用LaBr3(Ce)γ谱仪实时监测反应堆回路水放射性
利用LaBr3(Ce)伽马谱仪直接测定铀矿体中铀含量的方法
利用LaBr3(Ce)伽马谱仪直接测定铀矿体中铀含量的方法吴永鹏;汤彬;程建平;梁永顺;王哲【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2012(036)003【摘要】LaBr3(Ce)闪烁体是一种综合性能优良的新型伽马射线探测器.然而,以它的能量分辨性能还不能获得含铀矿体精细伽马谱,其仪器谱反映不出与铀含量直接相关的特征峰,在这种情况下,探索一种直接获取含铀矿体铀含量的方法.采用国产LaBr3(Ce)探头对系列硬岩型放射性矿体进行测量,通过234Pam之1.001 MeV伽马特征能量以能量窗结合线性回归的相对分析法直接求取铀等目标核素的含量,获得了良好效果,对硬岩型铀矿含铀99×10-6以上相对误差不超过10.0％,对矿体中其他主要核索的定量分析误差也在8.5％以内.%Lanthanum bromide scinlillalor, namely LaBr,(Ce) , is a new detector which has excellent comprehensive performance for detecting gamma-ray. However, LaBr3 (Ce) detector fails to measure the fine structure of gamma-ray spectrum from the uranium-bearing ore body for its limited energy resolution, and the spectrum measured doesnt show the characteristic peaks which are directly related to uranium content. Under such circumstances, the development of a technique which can determine uranium content directly is necessary. The authors measured a series of hard rock radionuclide-bearing ore bodies using a LaBr3(Ce) probe made in China, and determined uranium content directly by relative analysis combining energy window with linear regression based on 234Pam, 1.001 MeV characteristic energy and, as aresult, obtained satisfactory results, which show that the relative error is less than 10.0% for uranium content over 99 ×10-6, and the error is less than 8.5% for other main radionuclides.【总页数】4页(P414-417)【作者】吴永鹏;汤彬;程建平;梁永顺;王哲【作者单位】清华大学工程物理系,北京 100084;东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,江西南昌330013;东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,江西南昌330013;清华大学工程物理系,北京 100084;东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,江西南昌330013;东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】P631;P632【相关文献】Br3(Ce)γ谱仪在燃料元件破损监测中的应用研究 [J], 覃国秀;刘玉娟;张怀强;吴和喜2.用LaBr3(Ce)γ谱仪实时监测反应堆回路水放射性 [J], 覃国秀;陈细林;代传波;郭晓清3.采用NaI(Tl)γ谱仪对含铀矿体的直接铀定量方法 [J], 吴永鹏;汤彬;程建平;王哲;梁永顺4.基于LED的LaBr3：Ce3＋闪烁γ谱仪稳谱技术研究 [J], 屈世骏;陈凌5.溴化镧(LaBr3∶Ce)γ谱仪前端读出电子学电路 [J], 陈彦丽;谭新建;卢毅;宋朝晖;易义成;渠红光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
LaBr_3(Ce)探测器本征放射性及其对探测限的影响研究
LaBr_3(Ce)探测器本征放射性及其对探测限的影响研究近年来,随着核能与核技术应用的不断发展,人们对复杂γ能谱测量分析的需求也越来越大。
目前国内使用的γ能谱测量系统大多是基于NaI(Tl)探测器或HPGe探测器的。
Na I(Tl)探测器能量分辨率较低,无法分析复杂γ谱线中放射性核素的种类和含量;HPGe探测器虽然具有很好的能量分辨率,但探测效率低,且需要液氮制冷,使用成本较高,不易携带。
新型卤化物闪烁体LaBr3(Ce)探测器以其很好的能量分辨率(<3%@661.7KeV)和快速时间响应及高探测效率受到了特别的关注,而且在很多场合都能替代NaI(Tl)探测器和HPGe探测器。
但是由于LaBr3(Ce)探测器自身携带放射性核素138La和227Ac,因此它具有较强的本征放射性本底。
为了能够更好地使用LaBr3(Ce)探测器,我们必须对其本征放射性进行测定计算,特别是在低放射性测量的情况下,准确定量计算其本征放射性,具有重要意义。
在γ能谱测量中,LaBr3(Ce)探测器的本征放射性和环境本底是测量谱线中的重要组成部分。
当通过γ谱线对低放射性核素的含量和活度进行定性和定量分析时,本征放射性会产生直接影响。
因此,为减少本征放射性对测量结果产生的干扰,获取测量样品的有效净峰面积,就需对测量的能谱数据进行光滑和本底扣除等处理,并计算本征放射性在环境测量中对本底的贡献。
同时,为了进一步探究LaBr3(Ce)探测器探测低水平放射性的能力,还需要在本征放射性存在的情况下对低放射性水平的核素的最小可探测活度MDA的影响进行研究。
本文的研究依托于科技部重大科学仪器设备开发专项:大批量人群核辐射剂量快速检测系统(项目编号:2012YQ180118),在调研整理关于LaBr3(Ce)探测器的特性及各种本底扣除方法的基础上,主要开展的研究工作和成果如下:1)开展对LaBr3(Ce)探测器的基本特性的研究,获取到LaBr3(Ce)探测器的能量分辨率、探测效率、温度特性、高压特性,特别是本征放射性。
