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1、收稿日期: 1996207224 收到修改稿日期: 1996212222第31卷第6期原子能科学技术Vol . 31,No. 61997年11月A tom ic Energy Science and TechnologyNov11997用液体闪烁计数法绝对测量3H和14C比活度翟盛庭(中国核动力研究设计院,成都, 610005)简述了液体闪烁计数的单管及双管符合外推方法绝对测量3H、14C活度的基本原理。零几率校正采用相对探测阈外推法,并提出了迭代零几率外推方法。不同方法的测量结果与参考值相比,偏差在014%210%以内。关键词 液体闪烁计数 绝对测量 3H 14C 比活度液体闪烁探测技术的特
2、点是被测样品与闪烁液均匀混合,避免了样品的升华和自吸收,对低能 、 电子和 粒子的探测具有高效率和制样简便等优点。该技术在许多科技领域广泛应用,成为核素活度计量学的重要手段之一,对3H、14C活度标准化具有特殊意义。由于该技术探测阈较高,对低能 粒子测量的零几率校正作了大量的理论和实验研究16。本工作提出了双管符合的迭代零几率外推法,其结果与单管及双管符合的相对探测阈外推结果相一致,证明该方法是可行的,它不必知道各滤光片相对探测阈的值。1 基本原理111 单管积分外推法(1)小信号损失校正射线能谱是连续谱,测量时总是用一定的甄别阈甄别掉小幅度的噪声信号,相应会损失 掉一部分有用信号N(V)。选
3、择适当的高压值和放大倍数,使脉冲高度谱低能段展平,在近似水平的范围内将经过死时间(d)校正并扣除本底后的积分计数率N外推到甄别阈V为零,便得到小信号损失校正后的积分计数率N。于是有N=VmaxVn(v)dv=Vmax0n(v)dv-V0n(v)dv=N-N(V)(1)式中:n(v)为幅度为v的脉冲计数率。当甄别阈V0时,NN。 (2)零几率校正一个辐射粒子在闪烁液中损失能量后产生荧光,光子在光电倍增管的阴极上产生光电子, 光电子在各个打拿极上倍增,阳极输出一个电脉冲。这些随机过程有不产生脉冲信号的几率, 即零几率。设能量为E的 粒子在光阴极上产生的平均光电子数为m=a EF(E)(2) 式中:
4、F(E)为与 粒子能量有关的电离淬灭及壁效应因子;a 包括闪烁体发光效率、 光收集效 率、 化学淬灭及光电转换效率,它与 粒子的能量无关。 产生n个光电子的几率服从泊松分布P(n,m) =mnexp (-m)?n!(3)没有光电子产生的几率为P(0,m) = exp (-m)(4)打拿极的次级电子发射几率也服从泊松分布,可证明2单个光电子经k级倍增后,第k级 没有电子输出的几率为Pk(0, 1) = exp-k1 -Pk- 1(0, 1) (5) 式中:k为第k级打拿极的倍增系数。于是m个光电子进入光电倍增管,经k级倍增在阳极上 没有信号输出的几率为Pk(0,m) = exp-aEF(E) 1
5、 -Pk(0, 1) (6)用a=a1-Pk(0, 1) 表示闪烁体和光电倍增管的总转换效率,则f= 1?a表示产生一个 电脉冲需要的平均能量,称为探测阈。于是N=N01 -Emax0S(E)exp -EF(E)?fdE(7)式中:N0为源的活度;S(E)为归一化的 谱函数;Emax为 粒子的最大能量。通过实验和理论 计算很难准确得到f值,不能准确计算零几率校正。然而,由式(7)看到,当f0时,NN0。 为改变f,在闪烁体与光电倍增管之间插入一系列透过率不同的滤光片或环,用透过率的 相对变化值或用外 源照射闪烁体测定康普顿边缘半高处位置的相对变化值,或用阳极积分 电流的相对变化值4, 5,作为
6、相对探测阈。本工作用内部源109Cd的内转换电子峰位的相对变化 值作为相对探测阈,将N外推到相对探测阈为零,即f= 0,于是NN0。112 双管符合外推法 将式(7)推广到双管符合测量中,经小信号校正并扣除本底后,第1、2道和符合道的积分 计数率分别为N1=N01 -Emax0S(E)exp -EF(E)?f1dE(8)N2=N01 -Emax0S(E)exp -EF(E)?f2dE(9)Nc=N0Emax0S(E)1 -exp -EF(E)?f11 -exp -EF(E)?f2dE(10)N1N2 Nc=N01 -Emax0S(E)exp -EF(E)?f1dE1 -Emax0S(E)exp
7、 -EF(E)?f2dE Emax0S(E)1 -exp -EF(E)?f11 -exp -EF(E)?f2dE(11)405原子能科学技术 第31卷利用一系列不同的滤光片改变其中一道(例如第2道)的探测阈,将N1N2?Nc外推到相对探测阈为零,即f2= 0时,便得到N1N2?NcN05。113 双管符合迭代零几率外推法由式(9)看到,当f20时,第2道的零几率趋于零,计数效率趋于1。由式(8)看到,因第1道有零几率,使(1-Nc?N1)值小于第2道的真正零几率,于是本工作用各滤光片的(1-Nc?N1)值作为第2道相应的零几率初级近似值,将N1N2?Nc外推到初级零几率为零,得到N0的初级近似
8、值N01。再用(1-N2?N01)值作为第2道零几率的二级近似值,将N1N2?Nc外推到该 二级零几率为零,得到N02,如此迭代下去,直到(N0i-N0(i- 1)?N0i012%为止,从而得到N0值。对N1N2?Nc的死时间和符合分辨时间(c)的校正采用Cox2Isham公式,外推用多项式拟合计算法7。用孔径不同的紫铜环作为滤光片,相应的相对探测阈值用109Cd内转换电子峰位的相对变化确定。2 测量装置和条件测量装置主要由YS201多功能液体闪烁测量装置8和通用自动计数与数据处理装置9组成。光电倍增管用EM I9635QB替换了GDB522LD,用半导体致冷装置使其温度稳定在2下工作。单管测
