高纯锗γ谱仪对自然环境中氡子体的探测效率刻度

实验研究

高纯锗谱仪对自然环境中氡子体的探测效率刻度

何正忠，吕丽丹，周文韬，徐继圆

（南华大学核科学技术学院，湖南 衡阳 421001）

使用氡子体标准源对氡子体高纯锗能谱测量的探测效率进行了实验测量，并用蒙特进行理论模拟。结果表明，当滤膜放置谱仪表面时，

摘要：

214214

氡子体P幼儿园后勤计划 b 352 keV全能峰探测效率实验值为10.09%，Bi 609keV的全能峰探测效率实验值为4.22%，可用于氡子体浓度高纯锗能谱测量。

关键词：

高纯锗；氡子体；探测效率

中图分类号：X125 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2018)02-0125-02

DOI:10.16647/15-1369/X.2018.02.070

High - purity germanium spectrometer radionuclides in the natural environment detection efficiency scale

He Zhengzhong, Lu Lidan, Zhou Wentao, Xu Jiyuan

(College of Nuclear Science and Technology, Hengyang Hunan 421001, China)

,

Abstract: The detection efficiency of the radon-donor high-purity germanium -energy spectrum measurement using radon progeny standard source was

experimentally measured and simulated by Monte-Carlo. The re国产最好的手机排名第一 sults show that when the filter is placed on the surface of the spectrometer, the detection efficiency

of radon daughter body 214Pb 352 keV is 10.09%, and that of 214Bi 609keV is 4.22%. It can be ud for radon donor concentration high purity germanium energy

spectrum measurement.

Key words: High purity germanium; Radon progeny; Detection efficiency

氡同位素中Rn和Rn认为是人类所受天然辐射照射的主要来源。

国际辐射生物效应委员会（UNSCEAR）200号报美国h 告指出，在整个世界其中N（t，t）为滤膜取出后在谱仪上开始测量时刻t到测量结

范围水平，Rn对世界天然辐射照射的贡献占了48%。氡在空气中无束时刻t内产生的全能峰计数；Q 为Rn-190的滤膜源单位面积平均

222[1]

处不在，氡在空气中衰变后，产生的短寿命放射性子体Po、Pb和活度，dpmcm；

218214-2

214-1

222220

E%

=

N,100

（）

tt

12

−

T

QMttS

（）

1-e(,)

12

（1）

121

2

M（t，t）t到t时间段内的累积因子；为氡的衰变常数，min；Bi会吸附到气溶胶表面，悬浮于空气中，易被吸入体吸入并沉积到呼

1212

S为滤膜面积，cm，为射线的分支比。吸道支气管上，照成照射。因此，氡对人体潜在效应主要是短寿命的氡

2

1.2 高纯锗（HPGe）谱仪

测量采用ORTEC公司生产的同轴低本底高纯锗谱仪，该系统近年来，高纯锗谱仪因其能量分辨率高，对不同能量的射线

主要由GEM30P4-76探测器、数字化谱仪DSPEC jr2.0能谱数据采集系具有很强的甄别能力，在放射性核计量员 素分析上得到广泛应用。高纯

统组成。仪器主要性能参数如下：探测器锗晶体尺寸为61.344.5，锗测量空气中氡子体过程，一般是真空泵以一定流量将氡子体气溶胶收

冷指尺寸为9.832.6；相对效率30%；对Co的1.33MeV全能峰的集到滤膜上，然后进行能谱测量。由于谱仪对能量不同射线具有

60

能量分辨率为1.79 keV,峰康比为61:1。该谱仪测量测量含有氡和钍射不同的探测效率，因此探测效率理想的刻度方法是采用与测量样品几何

气子体滤膜时，Bi 241.9 keV和Pb的239 keV的能谱图如图1。形状相同的标准物质。目前，我国还没有建立氡子体计量溯源，高纯锗

214212

由图可知该谱仪能很好区分开239 keV 和241.9 keV的全能峰。谱仪测量环境Rn子体放射性气溶胶的探测效率，常通过两种方式

1.3  高纯锗谱仪探测效率的实验测量和理论模拟方法

实验测量将0.8m 孔径的Millipore AA 型微滤膜置于Rn-190氡子到能量效率曲线得到，另一种是采用无源效率软件进行刻度。缺乏

体源暴露至少24h，后取出放入高纯锗谱仪探测器表面中心处进行两种方法测量结果同直接利用氡子体滤滴答吉他谱 膜源刻度高纯锗探测效率结果的

测量，测量时间为41 min，其中从取出滤膜到测量开始所需时间为2 比较。

min。为防止滤膜上沉积的子体因衰变反冲而附着在探测器表面，特用本文利用加拿大PYLON公司生产出了的氡子体标准源，对高纯锗

1.5m厚的Mylar膜将滤膜包裹一层，并用20 g橡胶压在滤膜上使得测量收集了氡子体的滤膜的探测效率进行实验测量，并用蒙特卡罗对样

滤膜与探测器表面之间无缝隙。品滤膜的探测效进行理论模拟比对，检验高纯锗谱仪氡子体探测效

采用Monte Carlo程序MCNP 4C 对上述滤膜发射出光子到探测率实验结果的可靠性。

器的输运过程进行模拟跟踪计算，计算过程中跟踪了所有光子和电子初

级和次级过程。计数卡采用了F8和E8两个计数卡。源粒子能量为氡子

体的241.9 keV、295keV、352keV、609keV、1120keV等能量射线，加拿大公司生产的氡子体源其原理是将滤膜放入内置有高射气系数

模拟了源和探测器距离为零时全能峰效率，模拟结果见表1。的Ra圆柱体密封腔室（内部腔室尺寸2030）内，Ra不断衰变

子体所引起的，氡子体的测量是评价氡危害最直接的方式。

[2]

