溴化镧探测器效率的标定

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基于溴化镧（LaBr3）探测器的无人机在口岸货场放射性检测中的应用

㊀第43卷㊀第5期2023年㊀9月㊀辐㊀射㊀防㊀护Radiation㊀ProtectionVol.43㊀No.5㊀㊀Sep.2023㊃辐射防护监测㊃基于溴化镧(LaBr 3)探测器的无人机在口岸货场放射性检测中的应用万永亮1,铁列克㊃波拉夏克1,李㊀准2,成智威1,凯依赛尔㊃阿布都外力1(1.乌鲁木齐海关技术中心,乌鲁木齐830063;2.北京中智核安科技有限公司,北京102206)㊀摘㊀要:详细介绍了配备溴化镧探测器的无人机放射性检测系统的组成,并对能量进行校准,对能量分辨率㊁本底进行了测试㊂应用蒙特卡罗方法计算系统测量点源探测效率和土壤体源转换系数,计算了其测量时间1500s 对点源和体源的最小可探测活度㊂结果表明,该系统对137Cs 661.7keV 的分辨率达到2.75%,测量时间1500s 对137Cs 点源和体源的最小可探测活度分别为2.37kBq ㊁3.77Bq /kg ㊂现场实际应用表明,该系统能够应用于口岸货场中放射性检测工作㊂关键词:溴化镧;放射性检测;远距离遥控;核素识别中图分类号:X837文献标识码:A㊀㊀收稿日期:2022-11-14基金项目:新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2019B00002)㊂作者简介:万永亮(1973 ),男,1996年毕业于兰州大学金属物理学专业,2013年毕业于兰州大学核能与核技术工程专业,获硕士学位,高级工程师㊂E -mail:1293700823@通信作者:成智威㊂E -mail:czw2008@㊀㊀目前口岸对进出口货物开展放射性检测时主要应用通道式车辆放射性监测系统[1]对车辆及其装载的货物进行现场实时监测,而且大多数为非核素识别型,当发现存在放射性异常时,需进一步开展放射性核素识别以确认放射性的来源,此时需要工作人员到现场使用便携式核素识别仪开展相应的检测任务或者进行采样送至实验室分析,工作人员都会在现场停留一段时间,此过程对工作人员会造成一定的辐射危害㊂为避免此类危害的发生,有些单位研发了机器人辐射监测系统[2],国内外许多科研院校和辐射监测公司还研发了基于无人机的放射性检测系统[3-4]㊂在常温辐射探测器选用方面,2003年Shan 等人[5]成功地制备了大尺寸的LaBr 3(Ce)晶体,相比较常用的NaI(Tl)晶体,其具有较高发光效率(~60000光子/MeV)㊁常温下较好的能量分辨率(3.2%@661.7keV),快衰减时间常数(~25ns)等特点㊂国外基于LaBr 3(Ce)探测器的无人机研究和应用较成功的案例是2012年在日本福岛核电站辐射检测中的应用[6]㊂由于无人机飞行时间有限㊁飞行灵活㊁准备程序简单等特点,更能适用于面积不大㊁货物摆放动态性大㊁远离生活区的口岸货场放射性检测㊂乌鲁木齐海关技术中心与北京中智核安科技有限公司共同研发了基于LaBr 3探测器的无人机放射性检测系统,采用油电混合型多旋翼无人机平台,应用分辨率较好的LaBr 3晶体作为探测器,能够实现远距离遥控进行放射性核素的检测与识别㊂1㊀无人机放射性检测系统㊀㊀无人机放射性检测系统由无人机航空谱仪,无人机及系统控制站软件组成㊂实现辐射监测㊁能谱分析㊁核素识别㊁地理信息系统GIS 信息显示㊁数据存储与回放等功能㊂1.1㊀无人机航空谱仪㊀㊀无人机航空谱仪由溴化镧探测器㊁光电倍增管㊁小型前置放大器㊁小型高压模块㊁小型数字化多道㊁机载存储单元㊁主控单元㊁北斗定位模块㊁数传电台㊁激光高度计㊁机上电源㊁温控模块㊁减震保温结构㊁探测器舱体等部件组成㊂(1)溴化镧探测器选用2个溴化镧探测器,技术性能指标:晶体㊃094㊃万永亮等:基于溴化镧(LaBr3)探测器的无人机在口岸货场放射性检测中的应用㊀尺寸为ϕ5cmˑ5cm;能量分辨率<3%(@661.7 