9、量时使用半球形光导的测量室,双管符合测量时使用双半球形光导的测量室。主放大器由对数变换器10和线性放大器构成。 为了减少余后脉冲的影响,采用较长的死时间。 用双振荡仪测量两道的死时间分别为(201060102)s和(201080102)s,符合分辨时间为(1117101005)s。闪烁液配方为(10 g Bu2PBD+ 011 g POPOP)?1 L甲苯。该闪烁液的3H符合计数效率在2时比室温下可提高60% ,而光电倍增管的热噪声计数率可降低到室温下的1?41?311。样品瓶为 10 mm75 mm、 壁厚015 mm的低钾玻璃瓶,盛闪烁液1 mL ,被测样品是中国计量科学研究院提供的3H2
10、正十六烷和14C2正十六烷比对溶液。为提高计数效率,制样过程中采用了充氮除氧技术12。3 结果和讨论用不同方法测量3H和14C的比活度,结果分别列于表1和2。不确定度分析列于表3。表1 3H的比活度测量结果和比较Table 1 M easurement results of3H and comparison方法测量结果?Bqmg- 1参考值?Bqmg- 1相对偏差?%单管相对探测阈外堆1321012918+ 117双管符合相对探测阈外推1281012918- 114双管符合迭代零几率外推1291412918- 013表1表明, 3种方法对3H的比活度测量结果均在2%以内符合,双管符合迭代零几率
11、外推结果更接近参考值。表2表明, 2种方法的14C比活度测量结果均在014%以内符合。这些结果505第6期 翟盛庭:用液体闪烁计数法绝对测量3H和14C比活度证明双管符合迭代零几率外推是可行的,其优点是无需测定一系列相对探测阈值,反复迭代零 几率和外推的数学计算,可通过数据采集和处理的自动化得以解决。表2 14C的比活度测量结果和比较Table 2 M easurement results of14C and comparison方法测量结果?Bqmg- 1参考值?Bqmg- 1相对偏差?%双管符合相对探测阈外推7618176188- 0109双管符合迭代零几率外推7615976188- 01
12、38表3 双管符合迭代零几率外推法的不确定度分析Table 3 Analysis of uncertainty for repeatedly replace non-detection probability extrapolation method误差源项估计方法i(3H)?%i(14C)?%合成不确定度u?%总不确定度U?%3H14C3H14C计数统计误差误差传递公式012012 称量误差m?m012012 死时间校正Nd?(1-Nd)0102010201701632 符合分辨时间校正cNacc?(cNc)01020102 本底误差(B?t) N- 1012012 外推误差最小二乘法计算0
13、16014注:表中Nacc为偶然符合计数率;B和t分别为本底计数及其计数时间;合成不确定度u按u= (2 i2i)1?2计算,总不确定度U按U= 3计算中国核动力研究设计院的黎玉萍、 刘献忠、 漆明森同志参加了实验工作,在此表示感谢。参 考 文 献1 Gibson JAB, Gale HJ. A bsolute Standardization W ith Scintillation Counting. J Sci Instrum, 1968, 2(1):99.2 Gibson JAB. L iquid Scintillation Counting asA bsoluteM ethod. Sym
14、posium L iquid Scintillation Counting,1971, 2: 2313 HoutermasH. Probability ofNon2detection in L iquid Scintillation Counting. N ucl Instrum M ethods, 1973,112(12): 121.4 Song L ,W u XZ,W ang ZE. L iquid Scintillation Counting for the Standardization of 2particle Em itters . N u2cl Instrum M ethods,
15、 1980, 175: 503.5 W u XZ, Song L ,W ang ZY, et al . Standardization of14C byL iquid Scintillation Coincidence. Int J ApplRa2diat Isotopes, 1987, 38(10): 891.6 复旦大学,清华大学合编 1 原子核物理实验方法(上册)1 第二版修订本 1 北京:原子能出版社,1985130030217 翟盛庭,沈峰 1 自动绝对测量99Tc活度 1 原子能科学技术, 1994, 28(3): 24118 翟盛庭,王依华 1YS201多功能液体闪烁测量装置及其
16、高分辨率特性 1 核动力工程, 1987, 8(4): 891605原子能科学技术 第31卷9 翟盛庭,沈峰,楼滨乔 1 通用自动计数与数据处理装置及应用 1 核电子学与探测技术, 1992, 12(2): 116110翟盛庭,孙志芬 1 一种简单的准对数变换器.第一次全国液体闪烁探测技术学术会议资料汇编.西安.1982111翟盛庭,黎玉萍,刘献忠 1 温度对液体闪烁体效率的影响 1 原子能科学技术, 1996, 30(5): 459112翟盛庭,刘友湘,周昌贵 1 用液体闪烁计数测量14C2碳酸钡比活度 1 核动力工程, 1987, 8(1): 671ABSOLUTEM EASUREM ENTS OF SPECIFIC ACTIVITY OF3H AND
