材料等；

b)建立合适物理数学模式MC模拟计算的结果，必须要有几个试验点进行检验和控制成熟的通用MC软件——MCNP(MonteCarloNeutronParticles)4B、4C输入卡：①几何描述；②介质材料组分描述；③截面的选择；④介质密度；⑤中子(光子或电子)的位置及特征参数；⑥期望的答案或记录形式；⑦用于改善效率的变量减缓技巧；⑧截止能量；等输出卡：符号物理意义