keV);能量范围为30keV~3MeV㊂(2)光电倍增管选用2个R6231-100型光电倍增管,分别与2个溴化镧晶体匹配使用㊂主要技术性能指标:光阴极直径46mm;峰值波长350nm;光阴极材料为超级双碱(SBA);玻壳材料为硼硅玻璃;倍增极级数为8;阳极到阴极电压为1500V;上升时间(典型值)为8.5ns㊂(3)小型前置放大器选用2个AP2100小型前置放大器,主要技术性能指标:工作电压为ʃ24V;积分非线性<ʃ0.02%;温度稳定性:<ʃ0.01/ħ(0~50ħ)㊂(4)小型高压模块选用2个PS2000型高压模块,主要技术性能指标:输出电压范围为0~1250V;输出电流为0.5mA;输出稳定性(8h,典型值)为0.01%;温度系数(最大值)为0.01%/ħ㊂(5)小型数字化多道分析器选用2个Spectrum-mini-1型数字化多道分析器,主要技术性能指标:多道道数为4096道;死时间校正精度输入计数率在5ˑ104s-1以内小于5%;电流<50mA㊂(6)机载存储单元选用1个FPS100型存储单元,用于存储探测器采集的数据㊂技术性能指标:容量为16GB;读取速度最高可达98MB/s㊂(7)主控单元选用1个FPC200型主控单元㊂主控单元用于完成溴化镧探测器数据采集㊁机上数据存储㊁与数传电台进行数据通讯㊁接收北斗定位单元㊁激光高度计等模块的数据㊂(8)北斗定位模块选用BD910型北斗定位模块,用于获取探测器采集数据时所在的位置信息㊂主要技术性能指标:定位精度ɤ1.2m;数据采样速率最高为20Hz㊂(9)数传电台采用发射功率为1W的DDL-mini型DDL数传电台㊂主要技术性能指标:频率范围为902~ 928MHz(FHSS);输出功率5mW~1W;数据链路范围为95km㊂(10)激光高度计选用AUKI型激光高度计,用于测量无人机搭载探测器测量飞行的高度㊂主要技术性能指标:量程为0~1km;通讯接口为RS232;测量精度:①0~300m高度内,测量误差<0.5m;②0~20m 高度内,测量误差<0.2m㊂(11)电源及温控电路自带可充电电池组,内含温控电路确保探测器在-40ħ到50ħ环境下正常工作㊂主要技术性能指标:电池容量为10Ah;充电器工作点为24V/5A㊂(12)探测器舱体与减震机构采用铝合金舱体,除盖板之外的外壳结构采用一体化加工成型,舱体后端预留充电口㊁天线口和指示灯㊂谱仪内部填充减震垫层㊁安装架加装减震弹簧㊂1.2㊀无人机㊀㊀采用华翼星空的SF416-F6000型垂直起降小型无人机平台㊂主要由以下部分组成:油电混合动力四旋翼无人机平台㊁飞行控制系统㊁差分定位系统㊁数据通讯系统㊁机载相机㊁地面控制站㊂主要技术指标:净质量为27.3kg;最大起飞质量为46kg;有效载荷为8kg;续航时间为80min(满载);海拔升限为2km;抗风能力为6级;最大飞行速度为40km/h;工作环境温度为-20ħ~60ħ㊂1.3㊀系统控制站软件㊀㊀无人机放射性检测系统控制站软件设计有参数配置㊁集成控制㊁数据分析㊁数据文件㊁显示与回放㊁工具箱㊁视图窗体㊁帮助等主要模块㊂2㊀系统性能测试2.1㊀能量校准与分辨率㊀㊀将137Cs㊁60Co放射性点源分别置于2个溴化镧探测器前端窗的25cm处,采集谱数据,测量的谱图如图1所示㊂将原始谱图中全能峰与相对应的道址进行直线拟合,得到能量校准公式如下:E=0.7215㊃C h+22.85,R2=0.998(1)式中,E为能量值,keV;C h为道址㊂通过分析得知,实际测量可得谱仪系统对137Cs的661.7keV全能峰分辨率[7]为2.75%㊂㊃194㊃㊀辐射防护第43卷㊀第5期图1㊀能量校准的测量谱图Fig.1㊀Measurement spectrogram of energy calibration2.2㊀核素识别㊀㊀采用基于序贯贝叶斯方法的核素识别算法[8]与传统能谱分析技术相结合的方法进行放射性核素识别㊂两种方法利用针对特征γ射线能量来识别,在高剂量率场中进行核素分析的差别不大㊂在低剂量率场中,序贯贝叶斯核素识别算法将放射性核素的每条特征γ射线视为一个独立的单能γ源,利用贝叶斯算法对每个光子的半衰期㊁特征γ射线能量和分支比信息进行分析,把属于同一单能源的光子归为一个光子事件组,形成一个辐射脉冲序列,然后根据预设的参数分析光子序列,利用序贯概率比检验计算核素存在的概率㊂综合多种单能射线源的计算结果,决定是否检出了放射性核素,实现低活度下快速识别核素㊂2.3㊀探测效率的蒙特卡罗计算㊀㊀溴化镧探测器主要由ϕ5cmˑ5cm的溴化镧晶体㊁0.05cm厚的MgO反射层㊁0.3cm厚的前端铝层㊁0.2cm厚的包裹铝层以及0.2cm厚的后端SiO2光学玻璃组成[9-10],效率计算采用MCNP程序进行计算㊂设抽样的初始粒子数为107,光子输运的截止能量为3MeV,不采用减方差技巧㊂前端和侧面包裹铝层的厚度微调,应用校准过的点源241Am㊁137Cs进行实验室效率测量后,与效率计算值相比较而进行的㊂空气衰减层设置为质量比分别为79%的氮气和21%的氧气㊂2.3.1㊀点源探测效率蒙卡模拟计算㊀㊀放射性点源设置在距探测器前端窗100cm 