采用溴化镧探测器测量环境中的钾40的方法

摘要

本发明提出了一种采用溴化镧探测器测量环境中的钾40的方法，属于辐射探测和辐射环境监测方法领域。该方法包括对溴化镧探测器自身放射性进行标定，得到该探测器本底谱响应y；采用溴化镧探测器对环境中的⁴⁰K进行测量，并拟合得到能谱响应y^*；根据溴化镧探测器本底谱响应y和能谱响应y^*，计算得到环境中⁴⁰K活度。本发明方法实现了对环境中的⁴⁰K的精确测量。

主权项

一种采用溴化镧探测器测量环境中的钾40的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)对溴化镧探测器自身放射性进行标定，得到该探测器本底谱响应y；在¹³⁸La的1440keV和1472keV全能峰感兴趣区中，溴化镧探测器的自身放射性形成3个γ全能峰，分别是¹³⁸La的1440keV、1472keV全能峰和溴化镧探测器自身含有的⁴⁰K的1461keV全能峰，用三个高斯函数将感兴趣区内溴化镧探测器自身放射性的本底谱响应表示为：y＝H₁·N(μ₁，σ₁)+H₂·N(μ₂，σ₂)+H₃·N(μ₃，σ₃)  (1)其中，y代表溴化镧探测器自身放射性的本底谱响应；H₁·N(μ₁，σ₁)、H₃·N(μ₃，σ₃)为为¹³⁸La的两个全能峰响应，H₂·N(μ₂，σ₂)为⁴⁰K的全能峰响应；H₁、H₂、H₃分别为上述三个全能峰的总计数率；N(μ₁，σ₁)、N(μ₂，σ₂)、N(μ₃，σ₃)分别为上述三个全能峰的标准正态分布；σ₁、σ₂、σ₃分别为上述三个全能峰的标准正态分布的标准差，μ₁、μ₂、μ₃为均值；通过下述两种方法的之一，确定上述公式(1)中溴化镧探测器自身放射性谱响应中的各全能峰的高斯函数的参数，实现对探测器的标定，得到该探测器本底谱响应y；第一种方法具体包括：通过下述公式(1.1)、(1.2)计算或采用γ谱测量得到溴化镧探测器中¹³⁸La的活度：A＝λN  (1.1)其中，A为放射性核素的活度，λ是放射性核素的衰变常数，为固定常数，N是放射性核素的核素数目；N＝m/M·N_A  (1.2)其中，m为核素质量，M为核素的原子质量，N_A是阿伏伽德罗常数；采用γ谱测量得到溴化镧探测器中⁴⁰K的活度；通过摩卡模拟计算分别得到该探测器在¹³⁸La的1440keV、1472keV全能峰以及⁴⁰K的1461keV全能峰的γ射线探测效率ε，从核数据库中分别获取¹³⁸La和⁴⁰K的γ射线分支比I_γ，根据下述公式(1.3)分别计算获得¹³⁸La的1440keV、1472keV全能峰以及⁴⁰K的1461keV全能峰的总计数率H₁、H₂、H₃；H＝ε·A·I_γ  (1.3)其中，H为全能峰的总计数率；通过溴化镧探测器的刻度实验获取各高斯函数的标准差σ₁、σ₂、σ₃；各高斯函数中的均值取理论值μ₁＝1440，μ₂＝1461，μ₃＝1472；将得到的H₁、H₂、H₃，σ₁、σ₂、σ₃，μ₁、μ₂、μ₃代入公式(1)中完成对该探测器自身放射性的标定；第二种方法具体包括：通过γ谱测量得到溴化镧探测器中⁴⁰K的活度，并通过蒙卡模拟计算得到该探测器在⁴⁰K的1461keV全能峰的γ射线探测效率ε，从核数据库中获取⁴⁰K的γ射线分支比I_γ，通过上述公式(1.3)计算得到⁴⁰K的总计数率H₂，通过溴化镧探测器的刻度实验得到高斯函数的标准差σ₂，得到⁴⁰K的全能峰响应H₂·N(μ₂，σ₂)；将溴化镧探测器放置在屏蔽环境中直接测量得到本底谱，结合⁴⁰K的全能峰响应H₂·N(μ₂，σ₂)，通过高斯拟合，确定¹³⁸La的全能峰响应H₁·N(μ₁，σ₁)和H₃·N(μ₃，σ₃)；将上述得到的结果代入公式(1)中完成对该探测器自身放射性的标定；2)采用溴化镧探测器对环境中的⁴⁰K进行测量，并拟合得到能谱响应y^*；将溴化镧探测器放置在环境中进行测量，并使用三高斯拟合的方法将能谱中的响应表示为三个高斯函数的叠加：$y^{*}=H_1^{*}·N({\mu }_1^{*},{\sigma }_1^{*})+H_2^{*}·N({\mu }_2^{*},{\sigma }_2^{*})+H_3^{*}·N({\mu }_3^{*},{\sigma }_3^{*})---\left(2\right)$其中，y^*代表溴化镧探测器在环境中感兴趣区内的能谱响应；为¹³⁸La的两个全能峰响应，为⁴⁰K的全能峰响应；分别为上述三个全能峰的总计数率；分别为上述三个全能峰的标准正态分布；分别为上述三个全能峰的标准正态分布的标准差，为均值；实测能谱中¹³⁸La的贡献与本底谱中¹³⁸La的贡献是一致的，也即：3)根据步骤1)得到的溴化镧探测器本底谱响应y和步骤2)得到的能谱响应y^*，计算得到环境中⁴⁰K活度：根据拟合得到的实测能谱响应y^*和溴化镧探测器本底谱响应y，计算得到环境中⁴⁰K对探测器总计数率的贡献为：通过蒙卡模拟计算得到溴化镧探测器对环境中⁴⁰K的γ射线的探测效率ε_sp，从核数据库中得到⁴⁰K的γ射线分支比为I_γ，从而根据下述公式得到环境中⁴⁰K的活度A(K40)：$A\left(K40\right)=(H_2^{*}-H_2)/({ϵ}_{sp}·I_{\gamma })---\left(3\right).$