《γ探测效率曲线拟合公式的研究及体源自吸收因子的MCNP计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《γ探测效率曲线拟合公式的研究及体源自吸收因子的MCNP计算（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川大学颐士学位论文丫探测效率曲线拟合公式的研究及体潺自吸收因子的M C N P 计算粒子物理与原子核物理专业研究生关云霞指导教师敬克兴用Y 谱仪对样品进行定量测量时，需要知道探测器对特定Y 射线的探测效率。为了从已知刻度的若干能量点的Y 探测效率得到该能区任意能量点的探测效率，就需对Y 探测效率刻度数据进行曲线拟合。本文介绍两个全能峰效率曲线的拟合公式。这两个公式对拟合参数都是线性的，都是由Y 射线与物质相互作用过程( 光电吸收、康普顿散射和电子对产生) 的几率随入射Y 射线能量的变化关系的渐近表达式中的若干项拼凑调整而得到的。两个公式都能够在很宽的能区上很好地拟合锗探测器和N a I (
2、T 1 ) 闪烁探测器对点源、面源及体源的全能峰效率曲线。本文详述了这两个拟合公式对不同探测器在不同探测几何条件下的全能峰效率曲线进行拟合的情况。在用丫谱仪对环境土壤样品放射性水平进行测量时，待测样品高度和基质密度往往与刻度标准样品的不同，所以必须考虑样品高度的不同和基质密度的变化对浏量结果的影响。本文用眦模拟计算的方法，分别研究了不同体源样品高度和密度下样品对Y 射线的自吸收因子与Y 射线能量的变化关系。同时验证了，体源自吸收因子随Y 能量的变化关系可以很好地用本文介绍的效率曲线拟合公式来袭达。关键字：Y 谱仪，Y 探测效率曲线拟合公式，自吸收因子四川大学硕士学位论文AS t u d yo
3、ft h eF i t t i n gE q u a t i o n sf o rt h eE f f i c i e n c yC u r v e sa n dt h eS e l f - A b s o r p t i o nF a c t o r si n7 - R a yS p e c t r o s c o p yM a j o rP a r t i c l ea n dN u c l e a rP h y s i c sM Sc a n d i d a t eG u a nY u n x i aA d v i s o rp r o f J i n gK e x i n gI nt
4、h i sw o r k , t w oe q u a t i o n sw h i c hC a l lb eu s e dt of i tt h ee f f i c i e n c yc u r v e so f丫- m ys p e c t r o m e t e r sa r ci n t r o d u c e da n de v a l u a t e d B o t he q u a t i o n s 眦l i n e a r1 i t l lr e s p e c tt ot h ef i t t i n gp a r a m e t e r s T h e yw e r
5、eo b t a i n e db yc o m b i n i n g ，a n dm i n o ra d j u s t i n g , t h et e r m si nt h ea s y m p t o t i ce x p r e s s i o n sf o rt h ep r o b a b i l i t i e so ft h ep 1 o 雠s ( p h o t o e l e c t r i ca b s o r p t i o n , C o m p t o nS c a t t e r i n ga n dp a i rp r o d u c t i o n )
6、t h r o u g hw h i c h 吖- r a y si n t e r a c tw i t hm a t t e r B o t he q u a t i o n sw e r ef o u n dt Ob ea b l et of i tv e r yw e l li n 稍d ea n e r g yr a n g e st h ee f f i c i e n c yc u n 懈o f G e r m a n i u ma n dN a I ( T 1 )d e t e c t o r sd e t e c t i n gT - r a y sf r o mp o i
7、n to rp l a n es o u r c e s , a sw e l la sf r o mc y l i n d r i c a lv o l u m es o u r c , 嚣T h e s a m ee q u a t i o n sc a na l s of i tv e r yw e l lt h es e l f - a b s o r p t i o nf a c t o r so fv o l u m es a m p l e sw h i c ha 瑕c o m m o ni nt h ee n v i r o n m e n t a la p p l i c a
8、 t i o n so f 丫- m ys p e c t r o s c o p y K e yw o r d s ：7 - m ys p e c t r o m e t e r , E f f i c i e n c yc 1 1 n r e s ，S e l f - a b s o r p t i o n 妇c t 0 焉F i t t i n ge q u a t i o n sk、四川大学硕士学位论文1 引言Y 射线的能谱测量和分析是进行快速定性、定量分析具有Y 辐射的放射性核素种类和含量的基本手段之一，在科学研究、放射性分析、核技术应用等方面有着广泛的应用在环境监测和保护方面，通过