处,效率计算结果列于1㊂表1㊀点源效率计算值Tab.1㊀Calculation result of point source efficiency2.3.2㊀体源效率计算㊀㊀根据货场多数的货包尺寸,假设土壤体源的尺寸为:ϕ200cmˑ60cm,密度为1.5g/cm3㊂土壤的组成成分设为质量比为75%的二氧化硅㊁20%的三氧化二铝和5%的四氧化三铁㊂探测器距土壤的探测距离为30cm㊂其中探测器的转换系数,定义为全能峰净计数率与放射性核素比活度的比值[11],计算结果列于表2㊂表2㊀体源转换系数计算值㊃294㊃万永亮等:基于溴化镧(LaBr 3)探测器的无人机在口岸货场放射性检测中的应用㊀2.4㊀最小可探测活度㊀㊀将系统置于一空旷场地距地面30cm 处,用便携式γ剂量率仪巡测场地的γ剂量率,确保选择的场所的γ剂量率属于正常本底水平,并且无明显异常点㊂开启测量系统采集1500s 的谱数据,本底谱如图2所示㊂图2㊀本底测量谱图Fig.2㊀Measurement spectrogram of background㊀㊀将本底谱中对应全能峰区域的计数加和后,按公式(2)分别计算点源和体源的最小可探测活度MDA [12]:MDA =4.65N b /(ε㊃p γ㊃t )(2)式中,MDA 为最小可探测活度,Bq 或Bq /kg;N b 为全能峰区域的计数加和;ε为点源探测效率或体源转换系数,s -1/Bq 或s -1/(Bq㊃kg -1);p γ为γ射线的发射几率;t 为测量时间,s㊂经计算分析,系统对点源和体源中不同放射性核素的1500s 测量时间内最小可探测活度列于表3㊂3㊀现场应用㊀㊀使用经中国测试技术研究院校准(校准证书编号:校准字第202108002553)的1枚137Cs 点源,放射源编号为AF -9188,其活度值为968.0kBq;1枚60Co 点源,放射源编号为AF -9186,其活度值㊀㊀㊀㊀㊀表3㊀1500s 下系统的最小可探测活度值Tab.3㊀MDA of system at 1500s measurement time为340.9kBq㊂校准时间为2021年5月31日,扩展不确定度为5%,k =2㊂于2021年6月16日,将2枚点源同时放置某一货场的空旷场地的地面上,开启无人机放射性航测系统并巡航至放射性点源正上方,悬空定点测量1500s 后,对采集的数据进行分析,检测结果修正到校准时间的活度㊂其测量结果列于表4㊂检测结果表明,无人机放射性航测系统检测结果与校准值相对偏差小于5%㊂表4㊀现场测量结果Tab.4㊀Result of in-situ measurement4㊀结论装备2个ϕ5cm ˑ5cm 溴化镧探测器的无人机放射性航测系统,在常温下具有对137Cs 的661.7keV 分辨率优于3%的性能,具备较好的核素识别能力;测量时间1500s 对137Cs 点源和体源的最小可探测活度分别为2.37kBq㊁3.77Bq /kg;谱仪系统集成度较高,占用体积不大,能够较好地安装于无人机的机腹下㊂无人机作为控操平台,能够灵活机动地应用于现场复杂条件下的检测工作,备配可视设备时可检测工作人员不能到达可疑位置上的放射性物品,从而极大地减轻工作人员工作量,减少工作人员受辐照的危害㊂为了提高检测出放射性活度的可信度,必须充分描述现场物品的形状㊁材料特性以及屏蔽体的特性,因此,需进一步开发针对现场常见场景下的效率校准计算软件,便于快速给出相应检测物㊃394㊃㊀辐射防护第43卷㊀第5期品中的放射性核素种类与活度值㊂参考文献:[1]㊀国家市场监督管理总局.中华人民共和国国家计量技术规范.通道式车辆放射性监测系统校准规范:JJF 12482020[S].2021.[2]㊀张齐昊,赵伟,褚胜男,等.耐辐照核应急机器人研究现状及关键技术分析[J].核科学与工程,2019,39(4):629-645.[3]㊀刘国峰,唐俊,徐玉茹,等.基于无人机的辐射监测装备[J].兵工自动化,2022,41(1):23-24.