HPGe γ谱仪无源效率刻度软件验证

钟军　郭翔博　王玮　罗老永

【摘 要】本文通过制作一系列不同密度、不同形状、不同厚度的标准源，测量得到HPGe谱仪效率，并与无源效率刻度软件计算结果比较，验证无源效率刻度软件的准确度。

【关键词】无源效率刻度；γ谱分析；验证

The Verified of Sourceless Calibration Software for HPGe Spectrometer

ZHONG Jun GUO Xiang-bo WANG Wei LUO Lao-yong

（Nuclear Power Institute of China， Chengdu Sichuan 610005， China）

【Abstract】Standard resources which has different density， shape， material and thickness was measured by HPGe spectrometer. The efficiency was compared with calculated result of sourceless calibration software. And the accuracy of the sourceless calibration was verified.

【Key words】Sourceless calibration； Gamma spectrum analysis； Verify

0 引言

在核设施退役、环境监测、实验室测量等领域，需使用高纯锗γ谱仪对所取样品进行核素分析及活度测量，而γ谱仪为相对测量装置，测量前需对仪器进行效率校准。由于样品种类多，样品尺寸变化大，全部采用实验校准方法工作量巨大，难以实施。为了解决这一问题，可采用无源与有源相结合的方法对谱仪进行校准，即通过一系列试验，验证计算方法准确性，确认计算方法可行的前提下，对其余类型样品可采用无源效率刻度方法进行效率计算。

1 试验方法

首先制作标准样品，采用γ谱仪对标准样进行测量，得到试验效率，然后采用无源效率刻度软件，计算得到该条件下效率值，通过两者比较，验证无源效率刻度软件的准确性及适用范围。

2 标准源制备

采用已知活度152Eu溶液制作所需标准源。标准源分为平板状、柱状、管状等。所制作标准样编号及活度值见表1。

3 谱仪测量

3.1 平板状样品效率

3.1.1 不同尺寸平面源样品效率

将A13样品放入谱仪进行测量，对所获取谱数据进行处理，得到谱仪对50×50mm平面源效率曲线。分别将60×60mm、70×70mm、100×100mm平面源放入谱仪进行测量，得到谱仪对不同尺寸平面源不同能量点探测效率（见表2）。由表中数据可知，谱仪对平面源效率先随尺寸增大而增加，然后随尺寸增大而减小。

3.1.2 不同厚度不锈钢平板样品效率

将A13平面源放入谱仪进行测量（加2mm不锈钢吸收层），对所获取谱数据进行处理，得到谱仪对2mm厚不锈钢平板面源探测效率。依次增加不锈钢吸收层厚度，得到不同厚度不锈钢平板样品效率不同能量点效率（见表3）。

3.2 管状样品效率

将C2样品放入谱仪进行测量，得到谱仪对直径40mm，厚4.5mm管道样品探测效率曲线（见图1）。

4 无源效率刻度软件验证

4.1 验证方法

为了检验无源效率刻度软件计算的准确性，采用软件对谱仪相对探测效率进行计算，并与出厂实际测量值进行比较；采用软件圆柱体模块对标准样品盒中溶液进行效率校准，将测量值与参考值进行比较，验证圆柱体模块的测量准确性；LABSOCS及ISOCS 软件中均无矩形平面源计算模块，而实际测量过程中，平面源占很大比例，因此，试验采用长方体模块退化为面源进行近似计算。

4.2 谱仪相对探测效率计算

根据技术指标，该台谱仪的相对效率为40%，利用LABSOCS软件拟合计算得到点源距离探测器25cm时，对1.33MeV γ射线的探测效率为εg=4.89×10-4，通过公式1计算出探测器的相对效率εrel 为40.7%。

式中：εrel为HPGe探测器的相对探测效率； εg为HPGe探测器在源与探测器的距离为25cm时， 对1.33MeV γ射线（60Co）的探测效率； εp为75mm×75mm NaI探测器在源与探测器的距离为25cm时，对1.332MeV γ射线（60Co）的探测效率，εp=1.2×10-3。该谱仪实际测量所得到相对效率为41.7%，计算值与实际值偏差2.4%。

4.3 圆柱体样品探测效率计算

采用软件圆柱体模块对直径75mm，底厚2.5mm样品盒中溶液探测效率进行计算，样品盒高30mm，溶液体积65ml，参考活度1.22×103Bq。通过计算得到如图2所示效率曲线。采用该效率曲线对所测量的溶液样品进行计算，得到样品活度为1.17×103Bq，偏差4.1%。

4.4 平板状样品探测效率计算

利用软件中的长方体模块对平板状样品探测效率进行，得到谱仪校准曲线，采用该曲线对标准样测量结果进行计算，并与参考值进行比较。表4、表5分别为不同尺寸平板状面源和不同厚度吸收层平板状面计算结果。由表中数据可知，采用长方体模块进行平板状面源效率计算，得到结果与实验值可在20%偏差范围内相吻合。

4.5 管状样品探测效率计算

利用软件内管道内表面污染模块对直径40mm管道（厚4.5mm，长60mm）探测效率进行计算，得到效率曲线。采用计算得到的效率曲线对该类管道标准样品（参考活度5.12×102Bq）进行计算，得到样品活度为2.82×102Bq，偏差较大。

5 结论

本实验通过制作一系列标准源，得到高纯锗γ谱仪对不同测量对象的效率，并对无源效率刻度软件计算结果进行验证。试验表明，对于规则样品，效率计算结果与参考值在20%偏差范围内相吻合。因此，对于常见规则样品测量，可采用无源效率刻度软件进行效率计算，但软件计算模型有限，对某些复杂类型样品（如管状样品），计算值偏差较大，依旧需要进行标准源校准。

[责任编辑：杨玉洁]