9、对放射性核素Y 射线的能量及强度测量，不但可以确定样品是否有污染，而且可以确定污染物的成分和含量，这对环境保护和人类的健康有很大的意义在用Y 谱仪探测器进行能谱测量和分析时，探测效率刻度是一项最基本的工作探测效率是随入射Y 射线的能量变化的。对探测效率随Y 射线能量的变化关系进行曲线拟合是效率刻度的一部分针对探测效率曲线的拟合，许多作者提出了各式各样的探测效率数学拟合公式，并进行了广泛的比较和评价这些公式中有的拟合效果已相当不错，只是公式本身大多很复杂而且对拟合参数可能是非线性的。本文介绍介绍两个互相关联Y 探测效率曲线的拟合公式，并对此两公式对不同探测器在点源、面源和体源探测效率曲线的拟合效
10、果进行评价在用Y 谱仪对环境土壤样品放射性水平进行测量时，由于受取样条件的限制，待测样品高度往往与标准样品高度不同，所以这时必须考虑源高度不同对测量结果的影响；由于样品来源不同，待测样基质密度与标准源基质密度很有可能不同，基质密度的不同也将会对测量结果产生影响。本文用M c 模拟计算的方法，分别研究了不同体源样品高度和密度下自吸收因子与源Y 射线能量的变化关系同时验证了，体源自吸收因子随Y 能量的变化关系可以很好地用本文介绍的效率曲线拟合公式来表达四川大学硕士学位论文2Y 射线与物质相互作用Y 光子穿过吸收物质时与物质的相互作用和其它带电粒子( 如d 、B 粒子)有着显著的不同带电粒子在一连串
11、的多次电离和激发事件中不断损失其能量。Y 光子与吸收物质的相互作用却能在单次事件中损失其大部分或者全部能量。Y 射线与物质相互作用，主要通过三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应2 1 光电效应在这个过程中，对低能Y 射线，光电效应是最主要的过程Y 光子与物质原子中的束缚电子相互作用，Y 光子把全部的能量转移给某一个束缚电子，并使之发射出去，而光子本身消失掉。为了保持动量守恒，必须有原子核的参与因此被束缚的越紧的轨道电子被打出的几率越大当入射光子的能量超过K 层吸收限时( 即所有电子层都有可能被电离时) ，8 0 的光电效应发生于K 层，而其余2 0 中的大部分发生于L 层嘲光电效应几乎完
12、全是与内层K 或者L 电子发生作用，是比较强的特征X 射线的重要来源光电效应截面a 随入射光子能量的变化关系较复杂“”。对能量在吸收物质K 吸收限以上的光子，光电吸收几率是按丘4 2 快速下降，其后下降速度趋缓，最后按E 一1 变化。同时，光电效应截面近似正比于z ( z 为吸收物质原子序数) 2 2 康普顿散射在康普顿散射过程中，( 图2 - I ) Y 光子与物质原子中的电子发生碰撞，光子的一部分能量转移给电子，而散射光子的能量和运动方向发生变化在发生康普顿散射时，光子能量一般比原子中的电子的结合能高的多，康普顿散射可以近似认为是Y 光子与处于静止状态的自由电子之问的弹性碰撞，康普顿散射截
13、面吒可认为是原予中各个电子的康普顿散射截面吒的之和，即2四川大学硬士学位论文吒= Z 吒而吒可由积分克莱因一仁科截面公式给出：吒= 舶舌，口 1 2 ( 口+ D ，矿 l l 2 口+ 1 ) + o 5 + 4 ，口一o 5 ，( 2 口+ I ) 2 ( 2 一1 )其中口= E c 2 ，r e = P 2 I m e c 2 = 2 8 1 8 f m 是经典的电子半径每次康普顿散射作用所损耗的入射光子能量的平均百分数在1 0 0k e Y 时约为1 4 、5 0 0k e V 时约为3 4 、1 0M e V 时约为4 4 、1 0M e V 时为6 8 帆“1 子轨迹散射光子w
14、图2 - 1 康普顿散射示意图2 3 电子对效应当入射光子的能量大于2 ，( - I 0 2 2X e v ) 时，光子能够在靶核库仑场中转化为正负电子对。2 m u c 2 是这个过程的阈能，对应于正一负电子对所具有的静止能量。在低于阈能2 c 2 时，电子对的产生不可能发生为保证动量守恒，电子对的产生过程不可能在自由空间中进行，它只能在靶原子核或其它带电粒子提供的库仑场中产生当正电子的动能在吸收物质中通过电离和辐射( 轫致辐射) 耗尽时，这个正电子和吸收体中的一个电子相互作用转化为两个光子，即发生电子对湮没产生的两个湮没光子能量相同( 都是0 5 1 1U e v ) ，飞行方向相反电子对
15、效应截面，当易稍大于2 c 2 时，虻z 2 弓；当E r 4M e V 时，o P t z zi n ( E J 3四川大学硕士学位论文不论在高能区还是在低能区电子对效应截面咋都与矛成正比I V 9 。0|! 薹光电教应占 优势电子埘绶成f1 占优铸。 圣d f0 一_ t 舯- 葛。0 0 1 5 “1o ? 一51 0 5 0 图2 - 2 按光子能量和原子序数来表示的三种相互作用占优势的区域以上三种效应的反应截面都与Y 射线的能量及吸收物质原子序数有关，对不同能量区域和吸收物质，这三种主要的相互作用过程竞争程度不同。如图2 - 2在很宽的光子能量范围内，对于低能射线和原子序数高的吸收物
16、质，光电效应占优势；中能Y 射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势；而对于高能Y 射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势除上述三种主要相互作用，其它的一些相互作用方式有：相干散射：低能y 射线与束缚电子( 或与整个原子) 间的弹性碰撞，而靶原子保持它的初始状态。碰撞后的光子能量不变，电磁波长不变光致核反应：大于一定能量的Y 光子与物质原子的原子核作用，能发射出粒子，例如( Y ，n ) 反应但这种相互作用的几率与其它效应相比是很小的，可以忽略不计核共振反应：入射Y 光子把原子核激发到激发态，然后退激时再发出Y 光子Y 射线能量在1 0 0k e V - 3 0M e V 范围内，所有这些次要的相互作用方式对于Y 射线的吸收所作的贡献小于1 瑚4四川大学硕士学位论文2 4 射线在物质中的吸收由上述Y 射线与吸收物质发生的三种主要的相互作用可知，当Y 射线穿过吸收物质后，沿入射