[4]㊀万永亮,张飞宇,铁列克㊃波拉夏克,等.大型货场无人机多放射源自主定位与测量方法[J].中国口岸科学技术,2022,37(1):20-24.[5]㊀Shan K S,Glodo J,Klugerman M,et Br 3:Ce scintillators for gamma-ray spectroscopy [J].IEEE Transactions onNuclear Science,2003,50(6):2410-2413.[6]㊀马晓宇,孟德.无人机核辐射航测技术在日本广域辐射监测中的应用研究[J].核电子学与探测技术,2014,34(3):409-413.[7]㊀韩善彪,任建保,吕雪艳,等.无人机航空辐射监测系统性能测试及其校准方法[J].核电子学与探测技术,2020,40(3):508-513.[8]㊀问斯莹,王百荣,肖刚,等.基于序贯贝叶斯方法的核素识别算法研究[J].核电子学与探测技术,2016,36(2):179-183.[9]㊀苏秀彬,刘义保,刘洋,等.LaBr 3:Ce (5%)闪烁探测器的MC 研究[J].核电子学与探测技术,2010,30(9):1215-1219.[10]㊀邓中华,王媛,赵永生,等.溴化镧探测器效率刻度与晶体表征[J].核电子学与探测技术,2018,38(2):250-253.[11]㊀成智威,苏川英,马怀成,等.地形对车载就地HPGe γ谱仪测量结果的影响[J].辐射防护,2005,25(1):40-44.[12]㊀黄乃明.低水平放射性测量中的探测限及其计算[J].辐射防护通讯,2004,24(2):25-32.Application of UAV aerial survey using LaBr 3in radioactivedetection of port freight yardWAN Yongliang 1,TIE Lieke㊃bolaxiake 1,LI Zhun 2,CHENG Zhiwei 1,KAI Yisaier㊃abuduwaili 1(1.Customs Technology Center,Urumqi 830063;2.China Nuclear Security Technology Co.,Beijing 102206)Abstract :This paper introduces in detail the composition of UAV radioactive aerial survey system equipped withLaBr 3detector.The radiation energy is calibrated and the energy resolution and background are tested with theUAV system.The Monte Carlo method is applied to calculate the detection efficiency and conversion coefficient of measuring point source and soil bulk source.The minimum detectable activity (MDA)of the system for point source and volume source at 1500s measurement time is calculated.The result shows that the energy resolutionof137Cs 661.7keV is 2.75%.MDA of137Cs point source and bulk source is 2.4kBq and 3.8Bq /kg,respectively,at 1500s measurement time.The field application shows that,this system can be flexibly appliedto radioactive detection in port freight yard.Key words :LaBr 3;radioactive detection;remote control;nuclide identification㊃494㊃。