基于LaBr3（Ce）晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制
㊀第43卷㊀第1期2023年㊀1月㊀辐㊀射㊀防㊀护Radiation㊀ProtectionVol.43㊀No.1㊀㊀Jan.2023㊃辐射防护监测㊃基于LaBr 3(Ce )晶体耦合SiPM 阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制石伯轩1,2,李㊀岩1,2,曹勤剑1,2,赵㊀原1,2,夏三强1,2,王崇扬1,2,刘立业1,2(1.中国辐射防护研究院,太原030006;2.辐射安全与防护山西省重点实验室,太原030006)㊀摘㊀要:编码孔径成像技术由于探测效率高㊁信噪比高㊁角分辨率好㊁成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全㊁核设施的去污及退役的测量㊁核医学等领域㊂建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统㊂整个成像系统主要由编码准直器㊁位置灵敏探测(position sensitive detector ,PSD )㊁数据采集卡以及图像重建系统组成㊂该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array ,MURA )编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD 通过LaBr 3(Ce )晶体耦合SiPM 阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效㊂测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662keV );该辐射成像系统可以准确地对Am -241㊁Cs -137㊁Co -60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs -137点源的位置㊂关键词:伽玛射线探测;MURA 编码方式;编码孔径相机;LaBr 3(Ce )探测器中图分类号:TL81文献标识码:A㊀㊀收稿日期:2022-08-11基金项目:大型公众活动核安保智能辐射探测系统研制(HH21050101)㊂作者简介:石伯轩(1982 ),男,2003年毕业于清华大学工程物理系核工程与核技术专业,2007年毕业于日本东京大学系统量子工学系,获硕士学位,2010年毕业于日本东京力学原子力国际核工程与核技术专业,获博士学位,高级工程师㊂E -mail:shi_boxuan@通信作者:刘立业㊂E -mail:liuliye@㊀㊀放射性物质的准确定位和识别对于寻找 孤儿源 ㊁核设施去污和退役㊁辐射防护最优化等至关重要[1-2]㊂目前较为成熟的辐射探测设备(辐射剂量计㊁能谱仪等)由于探测范围较小且不够直观等缺点不适合应用于辐射定位场景中,伽玛射线成像技术能够远距离探测到视野范围内的放射性物质以及给出二维分布图像,并配合光学摄像头直观地指示热点实际位置[3-4]㊂根据探测到的射线能谱,可以进行核素识别进而确定放射性物质的类别[5-6]㊂作为目前最主流的伽玛辐射成像技术之一的编码孔径成像技术,由于其探测效率高㊁信噪比高㊁角分辨率好㊁成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全㊁核设施的去污及退役的测量㊁核医学等领域[7-9]㊂然而传统的编码孔径成像系统,多采用固定的角分辨率和成像视野(field ofview,FOV ),这在特殊场景的应用中不尽适用,比如在核工业领域的辐射防护最优化中,需要使用大视野的伽玛相机对周围环境进行扫描成像,初步确定放射源的位置,再使用高分辨率的伽玛相机对其进行精细成像,为辐射场反演提供精细的放射源位置信息㊂因此建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统,可以实时改变编码孔径成像系统的FOV 和角分辨率㊂本研究旨在开发一套基于MURA 编码方式的可变角分辨率编码孔径伽玛成像系统,实现对多种放射源的定位并具备较好的能量分辨率㊂1㊀可变角分辨率编码孔径成像原理1.1㊀编码孔径成像原理㊀㊀编码孔径成像过程可以分为编码投影以及解码重建两个过程[10],如图1所示㊂编码准直器存在很多小孔,以小孔为基本单位,对于每一个小孔都会得到一个放射源倒立的图像,这样探测器上会有许多个倒立的图像进行叠加形成叠加像,即编码过程㊂针对编码准直器的构造方式不同可设㊃83㊃石伯轩等:基于LaBr 3(Ce)晶体耦合SiPM 阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制㊀计相应的解码重建算法来还原放射源图像,即解码过程㊂图1㊀编码孔径成像示意图Fig.1㊀Schematic diagram of coded aperture imaging对于编码孔径成像系统而言,最基本的是对放射源的准确定位,其次是定量评价重建图像质量㊂信噪比(signal to noise ratio,SNR )为信号与整个系统的噪声之比[11],是衡量重建图像质量的重要指标,体现了系统抗干扰能力的高低,其中SNR 的定义为:SNR =(N max -M)M numðM ij(M ij -M)2(1)式中,N max 为重建图像所有像素中的最大值;M为本底像素的平均值,为了不将信号计算在内,将大于图像最大值二分之一的数据剔除,对去除之后的重建图像各像素计算算数平均值;M num 为去除像素计数值大于最大值二分之一像素后的像素总和;M ij 为去除像素计数大于最大值二分之一像素外各个像素的计数值㊂从以上定义可以看出最大值与本底噪声平均值相减得到的值作为信号,以本底计数值的相对标准偏差作为噪声,二者之商作为SNR ㊂1.2㊀可变角分辨率设计原理㊀㊀角分辨率是指成像系统的分辨能力[12],即成像系统或系统元件有差别地区分开两相邻放射点源的最小间距的能力㊂在γ相机中,角分辨率θ由下式给出:θ=FWHMNˑFOV (2)式中,FWHM 是重建图像X 轴向上各像素点强度值高斯拟合后的半高宽;N 为重建图像X 轴向上的像素总数;FOV 为γ相机的视场㊂具体如图2所示㊂图2㊀重建图像与角分辨率图像Fig.2㊀Reconstruction image and angular resolution image㊀㊀传统的编码孔径γ相机其编码板和探测器的距离是固定的,因此其成像视野(FOV )与角分辨率也是固定的㊂但是在实际测量过程中,γ相机需要根据现场实际情况动态调整视野和成像角分辨率,以达到最佳的成像效果㊂为此设计通过调整探测器和编码板之间的距离,进而使得成像角分辨率和成像视场均可调,达到最佳成像效果㊂编码孔径相机视场与探测器㊁编码板间的关系如图3所示㊂根据图3显示的几何关系,当放射源距离码板距离为a ,码板与探测器距离为b ,码板尺寸为l m ,探测器尺寸为l d ,可以得出:FOV =(b +a )b(l m -l d )+l d(3)㊀㊀在MURA 码板循环嵌套情况下,l m ʈ2l d ,并且在远场探测的情况下,a >>b ,因此可得:FOV =abˑl d (4)㊃93㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期图3㊀编码孔径相机视场Fig.3㊀Field of view of coded aperture camera㊀㊀从式(3)可以看出,码板到探测器的距离越小,其FOV 越大㊂在γ相机中,视场FOV 一般用角度表示,由下式给出:φ=2tan -1(l d2b)(5)㊀㊀理想情况下,γ相机最佳角分辨率为视场㊀㊀㊀㊀㊀FOV 与MURA 编码序列数的比值㊂以MURA 编码的序列数7为例,从理论上说γ相机最佳角分辨率为其视场FOV 的1/7,即当其成像FOV 设定为40ʎ时,其理论最佳角分辨率为5.7ʎ㊂通过蒙特卡罗模拟仿真,对通过调整编码板与探测器间距离实现角分辨率可调的方法可行性进行了验证㊂首先将探测器与编码板之间的距离设计为3.63cm,设计两个放射点源,两者之间的距离为30cm,距离探测器的距离为1.5m,模拟成像结果如图4所示㊂从图4来看,其成像角分辨率较差,无法区分出两个放射源㊂将探测器和编码板两者之间的距离调整为6.9cm,放射源的位置不变,再次进行成像模拟,成像结果如图5所示㊂图5中可以明显分辨出两个放射源㊂因此,通过改变探测器和编码板间的距离可以显著提升角分辨率和成像效果㊂图4㊀探测器与编码板距离为3.63cm 时重建图像Fig.4㊀Reconstructed image when the distance between detector and coded mask is 3.63cm图5㊀探测器与编码板距离为6.9cm 时重建图像Fig.5㊀Reconstructed image and angular resolution image when the distance between detector and coded mask is 6.9cm㊃04㊃石伯轩等:基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制㊀2㊀编码孔径伽玛成像系统的设计与研制编码孔径伽玛射线成像系统主要由编码准直器㊁位置灵敏探测器㊁数据采集与处理模块以及图像重建软件四部分组成㊂其应用的场景不同,需要对各部分进行专门的设计和优化,例如就编码准直器而言,对于本底较高的场景,可以使用MURA编码方式构建码板,因为正㊁反码板可以抑制噪声;对于长度较长而宽度较短的管道进行放射源定位时,可以使用灵活的M-M编码构建码板;就位置灵敏探测器而言,对核素识别有要求的场景,可以使用LaBr3(Ce)晶体;就数据采集与处理模块而言,对于空间狭窄且需要便携的场景,需要进行紧凑㊁小巧以及低功耗的设计;就图像重建软件所而言,对于需要实时显示的场景,需要使用直接互卷积算法进行图像重建,以保证重建速度㊂2.1㊀编码准直器设计㊀㊀编码准直器又称码板,其设计主要包括编码种类的选取㊁编码阶数的选择㊁码板基本单元像素尺寸㊁码板厚度以及原材料组成等㊂对于编码方式的选取需要从自相关函数㊁对称性㊁开孔率等多方面综合考虑㊂MURA编码方式开孔率为50%[13],自相关函数为δ函数,且具有很好的对称性,因此本设计采用MURA编码方式来制作码板㊂编码阶数的选择则需要从整个系统的要求来进行选择,当编码阶数较大时,对于码板的加工㊁制造和位置灵敏探测器的要求都很高㊂综合考虑位置灵敏探测器的像素限制以及正㊁反码板的应用(正㊁反码板相减对于背景噪声和探测器自身带来的噪声具有重要的抑制作用),最终选择了编码阶数为7的MURA编码㊂经过循环嵌套后,获得的码板总共为13ˑ13个基本单元,正㊁反码板如图6所示㊂码板基本单元的尺寸大小则要和探测器基本晶体单元的尺寸大小相匹配,两者是相辅相成,可以说如果确定了码板基本单元的尺寸大小,那基本晶体单元的大小尺寸只能是码板基本单元的整数倍分之一㊂综合考虑后端位置灵敏探测器各方面的性能指标,每个码板基本单元的尺寸选为7.2mmˑ7.2mmˑ8mm,整个码板的尺寸为93.6mmˑ93.6mmˑ8mm,码板的材料为含钨92%的钨钴合金㊂图6㊀编码阶数为7的MURA循环嵌套码板Fig.6㊀MURA loop nested codedmask with coding order of72.2㊀位置灵敏探测器的研制㊀㊀与传统的编码孔径伽玛成像系统的基础编码阵列像素和探测器阵列像素一一对应不同,本研究为了进一步增大探测效率,增加了位置灵敏探测器的阵列,使其达到了8ˑ8的阵列,编码准直器和探测器中心相对,如图7所示㊂图7㊀探测器阵列和编码码板对应关系Fig.7㊀Correspondence between the detectorarray and the coded maskLaBr3(Ce)晶体阵列由8ˑ8根晶体条组成[14],每根晶体条的尺寸6.4mmˑ6.4mmˑ20mm,晶体之间使用0.8mm厚的聚四氟乙烯反射层隔开㊂光电转换器件使用的是Onsemi公司生产的ARRAYC-60035-64P阵列型SiPM,是由8ˑ8片C-60035像素型SiPM组成㊂单片SiPM像素面积为7.0mmˑ7.0mm,感光面积为6.0mmˑ6.0mm,相邻的两个SiPM的中心间距为7.2mm,整个SiPM阵列的面积为57.4mmˑ57.4mm㊂将LaBr3(Ce)晶体阵列通过光学硅脂进行耦合,并使用黑胶涂抹在其接缝处,最后在顶㊃14㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期部再放置一个铝壳并使用黑胶进行密封,这样避免整个探测器模块的潮解和漏光㊂为了匹配后端数据采集模块对模拟信号负极性的要求,在SiPM 阵列输出的64路信号后端,增加了基于有源器件的信号反向电路㊂同时为了避免探测器的重量作用于探测器和信号翻转电路之间的接插件上,使用一个塑料外壳包裹探测器并与信号反向电路板相连,进而提供支持力,如图8所示㊂为了使得整个成像系统实现可变角分辨率的功能,将探测器阵列安装到可移动轨道上,通过移动探测器和编码准直器之间的距离实现成像角分辨率的改变㊂图8㊀基于LaBr 3(Ce )晶体的位置灵敏探测器Fig.8㊀Position-sensitive detectorbased on LaBr 3(Ce )crystal2.3㊀数据采集和图像重建㊀㊀数据采集卡使用的是IDEAL 