基于γ射线屏蔽实验对材料屏蔽性能的研究

章圣斌 曹鹏久 梁宗弢

福建福清核电有限公司 福建福清 350300

本文基于新型γ射线水吸收曲线实验装置（图1）、NaI（Ti）γ谱仪和一体化多道分析器研究了水、煤油、铅、混凝土、铁、聚乙烯、地板砖材料对特定能量的γ射线的衰减规律和屏蔽性能；并计算水、铅、混凝土、铁、聚乙烯的线衰减系数，并与文献值进行了对比，测量误差在合理以内，验证测定方法的可靠性。在此基础上再对煤油、地板砖进行线衰减系数的测定。此工作为实验教学中线衰减系数测定提供了思路。

图1 γ射线液体吸收参数测量仪结构示意

1 试验过程

本文拟通过用活度为8mCi的37Cs放射源和活度为2μCi的137Cs和60Co对上述材料进行试验。其中固体材料采用NaI（Ti）γ谱仪和一体化多道分析器进行研究，液态运用新型γ射线水吸收曲线实验装置进行研究。试验方法为逐步增加材料的厚度，带计数率稳定后进行数据采集[1]。

2 试验结果

下 图 可 知 水 的 线 衰 减 系 数 μ=0．0783cm-1=0．783、煤油的线衰减系数μ=0．0646cm-1、聚乙烯的线衰减系数μ=0．008mm-1、铅的线衰减系数μ=0．1054mm-1、铁的线衰减系数μ=0．0514mm-1、混凝土的线衰减系数μ=0．0124mm-1、地板砖的线衰减系数μ=0．0252mm-1。

3 数据分析

经查阅资料得出铅的线衰减系数为：μpb=0．1222mm-1，μFe=0．0561mm-1，μ聚乙烯=0．0081mm-1，μ混凝土=0．0152mm-1，μ水=0．0820mm-1。

在误差分析中用到了：实际误差σ：σ=|μ测量-μ标准|；相对误差E：E=σ/μ标准：

材料类型 铅 铁 聚乙烯 混凝土 水实验值（mm-1） 0.1054 0.0514 0.0080 0.0124 0.00783理论值（mm-1） 0.1222 0.0561 0.0081 0.0152 0.00820实际误差 0.0168 0.0047 0.0001 0.0028 0.00037相对误差 13.7% 8.37% 1.23% 18.4% 4.51%

基于上述误差大小，其误差来源分析：

实验仪器设备本身具有系统误差，如实验过程中一体化多道分析器使用过程中存在着噪声等。一般仪器的系统误差是实验的主要误差之一。

实验材料的纯度存在着误差，一般实验用到的材料纯度不是100%,如铁的表面存在铁锈，铅表面也存在一些氧化物[2]。在与其纯净物的理论值比对存在误差。

实验材料厚度不均匀。如由于铅的硬度比较小，经常使用所以导致铅的表面不均匀在测量过程中存在误差。混凝土在制作过程中就不平滑，所以其的测量值误差也很大。

实验过程中并不是完全准直的，在使用铝准直器时不能完全保证γ射线达到完全窄束γ射线的标准。

在实验过程中使用一体化多道分析器时取全能峰面积大小时所选取的左右边界道址与理论道址有误差，这就会导致所取全能峰面积的大小有误差。

4 结语

本文的主要内容包括三个方面。第一：通过实验室的设备对各种材料对于γ射线的衰减规律进行了研究；第二：通过实验室的设备在进行衰减规律的探索当中对各种材料对γ射线衰减系数的测定；第三：在测出实验值以后与理论值比对总结实验方案的合理性后，在对其他线衰减系数不知道的材料进行实验[3]。

通过上述实验可以以下结论。①通过材料对γ射线的屏蔽实验，可以验证出随着材料厚度的增加其计数率将材料厚度呈现出指数衰减规律。这与γ射线衰减理论完全相符。②通过实验可以得出每种材料厚度对应的计数率，再通过EXCLE表可以很好拟合出每种材料对于γ射线的屏蔽规律。在通过得出的规律公式求出线衰减系数μ，大小比较为

通过前面实验测出的理论值与实验值比对可以发现实验方案合理，在对煤油和地板砖进行实验测量。