利用低能特征峰测定U、Th、K含量的方法

利用低能特征峰测定U、Th、K含量的方法针对尺寸为Φ38mm×38mm的LaBr3(Ce)探测器,选取能量在1500keV以下的低能γ谱段进行解谱分析,探索一种低能谱段的γ能谱分析方法。

为小尺寸探测器的Y能谱测量技术提供了新的尝试和思路,有利于LaBr3(Ce)探测器在地面γ能谱测量领域的应用和推广。

鉴于目前γ能谱仪正朝着更为轻便灵活的趋势发展,对小体积闪烁晶体的γ能谱测量技术的研究势在必行。

小尺寸晶体对高能γ射线的探测效率低,为了不影响工作效率,故选择探测效率较高的低能谱段进行分析研究。

对于新型LaBr3(Ce)闪烁晶体,其自身固有的放射性核素会对高能谱段的全能峰产生严重的影响,从而进一步影响到γ能谱的分析精度。

因此选取适合的低能特征峰做γ能谱分析方法的研究是十分有意义的。

首先对天然放射性系及其特征Y射线进行详细的论述,根据特征能量的选择原则,对用于标定铀、钍、钾含量的低能的特征峰做了最优化选择。

其次针对低能γ能谱解析的难点,对谱线光滑、峰区确定、本底扣除及求解核素含量,这几个关键性的问题进行分析研究。

最终根据分析结果,确定了这种新的U、Th、K含量标定的方法的可行性。

主要成果如下：(1)低能特征峰最优化选择：根据γ能谱测量时特征能量的选择原则,对比实测的γ仪器谱,最终确定了低能γ能谱测量的特征能量窗的优化方案——选择214Bi之1.120MeV做为铀系的特征能量,选择228Ac之0.908MeV作为钍系的特征能量,40K则选1.460MeV。