公司的ROSMAP-MP,如图9所示㊂该数据采集卡可以同时采集64通道的模拟信号,且64通道的采集方式是完全独立的㊂数据采集卡将模拟信号数字化并进行一系列的计算处理,将处理完毕的数字信号传输至㊀㊀㊀㊀上位机软件,上位机软件通过直接互卷积算法进行图像重建㊂图9㊀数据采集卡ROSMAP-MP Fig.9㊀Data acquisition card ROSMAP-MP3㊀系统测试与结果分析㊀㊀完成整个成像系统的核心部件研制以后,进行了一系列的测试,其中包括探测器性能测试以及成像性能的测试㊂3.1㊀探测器性能测试㊀㊀探测器性能测试[14]整个过程在室温环境下,SiPM 的供电电压为27.5V㊂将探测器置于标准辐射场,放射源位于探测器阵列的中心,整个测试过程在避光的条件下㊂将一个活度为10mCi 的Cs -137点源放置在距离探测器195cm 的位置,探测器位置处的剂量率为8.0μSv /h,测试时间为10min㊂在Cs -137放射源γ射线照射下,整个64通道的平均能量分辨率为4.96%,其中第24通道的能谱如图10所示,其能量分辨率为4.89%㊂图10㊀能谱测试Fig.10㊀Energy spectrum test㊃24㊃石伯轩等:基于LaBr 3(Ce)晶体耦合SiPM 阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制㊀3.2㊀成像性能测试㊀㊀成像性能测试主要包括正㊁反码板相减性能测试㊁可探测能量范围测试以及变焦情况下的双源分辨测试㊂3.2.1㊀正㊁反码板相减性能测试㊀㊀进行正㊁反码板的数据获取,将两组重建图像的数据相减得到最终的数据㊂通过对比正码板与正㊁反码板相减的成像效果来定量地评价使用反码板对重建图像的具体影响㊂将活度为10mCi 的Cs -137点源放置在距离编码孔径伽玛相机正前方195cm 处,伽玛相机处的剂量率为8.0μSv /h,正㊁反码板的测量时间均为10min㊂测量结果如图11所示,正码板获取的数据重建图像SNR 为3.9,而使用正㊁反码板相减所重建的图像SNR 为5.8,由此可见正㊁反码板相减技术对成像质量的较大提升作用㊂图11㊀编码孔径成像系统重建图像Fig.11㊀Image reconstruction with coded aperture imaging system3.2.2㊀可探测能量范围测试㊀㊀由于编码孔径成像系统的应用场景是面对环境进行扫描,而环境中射线源所发出的伽玛射线是不可知的,因此伽玛成像系统需要具备较宽的可探测能量范围㊂在标准的辐射场环境下,分别使用Am -241(60keV)㊁Cs -137(661keV)㊁Co -60(1.17MeV 和1.33MeV)对伽玛成像系统进行了照射,实验的具体条件列于表1㊂表1㊀伽玛成像系统可探测能量范围测试条件Tab.1㊀Test conditions for the detectable energy range of the gamma imaging system㊀㊀由于是测试该成像系统对于能量的响应,因此并未对成像时间以及剂量率进行特定的约束㊂测试结果如图12所示,从结果中可以看出该系统可以准确定位到放射源的位置,并给出第一通道的能谱信息㊂3.2.3㊀可变角分辨率测试㊀㊀可变角分辨率测试实验条件如下:将γ相机放置在两个Cs -137源的正前方,其中源1活度为10mCi,通过铅板衰减了80%,与γ相机直线距离为3.5m,源2活度为1mCi,距离γ相机5m,两个源间的水平距离为0.7m,两个放射源所形成的夹角为11.3ʎ,测量时间15min㊂探测器移动前码板和探测器之间的距离为33mm (探测器前端面与码板前端面的距离),移动后的距离为85mm,根据式(8)可以得出探测器移动前㊁后系统成像角度分别为28ʎ和62ʎ㊂移动探测器前和移动探测器后所获取的重建图像如图13所示,根据式(5)可以得出探测器移动前㊁后的角分辨率分别为15.9ʎ和7.2ʎ,角分辨率得到显著的提升㊂从图13(b)可以看出重建出来类似于 分布不均匀的形状源 ,这显然与实际情况不符㊂而图13(c)可以清晰地重建出两个放射源,更加精确地还原了放射源的分布情况㊂㊃34㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期图12㊀编码孔径成像系统各个能量放射源测试结果Fig.12㊀Test results of coded aperture imaging system for each energy radiationsource图13㊀伽玛成像系统变角分辨率成像效果Fig.13㊀Variable angle resolution imaging effect of gamma imaging system㊃44㊃石伯轩等:基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制㊀4 结论本研究设计并研制了可变角分辨的编码孔径伽玛成像系统,整个成像系统主要由编码准直器㊁位置灵敏探测㊁数据采集卡以及图像重建系统组成㊂对伽玛成像系统进行了能量分辨率以及成像性能的测试,测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241(59.5keV)㊁Cs-137(661.8keV)㊁Co-60(1173.2keV㊁1332.5 keV)进行清晰成像并给出相应的能谱信息,可探测能量范围较广;通过改变编码准直器和探测器之间的距离调整伽玛成像系统的角分辨率,成功分辨出了两个Cs-137点源的位置㊂该伽玛成像系统具备一定的实用价值,具备在核工业㊁核应急等领域的应用前景㊂参考文献:[1]㊀International Atomic Energy Agency.2021.IAEA Incident and Trafficking Database(ITDB)Fact Sheet2021[J].IAEAIncident and Trafficking Database(ITDB).[2]㊀Gal O,Gmar M,Ivanov O P,et al.Development of a portable gamma camera with coded aperture[J].NuclearInstruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2006,563(1):233-237.[3]㊀Guo J,Pang X,Cai J,et pact MPPC-based coded aperture imaging camera for dual-particle detection[J].RadiatDetect Technol Methods,2021,5(1):61-70.