利用低能特征峰测定U、Th、K含量的方法

利用低能特征峰测定U、Th、K含量的方法针对尺寸为Φ38mm×38mm的LaBr3(Ce)探测器,选取能量在1500keV以下的低能γ谱段进行解谱分析,探索一种低能谱段的γ能谱分析方法。为小尺寸探测器的Y能谱测量技术提供了新的尝试和思路,有利于LaBr3(Ce)探测器在地面γ能谱测量领域的应用和推广。鉴于目前γ能谱仪正朝着更为轻便灵活的趋势发展,对小体积闪烁晶体的γ能谱测量技术的研究势在必行。小尺寸晶体对高能γ射线的探测效率低,为了不影响工作效率,故选择探测效率较高的低能谱段进行分析研究。对于新型LaBr3(Ce)闪烁晶体,其自身固有的放射性核素会对高能谱段的全能峰产生严重的影响,从而进一步影响到γ能谱的分析精度。因此选取适合的低能特征峰做γ能谱分析方法的研究是十分有意义的。首先对天然放射性系及其特征Y射线进行详细的论述,根据特征能量的选择原则,对用于标定铀、钍、钾含量的低能的特征峰做了最优化选择。其次针对低能γ能谱解析的难点,对谱线光滑、峰区确定、本底扣除及求解核素含量,这几个关键性的问题进行分析研究。最终根据分析结果,确定了这种新的U、Th、K含量标定的方法的可行性。主要成果如下：(1)低能特征峰最优化选择：根据γ能谱测量时特征能量的选择原则,对比实测的γ仪器谱,最终确定了低能γ能谱测量的特征能量窗的优化方案——选择214Bi之1.120MeV做为铀系的特征能量,选择228Ac之0.908MeV作为钍系的特征能量,40K则选1.460MeV。(2)数据平滑方法确定：着重对重心法和最小二乘拟合法进行试验分析。对比分析这两种平滑方法对实测γ谱线的光滑效果以及对全能峰峰位和峰值的影响,发现最小二乘拟合法要优于重心法,最终确定了最佳γ能谱数据平滑方法为七点最小二乘拟合法。(3)特征峰净峰面积求解：首先利用全谱本底扣除法对原始谱线做本底扣除,根据峰位两侧的极小值确定初始峰边界,选定拟合数据,然后利用L-M算法(Levenberg-Marquardt算法)对选定的数据进行高斯拟合,最后对拟合后的高斯函数在μ±3σ区间内积分求出目标特征峰的净峰面积。将该方法应用在γ能谱标定中,取得了良好的效果。(4)本底扣除：利用全能峰的净计数保留率r(m)和本底扣除率t(m)这两个重要参数来评价散射本底的扣除效果。对比分析了SNIP法、傅里叶本底扣除法和二者的结合法三种方法的本底扣除效果,结果表明针对论文实测谱线,采用SNIP法做15次迭代,本底扣除效果最佳。(5)钾峰解谱：利用L-M最小二乘法对溴化镧晶体测得的钾峰做双高斯拟合解谱,对比分析铅室中测得的溴化镧的自生本底谱与铅室中高纯锗测溴化镧晶体的谱线,拟合数据与实测数据相吻合,验证了此思路的可行性。(6)用混合计算法对实测谱线进行检验,采用混合计算法计算,使得K含量的误差为8.1%,U、Th含量的误差分别为-4.5%与-3.8%,其分析精度基本达到地面γ能谱测量要求,验证了低能Y能谱测量方法的可行性；此外,用L-M最小二乘法对K峰进行解谱时,在较为复杂的测量条件下(如高铀环境中),其解谱难度较大,容易引入新的误差来源,不推荐使用。论文的研究与试验结果表明,对于Φ38mm×38mm溴化镧探测器,选取214Bi之1.120