(2)数据平滑方法确定：着重对重心法和最小二乘拟合法进行试验分析。

对比分析这两种平滑方法对实测γ谱线的光滑效果以及对全能峰峰位和峰值的影响,发现最小二乘拟合法要优于重心法,最终确定了最佳γ能谱数据平滑方法为七点最小二乘拟合法。

(3)特征峰净峰面积求解：首先利用全谱本底扣除法对原始谱线做本底扣除,根据峰位两侧的极小值确定初始峰边界,选定拟合数据,然后利用L-M算法(Levenberg-Marquardt算法)对选定的数据进行高斯拟合,最后对拟合后的高斯函数在μ±3σ区间内积分求出目标特征峰的净峰面积。

溴化镧探测器时间分辨率的测量

溴化镧探测器时间分辨率的测量闫文奇;谷钲伟;张高龙;刘文斌;张超;李海鹏;胡海龙;薛万冬【摘要】用60 Co γ源和搭建的电子学测量系统，测量了自制塑料闪烁探测器、3英寸的溴化镧探测器和电子学系统的时间分辨率，得到了圣戈班公司生产的3英寸溴化镧探测器的时间分辨率为（283．2±0．9） ps ．%Using a gamma radioactive source and a self-made electronic apparatus the time resolu-tion of a 3-inch LaBr3 detector made by Saint Gobain Company (France) was measured .During the experiment ,a plastic scintillation detector was used as a trigger ,the time resolution of the plastic scintillation detectors and the electronics were measured respectively .According to the measured re-sults ,the time resolution of the LaBr3 detector was (283 .2 ± 0 .9) ps .【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】3页(P46-48)【关键词】溴化镧探测器;塑料闪烁探测器;时间分辨率【作者】闫文奇;谷钲伟;张高龙;刘文斌;张超;李海鹏;胡海龙;薛万冬【作者单位】北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191【正文语种】中文【中图分类】TL812.11 引言在现代核物理实验中，精确实验数据的测量是很重要的. 精确的实验数据能够有效作证尚未公认的理论或催生观察新的核物理现象. 而往往高精度的实验数据来源于良好的实验仪器，尤其是探测器在其中发挥重要的作用，用什么样的探测器从根本上决定了认知探究核现象的深度.近年来出现了一种新型闪烁探测器——溴化镧探测器(LaBr3)，它是由LaBr3晶体掺杂少量的Ce元素组成的[1]. 与其他探测器相比其最大优势就是拥有很好的能量分辨率和较短的闪烁衰减时间，此外该探测器性能很稳定，受温度变化影响很小，而且晶体密度较大，对γ射线的探测效率相对较高，是一种很受欢迎的新型探测器. 目前国内对于3英寸以上的LaBr3(Ce)闪烁探测器的时间分辨率实验数据较少，没有现成可利用的高精度实验数据. 我们利用实验室已有的实验仪器，以精准测量为目的，提供LaBr3(Ce)闪烁探测器的时间分辨率数据，以弥补相关的实验数据.2 实验装置该实验是在北京航空航天大学核物理实验室中进行的，针对法国圣戈班生产的3英寸的溴化镧闪烁探测器进行时间分辨率的测量. 实验所用的放射源有60Co γ源(放出的γ光子能量为1.17 MeV和1.33 MeV)和90Sr β源，塑料闪烁体是EJ-200，形状是100 mm×30 mm×3 mm，其后端粘上光电倍增管对其信号进行倍增，在该实验中为了测量塑料闪烁探测器和电子学时间分辨率，制作了2个相同的塑料闪烁探测器. 实验用到的电子学设备有高压插件、恒比定时ORTEC584插件、Delay插件、CO4020符合插件、GG8020门展宽器、时幅转换567[2-3]、多道分析器927以及相应的电缆. 在实验中溴化镧探测器所加高压为640 V，光电倍增管高压为-1 350 V.3 测量原理时间分辨率表示时幅变换器能分辨开的最小时间间隔，通常用时间分辨曲线的半高全宽FWHM表示[4-5]. 时幅变换器的时间分辨率由变换器电路本身决定，对整个核时间分析系统来说，由于时幅变换器567本身的时间分辨率可以达到几ps，一般不予考虑，因此对时间分辨率起主要影响的是核辐射探测器、定时和电子学电路[6-7]. 