[4]㊀Lee T,Kwak S W,Lee W.Investigation of nuclear material using a compact modified uniformly redundant array gammacamera[J].Nuclear Engineering and Technology,2018,50(6):923-928.[5]㊀Kim Y,Lee T,Lee W.Radiation measurement and imaging using3D position sensitive pixelated CZT detector[J].Nuclear Engineering and Technology,2019,51(5):1417-1427.[6]㊀Zhang J,Li C,Pang X,et al.Development of a3-D scintillator detector for compton imaging based on laser engraving[J].IEEE Transactions on Nuclear Science,2019,67(7):1691-1698.[7]㊀Carrel F,Abou Khalil R,Colas S,et al.GAMPIX:A new gamma imaging system for radiological safety and homelandsecurity purposes[C]//2011IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record.IEEE,2011:4739-4744. [8]㊀Braga J,Villela T,Jayanthi U B,et al.A new mask-antimask coded-aperture telescope for hard X-ray astronomy[J].Experimental astronomy,1991,2(2):101-113.[9]㊀Zhang L,Lanza R C,Horn B K P,et al.Three-dimensional coded-aperture techniques in diagnostic nuclear medicineimaging[C]//Medical Imaging1998:Physics of Medical Imaging.SPIE,1998,3336:364-373.[10]㊀Liang X,Pang X,Cao D,et al.Self-supporting design of a time-encoded aperture,gamma-neutron imaging system[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2020,951:162964.1-162964.8.[11]㊀Lei S,Liang X Z,Zhang Z M,et al.A novel square-hole based coded aperture imaging method[C]//2016IEEE NuclearScience Symposium,Medical Imaging Conference and Room-Temperature Semiconductor Detector Workshop(NSS/MIC/ RTSD).IEEE,2016:1-3.[12]㊀李岩.一种高灵敏度伽玛成像系统关键部件研制及性能测试[D].成都理工大学,2020.[13]㊀Gottesman S R,Fenimore E E.New family of binary arrays for coded aperture imaging[J].Applied optics,1989,28(20):4344-4352.[14]㊀李岩,王川,刘立业,等.基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的研制与性能校正[J].核技术,2022,45(07):070401-070401.㊃54㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期Design and development of a variable angular resolution gamma camera based on LaBr3(Ce)crystal-coupled SiPM arraySHI Boxuan1,2,LI Yan1,2,CAO Qinjian1,2,ZHAO Yuan1,2,XIA Sanqiang1,2,WANG Chongyang1,2,LIU Liye1,2(1.China Institute for Radiation Protection,Taiyuan030006;2.Shanxi Key Laboratory for Radiation Safety and Protection,Taiyuan030006) Abstract:Coded aperture imaging technology is widely used in nuclear safety,nuclear facility decontamination and decommissioning measurement as well as nuclear medicine due to its advantages of high detection efficiency,high signal-to-noise ratio,good angular resolution,and stable and reliable imaging quality.Aiming at the problems of the fixed imaging field of view and angular resolution of the traditional coded aperture gamma imaging system,a gamma imaging system with variable angular resolution is proposed by changing the distance between the coded collimator and the detector.The imaging system is mainly composed of coded collimator, position sensitive detector(PSD),data acquisition card and image reconstruction system.The