溴化镧探测器γ能谱本底扣除方法探讨

甘霖　李进　曹舟　侯鑫

摘  要：溴化镧探测器因能量分辨率较好、线性响应好等优势被广泛应用，选择适合的本底扣除方法有助于提高测量结果的准确性。文章通过对比常规本底扣除方法、SNIP方法、傅里叶变换法效果，得出更适合溴化镧探测器的本底扣除方法，可极大减少影响仪器测量的干扰因素，提高溴化镧探测器的测量可靠性。

关键词：溴化镧;γ能谱;扣本底

中图分类号：TL82         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）29-0139-03

Abstract： Lanthanum bromide detector is widely used because of its good energy resolution and good linear response. The selection of suitable background deduction method is helpful to improve the accuracy of the measurement results. By comparing the results of conventional background deduction method， SNIP method and Fourier transform method， the background deduction method is proved more suitable for lanthanum bromide detector， which can greatly reduce the interference factors affecting the instrument measurement and improve the measurement reliability of lanthanum bromide detector.

Keywords： lanthanum bromide; gamma spectrum; background deduction

引言

γ能谱分析常应用于核素分析、地质勘测、环境辐射监测等方面[1]。常用的γ能谱仪有NaI探测器、HPGe探测器、溴化镧探测器等，但NaI探测器缺点是低能量分辨率较差，易潮解，抗机械与热冲击性能差;HPGe探测器需制冷，不易携带，价格较为昂贵等。而溴化镧探测器是一种新型闪烁体探测器，其能量分辨率高、线性响应好，在核工程、核医学、核物理等方面有广泛的应用前景[2]。在实际测量中，γ能谱的组成较为复杂，包括仪器噪声、环境本底的干扰等。因此，排除这部分的干扰因素，是γ能谱测量的关键。在γ能谱分析中，若准确得到放射性核素产生的特征峰净面积，即可计算出相应核素的含量[3-4]。因此，本文将探讨采用适当的方法排除测量本底对测量结果的影响，提高γ能谱分析的准确性。

1 方法原理

在γ能谱分析中，由于其谱线的组成比较复杂，需采取适当的方法处理谱线才能得到准确的测量结果。本文采用溴化镧探测器，其本底主要是由环境本底、散射效应、溴化镧晶体（138La、227Ac）自身的本底构成。目前常见的本底扣除方法有：（1）感兴趣区本底扣除法，用户只需对感兴趣的峰，根据其分布类型，采取适当的扣除方法[5-6]。如：直线法、阶梯法、抛物线法或其他类型曲线本底扣除法等。（2）全谱的本底扣除，对整条谱线采用适当的方法扣除本底，得到其净峰曲线。合适的本底扣除法应符合[7-8]：a.净峰面积与实际峰面积误差处于规定范围内;b.该本底扣除方法简单，处理速度快;c.可采取计算机自动处理方法，使用方便等。

1.1 常规本底扣除方法

目前γ能谱常规扣本底方法包括直线法、阶梯法、抛物线法等，其中（1）直线法是将各特征峰峰谷用基线相连，该基线与基线两端点的轴垂线多围区域视为γ谱线的本底。此方法优点是计算简单，但考虑到大多谱线的本底基线并非是一条直线，尤其是复杂的γ能谱分析，采用直线法扣除本底是不够准确的。（2）阶梯法是对整条γ能谱的所有特征峰下插入适合的阶梯曲线，其特点类似于直线法。（3）抛物线法是对特征峰的实际计数采用最小二乘算法拟合，得到的大部分谱线本底计数对应道址的计数均比实际计数低，通过逐道计算，可获得抛物线形式的能谱数据函数。γ特征峰净峰面积就等于原始峰面积与抛物线面积之差。

1.2 SNIP法

SNIP法原理，如图1所示，将γ能谱中点A处值N1、点C处值N3的平均值Nd1，然后比较Nd1与点A、点C间中点B处的相应值N2，若Nd1≥N2，则认为N2是道址B处的本底值。依次对其他的γ特征峰仍使用此方法，取点C处值N3、点E处值N4的平均值Nd2，然后比较Nd2与点C、点E间中点D处的相应值Nd3，若Nd3≥N4，即认为N4是道址D处的本底值。若将γ能谱按上述原理迭代N次，则可获得该γ能谱的本底。

1.3 傅里叶变换法

γ能谱的散射本底形成原因是多样化的，如：样品、探测器都会导致出现散射本底。一般产生的散射本底其变化较为平缓，但放射性核素特征峰是由γ谱仪闪烁晶体吸收核素特征γ射线而形成的，其变化较散射本底更为剧烈。傅里叶变换法就是依据γ能谱组成的特点扣除谱线中的本底。傅里叶变换法的原理是视γ能谱为数字信号，信号低频部分主要是散射本底，信号高频部分是核素特征γ射线峰，通过傅里叶变换将γ能谱转换为对应的频谱，采用低通滤波器将信号高频部分截断，得到的低频部分则为γ能谱的本底，即傅里叶变换法是时域和频域信号相互转换。

2 实验结果及分析

本实验选用溴化镧探測器（晶体：华凯龙KLB5075）测量了一系列标准模型（四川省德阳市罗江鄢家镇），溴化镧晶体中主要杂质138La、227Ac活度均已知。该标准饱和模型主要元素的含量，如表1所示。通过测量铀饱和模型、钍饱和模型、钾饱和模型，并运用线性本底扣除法、SNIP法本底扣除法、傅里叶本底扣除法排除本底的干扰，建立核素特征峰与含量的关系，完成对应γ谱仪的标定。此外，将通过测量混合模型，验证扣本底方法及实验标定结果的可靠性。

γ能谱分析时，由于232Th的特征γ射线能量与溴化镧晶体衰变子体227Ac特征γ射线能量接近，从表2发现，实验能谱本底处理法选用线性法、SNIP法、傅里叶变换法的效果均不理想，部分测量结果误差>20%。若对227Ac和232Th叠加产生的特征峰，仅采取扣除已知的227Ac峰计数，此时得出的232Th 含量的误差约为5.4%～6.4%。此外，由于溴化镧晶体中的138La与测量饱和模型中的40K特征峰能量接近，在γ能谱中也形成了重叠峰，若不排除138La的影响，得出的40K含量也将偏高。从表3可以看到，对138La和40K形成的重峰，采用SNIP法或傅里叶变换法扣除本底，再扣除已知的138La峰计数，测量结果的误差约2%～5.9%，也表明两种扣本底方法效果接近。对238U特征峰，线性法、SNIP法、傅里叶变换法三者的扣本底效果接近，误差约为2.2%～5%，其中采用傅里叶变换法，得到的效果最佳。

3 结束语

本文对溴化镧γ谱仪复杂的本底谱进行了研究，通过查阅国内外大量的相关文献及报道，对比了常见的几种扣本底方法效果。研究成果表明，采用适当的扣本底方法，可较大的提高溴化镧探测器测量样品中核素的含量的可靠性，实验结果表明傅里叶变换法更适合应用于溴化镧探测器γ能谱处理。同时，本结论也可为γ能谱分析处理提供了一定的参考作用。

参考文献：

[1]成都地质学院三系.放射性勘探方法[M].北京：原子能出版社，1978.

[2]郭成，赖万昌，易欣.LaBr3闪烁探测器在天然放射性测量中的