在本实验中时间分辨率由探测器和恒比定时器584决定. 把时间分辨率总结为3部分，分别是塑料闪烁探测器时间分辨率tp、电子学时间分辨率ts和溴化镧探测器时间分辨率tLaBr3，其中得到溴化镧时间分辨率是实验的最终目的.时间分辨率测量的总电路图如图1所示. 2路信号经过584定时后得到相关的时间信息，进而经过必要的处理之后输入到时幅变换器567插件，而567插件的Start以及Stop都是受信号前沿触发，因此时间分辨率的大小取决于信号上升沿的稳定程度[8]. 在图1的原理图中溴化镧的时间信号作为Start触发信号，而塑料闪烁探测器和溴化镧探测器的符合信号作为Stop触发信号[2]. 在符合过程中将塑料闪烁探测器的信号相对溴化镧探测器延迟一段时间，因此得到的符合信号的前沿将由塑料闪烁探测器的信号决定[9]，因此通过图1得到的时间分辨率为(1)图1 溴化镧和塑料闪烁探测器系统的时间分辨率测试原理图按照式(1)，为了得到tLaBr3，需要得到t1，tp和ts. 由图1可得到t1，将图1的溴化镧探测器换成另一个塑料闪烁探测器，这样测量得到的时间分辨率将是2个塑料闪烁探测器和电子学的时间分辨率，为(2)对2个塑料闪烁探测器的信号进行符合，其中一个塑料闪烁探测器的信号作为触发信号，得到的符合信号前沿将由其前沿决定，这时符合信号作为Start信号，而再对该探测器的信号进行延迟作为Stop信号，这样得到的时间分辨率将是测试系统的电子学时间分辨率，为t3=ts .(3)4 数据测量和分析4.1 电子学时间分辨率测量根据图1的原理和式(3)，用多道分析器927对应的软件对时间谱进行分析，将数据导出，如图2所示. 对数据进行高斯拟合后，得到的半高全宽FWHM=(30.06±0.08)道. 实验中时幅变换器567的时间范围是50 ns，多道分析器927的总道数是16 384道，因此电子学时间分辨率：(4)图2 电子学时间分辨率测量结果4.2 2个塑料闪烁探测器系统的时间分辨率测量根据图1原理和式(2)，步骤同4.1，对时间谱进行分析，得到半高全宽FWHM=(152.7±0.3)道. 实验中时幅变换器567的时间量程和多道927的总道数同4.1，因此：(5)4.3 溴化镧和塑料闪烁探测器系统的时间分辨率测量根据图1原理和式(1)，步骤同4.1，对时间谱进行分析，得到半高全宽FWHM=(144±1)道；实验中时幅变换器567的时间量程和多道927的总道数同，因此：(6)由上述式(4)～(6)，得到该实验中溴化镧探测器时间分辨率为考虑了各测量值的误差后，因此本次实验中测量的溴化镧探测器时间分辨率为(283.2±0.9) ps.5 结束语在实验中用60Co γ源和搭建的电子学测量系统，对自制的塑料闪烁探测器、实验室3英寸的溴化镧探测器和电子学系统的时间分辨率进行了测量，得到了圣戈班公司生产的3英寸溴化镧探测器的时间分辨率是(283.2±0.9) ps. 这为实验室提供了数据参考，同时也对大尺寸溴化镧的性能有了清楚的了解.【相关文献】[1] 高鑫,何元金. LaBr3:Ce3+闪烁晶体研究进展[J]. 核电子学与探测技术，2010(1)：5-11.[2] 牟海维. 一种新型的时间-幅度变换器[J]. 核电子学与探测技术，2004(6)：612-615.[3] 王光宇,高维祥. SFB-1型上升时间-幅度变换器[J]. 原子能科学技术，1975(4)：319-325.[4] 楼滨乔. 用单光电子法测试快光电倍增管的时间分辨特性[J]. 核电子学与探测技术，1987,7(5)：263-266.[5] 吴冲，汪兆民，许咨宗. 单光电子时间分辨谱仪[A]. 第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(一)[C]. 1996.[6] 罗志勇,彭程航,邢蕴芳，等. 单光子荧光时间谱仪时间分辨率的设计和测定[J]. 现代科学仪器，2001,(4)：41-43.[7] 王征华,高德喜,伍永顺，等. 同轴锗(锂)探测器时间分辨特性的测量[J]. 核电子学与探测技术，1981(2)：1-7.[8] 苏秀彬,刘义保,刘洋,等. LaBr3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究[J]. 核电子学与探测技术，2010,30(9)：1215-1219.[9] 吕绮雯,郑阳恒,田彩星，等. 利用ICCD定位宇宙线来测量探测器时间分辨的方法研究[J]. 物理学报,2012,61(7):072904.。