coded collimator of the imaging system adopts the Modified Uniformly Redundant Array(MURA)coded method.In order to ensure the detection ability of higher energy rays,the material of the coding collimator adopts tungsten copper alloy with90%tungsten content.The PSD is composed of LaBr3(Ce)crystal coupled SiPM array,and the reconstruction algorithm adopts the direct convolution algorithm which is fast and efficient.The test results show that the average energy resolution of the PSD is4.96%(662keV).The radiation imaging system can accurately locate Am-241,Cs-137,and Co-60clearly,and can successfully distinguish the positions of two Cs-137point sources by changing the distance between the coded collimator and the detector.Key words:gamma ray detection;MURA coded method;camera of coded aperture;LaBr3(Ce)detector ㊃出版物介绍㊃ICRP132号出版物:飞行中对宇宙辐射的防护简介㊀㊀辐射是我们环境的自然组成部分㊂那么,什么是 宇宙 辐射?宇宙辐射来自太阳和外太空㊂宇宙辐射约占我们所受自然辐射的六分之一㊂每个人,每个地方,都暴露在宇宙辐射中㊂地球磁场和大气层保护我们免受宇宙辐射㊂在飞行高度较高的地方,特别是在接近南极和北极时,这种保护就比较弱㊂在一次商业飞行中,宇宙辐射是地面辐射的几倍㊂我们越来越多的人乘飞机旅行㊂飞机在不断改进,允许在更高的高度㊁北极和南极上空进行更长时间的飞行㊂对于大多数人,专家不建议采取特别措施㊂应该向那些感兴趣的人提供信息,以便他们能够得到适当的信息㊂经常坐飞机的人,比如每周都要长途旅行的商务人士,可能会有兴趣了解更多㊂例如,可以追踪你自己的宇宙辐射剂量㊂使用在线工具很容易做到㊂对于空乘人员和飞行员,航空公司应该教育和告知员工宇宙辐射的剂量和影响㊂航空公司还应评估并记录这些剂量,使每个员工的个人剂量信息可供使用㊂必要时,应制定相关规定,调整已宣布怀孕的空乘人员的工作职责㊂各个国家和航空公司应提高对宇宙辐射的认识,并提供支持,以便就与飞行有关的宇宙辐射照射作出明智的决定㊂(来源:ICRP网站)㊃64㊃。
LaBr3：Ce探测器对低能γ射线角响应研究
同角度入射射 线探测效 率 的变化 的定量表 征 。
ｃａｅｐ．ｃｎ．
１８７
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图 １ 射线在探测器 中等 效穿透路径示意 图
２ 设备及方法
实 验采 用 Ｓａｉｎｔ—Ｇｏｂａｉｎ Ｂｒｉｌｌａｎ Ｃｅ３８０探 测
器 （ＬａＢｒ ：Ｃｅ晶 体 的灵 敏 体 积 为 ３．８１ ｃｍ Ｘ 咖３．８ｌ ｃｍ），与 ＣＡＮＢＥＲＲＡ Ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ ２０００多 道 分 析 器和计 算 机共 同组 成 ＾ｙ谱 仪 ，如 图 ２（ａ）所 示 。该谱 仪 工 作 高 压 设 为 ６５０ Ｖ．数 字 增 益 放 大设 为 ２０倍 ，测 量道 数 设 为 ２ ０４８道 。实 验设 计 两 种 几 何模 型 ：以探 头 前 端 表 面 中心 为 原 点 建 立 坐标 系如 图 ２（ｂ）和 以 ＬａＢｒ ：Ｃｅ闪烁 体 中 心 为 原 点 建 立 坐 标 系 如 图 ２（ｃ）。选 用 Ａｍ （５９．６ ｋｅＶ）、ｎ Ｂａ（３５６ ｋｅＶ）和 ’Ｃｓ（６６２ ｋｅＶ）
种 放 射 源考 察 角 响 应 的能 量 依 赖 程度 ，依 次 固定放 射 源 与 探 头 距 离 分 别 为 １５ ｃｍ、２５ ｃｍ、 ３５ ｃｍ。鉴 于 ＬａＢｒ ：Ｃｅ晶体 的对 称 性 以及 闪烁 发 光 无 明 各 向异性 Ｌ６ Ｊ．只 在 ０～９０。范 围 每隔 １Ｏ。改 变一 次放 射 源与探 头 的相对 角 度 ．共 进 行 １８０次 测量 ，每 次测 量活 时 问为 ６００ Ｓ。
前 ，国 内尚未见 有相 关 的文 献报 道 。 本工作 结 合 核 材 料 低 能 射 线 探 测 识 别
的 任 务 需 求 ．对 圣 戈 班 公 司 Ｓａｉｎｔ—Ｇｏｂａｉｎ Ｂｒｉｌｌａｎ Ｃｅ３８０闪烁探 测 器 的角度 响应 开展 实验 和 ＭＣ模拟 研究 ，以期 为 后 续 利 用 该 探 测 器 识 别测 量 未知 核 材 料 及 剂 量 水 平 提 供 有 益 的 修正 参 考 。
大面积LaBr3：Ce闪烁探测器伽马灵敏度和时间响应测量
第46卷第7期 人工晶体学报Vol.46 No.7 2017 年7 月________________________JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS______________________July,2017大面积LaBr3:Ce闪烁探测器伽马灵敏度和时间响应测量胡孟春，李忠宝，刘建，甫跃成，章法强，王文川，张建华，唐登攀，李如荣，陈力雄，黄雁(中国工程物理研究院核物理与化学研究所，绵阳621900)摘要:在6%〇放射性标准源场中，对国内新研制的大面积LaBr3:C e闪烁探测器伽马灵敏度进行了测量，并用GD100光电管分别与LYSO:Ce、ST401闪烁体构成闪烁探测器的伽马灵敏度进行了对比分析;应用CTC-67型三通道的ns 快脉冲辐射源对这种大面积新型闪烁晶体本身的时间响应特性进行了测量。
实验测量结果表明:直径76 mm的大面积LaBr3:C e闪烁探测器伽马灵敏度与LYSO:Ce、ST401闪烁探测器的同体积归一灵敏度比分别超过5和200;时间响应前沿2.56 ns，后沿56 ns，半高宽23.56 ns，衰减时间25.45 ns。