[3-5]

222

确定，一种是测量已知活度源发射多种不同能量的核素探测效率拟合得

1 仪器与方法

1.1  PYLON公司的氡子体标准源

226226

累积出较高的氡及氡子体活度，氡子体会均匀地沉积在腔壁和滤膜上且

随时间呈指数增长，滤膜放置一段时间T后，置于谱仪进行测量，将滤膜置于Rn-190氡子体源暴露不同时间后，将滤膜放到高纯锗

按下面公式（1）可求得谱仪探测效率E。谱仪上进行测量，得到全能峰计数，根据暴露时间，利用公式（1）

2 结果与讨论

HUANJINGYUFAZHAN

125

▲

环境与发展

SHIYANYANJIU

图1高纯锗谱仪测量Bi241.9keV和Pb239keV射线全能峰能谱

214212

求得Pb 的241.9 keV、295keV、352keV全能峰和Bi 的609keV、氡子体发射的低能和高能射线探测效率的实验测量值与理论模拟结

214214

果存在较大偏差，后面将进一步确定探测尺寸结构，使得理论模拟结果1120keV全能峰效率见表1。

更为准确。

参考文献模拟结果

[1]United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

Radiation (UNSCEAR), 2000. Annex B: Exposures from Natural

Radiation Sources. United Nations, New York.

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[3]曾斌,张生栋,余功硕,等.高纯锗谱仪计数比法测量滤材样

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241239

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仪对面源的探测效率和符合相加修正[J].中国原子能科学研究院年

报,2007,00:282.

基金项目：湖南省教育厅科研项目“谱仪测量高氡浓度研究”，

编号：15C1177；

深圳市人居环境委员会项目 “深圳市环境氡浓度水平及所致公众

有效剂量分布” 编号：2017-01-0298-A1

南华大学研究生科研创新项目，项目编号：2016XCX02

收稿日期：2017-12-07

作者简介：何正忠（1987-），男，博士，研究方向为气载放射性

测量研究。

通讯作者：吕丽丹（1989-），女，硕士,实验师，研究方向为气

载放射性测量研究。

表1 Rn-190氡子体源刻度主要射线能量探测效率的实验测量和理论

射线

能量

（keV）

24h44h49h76h89h126h平均值RSD均值RSD

24121.8411.8212.1812.1512.4312.3012.0612.181.8714.840.34

2954.6612.9212.2111.1611.3511.3611.4811.806.3312.350.38

3523.2711.0910.309.809.469.809.7010.096.2910.420.41

60948.104.664.134.084.024.233.964.226.056.250.55

112087.241.941.751.912.052.161.961.967.893.670.72

滤膜不同累积时间的实验测量结果(%)模拟结果(%)

a

相对偏差

（%）

a：RSD为相对标准偏差

从表1可知Pb的295 keV、352单枪匹马什么意思 keV两个全能峰探测效率实验测

214

量值和MCNP模拟值相对偏差在5%以内，这是因为能量295 keV、352

keV的射线分支比较大、探测效率高，测得的能谱净峰面积大，

计数统计涨落造成的误差小，使得探测效率实验测量值和理论模拟值符

合较好。理论模拟值总体比实验值偏大， 241keV、609keV和1120keV

三个全能峰实验测量值和理论计算结果相对偏差均超出10%，原因是仪

器给出探测器尺寸结构跟实际大小存在一定误差，尤其是探测器死层

尺寸，需要进一步确定死层尺寸，已获得理想理高中优秀议论文800字 论模拟值。在实际

[6,7]

测量氡子体活度浓度时，可以用352 keV全能峰实验探测效率和609keV

的全能峰实验效率进行计算。

滤膜在氡子体标准源暴露期间，氡子体只沉积在滤膜表面，这与实

际采样滤膜中氡子体氡子体能进入到滤膜内部孔隙。但是，滤膜材料密

度低，不含原子序数高跨纬度最广的省 的材料，对射线的吸收低可以忽略不计。因此，

由氡子体源刻度得到高纯锗测量氡子体活度的探测效率实验值，可以用

于高纯锗谱测量空气中的氡子体。

3 结论

通过氡子体标准源对高纯锗测量滤膜中氡子体活度的探测效率进行

了实验测艾叶泡澡的功效与作用 量，并用蒙卡方法进行了理论模拟，总体来看氡子体标准源得

到的探测效率值是可靠的。由于探测器尺寸结构与实际值存在较大误差，

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