关键词:无机闪烁体;LaBr3:Ce;闪烁探测器;灵敏度;时间响应中图分类号:L812，TL816,078 文献标识码:A文章编号:1000-985X(2017)07-1215-05 Measurement of 7 Sensitivity and Time Response of the LargeArea LaB r3• Ce Scintillation DetectorHU Meng-chun,LI Zhong-bao,LIU Jian,FU Y ue-cheng, ZHANG Fa-qiang,W A N G W en-chuan, ZHANG Jian-hua,TA N G Deng-pan, LI Ru-rong, CHEN Li-xiong,HUANG Yan(Institute of Nuclear Physics and Chemistry, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China) Abstract ：The7sensitivity of a large area LaBr3:Ce scintillation detector was measured in a60Co standard source field,and was compared with the sensitivities of scintillation detectors which were made up of GD100 photoelectric tube and LYSO-Ce or ST401 scintillator,the time response waveform of this LaBr3:Ce scintillator was measured with a nanosecond pulse radiation source.As is shown in the measuring results,the ratio of volume normalized sensitivity of the LaBr3:Ce scintillator to those of LYSO •Ce scintillator and ST401 scintillator is bigger than5 and200, respectively.The front edge,full width at half maximum (FWHM),back edge and decay time evaluated from the measured time response waveform of the LaBr3：Ce scintillator are2.56 ns, 56 ns, 23. 56 ns and25.45 ns,respectively.Key words: inorganic scintillator; LaBr3:Ce; scintillation detector; sensitivity; time response1引言掺铈溴化镧（L aB y Ce)无机闪烁体是近年来出现的平均原子序数高，对7射线具有较高的阻止本领，同时兼具高光输出和快响应特性的无机闪烁体，在低能物理和安检、医学成像方面具有非常广阔的应用前 景[1’2]。
水中放射性核素的γ能谱分析方法
水中放射性核素的γ能谱分析方法
水中放射性核素的γ能谱分析是对水中放射性核素的定量分析的一种有效的方法。
主要是利用γ射线计和γ谱仪对水中放射性核素的含量进行定性和定量分析。
具体步骤是：
一、实验前准备。
首先要明确测量目标，设定测量要求，确定测量方案；其次要完善实验条件，准备样品，评价样品的可测量性，准备或选购检测器设备。
二、实验准备。
组装检测系统，熟悉使用该系统，完成系统的调试和校正；收集样品，进行测量前处理；选取最佳检测条件，准备记录纸和检测程序。
三、实验过程。
收集样品，进行测量前处理；提取样品中的放射性核素；将提取液送入γ谱仪检测；以γ谱仪仪器为基础，以计算机分析系统为载体，对水中放射性核素进行定量分析；实验完成，做检测数据的记录和处理，得出最终结果。
四、实验结果。
在实验完成后，将最终结果反馈给相关客户，说明检测结果，完成整个实验报告。
水中放射性核素的γ能谱分析方法不仅可以定量分析水中放射性核素的含量，还可以分析核素的种类。
此外，该方法精度高，具有快速、准确、稳定等优点，广泛应用于环境放射性污染评价和纠正。
LaBr3(Ce)元件破损在线监测关键核素确定及效率校准
(1. Nationai Key Laborator for Metroloyy and Calibration Techniques, China InstOute of Atomio Eneryy ,Beijiny 102413 , China；2. Shenyany InstOute of Enyineeriny, Shenyany 110136 , China)
线定量分析是一种可靠的元件破损监测方法。针对新型LaBe ( Ce)元件破损监测仪，设计了元件破损模拟实验，对逸
出的裂变产物采用HPGe和LaBe ( Ce)探测器进行了对比测量。通过不同冷却时间丫能谱的核素分析，确定了 135Xe,
88Kr,138Xe,88Rb,138Cs等可作为LaBe ( Ce)元件破损'能谱监测的关键核素。同时,制备了覆盖能量范围(25Байду номын сангаас -
・98・
宇航计测技术
2019 年
2019年6月 第39卷第3期
宇航计测技术
Journal of Astronautic Metrology and Measurement
Jun. ,2019 Vol. 39,No. 3
文章编号：1000 -7202 (2019)03 -0097-08
DOI：10. 12060/j. issn. 1000-7202.2019.03. 18
关键词 LaBe ( Ce)探测器 元件破损 一回路水 裂变产物 效率刻度
中图分类号:TL84
文件标识码:A
XTicieecy Calibration and Key Radionuclides Determination for On-line Fuel-rod Failurr Monitor of LaBr3(Ce)
γ能谱仪ra标准值
γ能谱仪ra标准值
γ能谱仪的RA标准值通常指的是放射性衰变率。
这个值用于描述放射性核素的衰变速率，对于确定核素的种类和数量至关重要。
然而，具体的RA标准值会根据不同的放射性核素、实验条件和仪器性能等因素而有所变化。
γ能谱仪的用途包括：
1.环境监测：可以用于监测空气、土壤、水等中的放射性核素，以及评估
核事故后的放射性污染情况。
2.核医学：在核医学中，γ能谱仪可以用于检测临床放射性同位素的活
度，还可以用于辅助诊断某些疾病，如甲状腺疾病等。
3.安全检测：γ能谱仪可以用于食品和药品中的放射性核素含量的安全检
测，确保人们的食品和药品安全。
4.科学研究：在科学研究中，γ能谱仪可以用于分析岩石、矿物和其他地
质样品中的放射性核素含量，以及研究宇宙射线等。
总的来说，γ能谱仪在环境监测、核医学、安全检测和科学研究等领域都有广泛的应用。
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、 、
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ ４ １ １ ７ ４ ０ ８ ９ ） ； 江西 省高 等学校教学改革 研究课题 （ Ｊ Ｘ Ｊ Ｇ一１ ３— ６—１ ） 资助。 作者简介 ： 覃 国秀 （１ ９ ８ １ 一） ， 男， 壮族 ， 广西 南 宁市
谱仪 ， 将通过 ＾ ｙ 谱仪对 目 标裂变核素选择 、 高
使用” ｃ ｓ 标准源进行 ２ ４ ｈ 测试 ； 能量分辨率使
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ８—３ ０
用” ’ ｃ ｓ 标准源 ； 相 对探 测 效率使 用∞ ｃ ｏ ； 标 准
源； 能 量 线 性 刻 度 及 能 量 与 效 率 刻 度 使 用 含 有 ４ 】 Ａ ｍ、 Ｃ ｄ 、 ５ ７ Ｃ ｏ 、 Ｃ ｅ 、 Ｂ Ｃ ｅ 、 Ｃ ｒ 、 “ Ｓ ｎ 、 Ｂ ５
第３ ５卷
２ ０ １ ５年
第 ５期
５月
核电子学与探测技术
Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ＆ Ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ５
Ｍａ ｙ ． ２ ０ １ ５
用 Ｌ ａ Ｂ ｒ ３（ Ｃ ｅ ） 谱 仪 实 时监 测 反 应 堆
能端效率刻度 、 符合相加修正、 脉 冲堆积引起的 死时间校正及谱仪的稳谱 等性能研究 ， 建立对
元件破损监测方法有总 ＾ ｙ 法、 缓发 中子法和裂 变气体法 ， 这些方法存在性能不稳定 ， 易受本底
干扰 ， 难于准确监测燃料元件的破损程度等缺 点 。反应 堆燃 料 元件 包 壳 破 损 时 ， 由于 一 回路
射性核素测量 中的几个关 键问题进行研究 。着重研究 了裂变核素的选择 、 高能端效率 刻度 、 符合相加修
正、 脉冲堆 积及 谱仪的稳谱等 问题 。通过实验测 试与 Ｍ Ｃ计算相 结合 方法 ， 获得 了初 步 的解 决方 案 ， 进
一
步提高 Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ （ ｃ ｅ ） 探 测器在一 回路水放 射性核素分析 、 燃料元件 破损监 测 、 核事故 条件 下放射性监测
等方 面的准确 度。
关键词 ： 裂变产物 ； 效率刻度 ； 符合相加修正 ； 死 时间校正 ； 稳谱
中图分 类号 ： Ｔ Ｌ ８ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ２ ５ ８ － ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ － ０ ５ ２ ３ ４ ３ ４
监测核反应堆燃料元件 的破损是保证其平 稳安全运行 的重要措 施之 一－ １ Ｊ 。常用 的燃 料
（ ｃ ｅ ） 晶体 ， 能量 分辨率为 ２ ． ７ ％（ ６ ６ ２ ｋ ｅ Ｖ） ； 数 据获取系统为 Ｏ ｒ ｔ ｅ ｃ Ｄ Ｓ Ｐ Ｅ Ｃ ５ ０ Ｍ 谱仪 和适合于 闪烁体 的 Ｓ ｃ ｉ ｎ ｔ ｉ Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ 谱分析软件。
Ｌ ａ Ｂ ｒ ｓ （ Ｃ ｅ ） 谱仪 主要性 能测试 ： 稳定性
回路 水 放 射 性
覃 国秀 ， 陈细林 ， 代传 波 ， 郭晓清
（ １ ． 中国原子 能科 学研究 院， 北京 １ ０ ２ ４ １ ３ ； ２ ． 中船重 工第 ７ １ ９ 研究所 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ４ ）
摘要 ： 为 实现用 Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ （ ｃ ｅ ） 谱仪实时监测反应堆 回路水 中裂变产 物 ， 对 该谱仪 系统在 裂变产物放
谱仪 系统 的性 能指标 满 足设 计要 求 。从 图 １ 可
谱其各个 ． ｙ 射线 的谱峰相对独立 ， 有利于该 谱仪的能量与效率刻度。
知： 使用混合标准源测得 的能量与效率刻度用
表１ Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ （ Ｃ ｅ ） 谱仪 系统测试 结果
注： Ｆ Ｗ Ｈ Ｍ Ｉ 为５ ９ ． ５ ４ ｋ ｅ Ｖ峰能量分辨 ； Ｆ ＷＨ Ｍ ２ 为６ ６ ２ ｋ ｅ Ｖ峰能量分辨 ； Ｆ ＷＨ Ｍ ３ 为１ ３ ３ ２ ｋ ｅ Ｖ峰能量分辨。
ｉ ￣ ｔ ／ ： ｌ ｘ ７ ２ ０ Ｖ
选择的 目 标核素特征 射线能量在 ８ ０ ０ ｋ ｅ Ｖ以 下时 所测量的 射线处 于大量存在的高能
，
： Ｉ ¨ ｉ Ｉ Ｉ ｝ ｌ ， … ｔ “ ～ 兽 … ㈠ ｌ ｔ 一 ． 蕾
反应堆回路水 中放射性 核素活度 的分析方法 ，
以满足反应堆回路水 中放射性核素和活度监测 谱仪的实际需求。
冷却剂 中裂变产物较多 ， 为 了分辨出裂变产物 核素及测量其活度 ， 最方便 的直接测量方法是 采用 能谱 法进 行 测 量 。Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ （ Ｃ ｅ ） 探 测 器 是
新型的闪烁体探 测器 ， 它集 中了 Ｎ ａ Ｉ （ ｒ Ｉ １ ） 探测 器和 Ｃ Ｚ Ｔ探测器的优点 ， 既有接近于 Ｃ Ｚ Ｔ探测 器的较好 的能量分辨率 ， 又可 以得到较大体积 的晶体 而避免 了探 测效 率 问题 。 本项 目 利用 Ｌ ａ Ｂ ｒ ３ （ Ｃ ｅ ） 探测器建立了一套
印Ｃ ０等核素 的混合标准 源； 脉 冲
人， 讲师， 博士研究生， 主要从事核技术及其应用研
究。
通过率使用活度较高 的放射源 ， 如密封 Ｒ ａ 源
或 密封 埒 ’ Ｃ ｓ 源 。测 试 结 果 列 于 表 １ ， 能量 图 １ 。从表 １ 可知 ： 该
１ 测量 系统
基于 Ｌ ａ Ｂ ｒ ｓ （ Ｃ ｅ ） 探测器 的 谱测量 系统主
要 包括 ： 取样 系 统 、 Ｌ ａ Ｂ ｒ ， （ Ｃ ｅ ） 探测 器、 数 据 获
取系统 和 谱分析 软件 ； 探 测器选 用 Ｓ ａ ｉ ｎ ｔ —
Ｇｏ ｂ ａ ｉ ｎ Ｂｒ ｉ ｌ Ｌ ａ ｎ Ｃ ｅ＠ 一３ ８ ０ １ ．５ ”× １ ． ５ Ｌ ａ Ｂ ｒ ３