新型溴化镧闪烁晶体探测器研制

为２．８％（ ” Ｃｓ），在５００ｋｅＶ～１４００ｋｅＶ范围内能量响应的非线性为０．９６％，脉冲幅度随探头方向的变
化量为０．２％，在一３０至＋４０ｑＣ范围内脉冲幅度输出的温度系数为一０．６５％ＰＣ。探测器除了来自于 ” 。Ｌａ的０．０７７ｃｍ～．ｓ本底辐射外，还有来源于Ａｃ及其子体的０．９９ｃｃ一．ｓ本底辐射。关键词：溴（氯）化镧（铈）闪烁晶体；闪烁探测器；能量分辨率；能量非线性；增益漂移；温度系数
第３６卷
２０１６年
第１２期
１２月
核电子学与探测技术
ＮｕｃｌｅａｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３６ＮＯ．１２
Ｄｅｃ．２０１６
中图分类号：ＴＬ８１６＋．２文献标志码：Ａ文章编号：０２５８－０９３４（２０１６）１２．１２１０￣５
铈离子（ｃｅ ¨）掺杂的溴化镧闪烁晶体
（ＬａＢｒ：Ｃｅ，简记为ＬＢ）自２００１年首次研发以来，性能不断提升，得到广泛关注¨ Ｊ。在此基础上，２００６年北京玻璃研究院研制了一种氯化
收稿日期：２０１６—１２—１５作者简介：邹本飞（１９８２一），男，黑龙江省牡丹江市人，工程师，主要从事核探测器及探测技术研究。

一种新型溴化铈闪烁体探测器性能研究

一种新型溴化铈闪烁体探测器性能研究周倩倩;侯越云;梁珺成;张春生;王仁波【摘要】The scintillator detector plays an important role in the detection of ray energy and arrival time.Aiming at the new domestic cerium bromide(CeBr3)scintillator crys-tal,the experimental system for testing its key performance was established.A fast-coincident timing resolution measurement device was established,and it's found that the timing resolution of the new scintillator detector is 142 ps.And the results show that the decay time of the cerium bromide crystal is 16.8 ns and the rise time is 0.18 ns.The relative light output measurement device was established and tested to obtain the relative light output to NaI(Tl),and the relative light output of the cerium bromide crystal scintillator detector is 161% for 661.66 keV energy ray.At the same time,the energy response of the detector was measured,and the energy resolution is 4.7% for 661.66 keV energy ray.The performance of the novel scintillator crystals made in China was compared with that of aboard cerium bromide crystal and other kinds of scintillator crystals,such as barium fluoride,lanthanum bromide and sodium iodide,and its appli-cation prospect was discussed.%闪烁探测器在射线能量与时间的探测中发挥着重要作用.针对国产新型溴化铈(CeBr3)闪烁晶体,本文建立实验系统和方法对其关键性能指标进行了测试,具体包括:建立了快符合时间分辨系统测量装置,测试得到新型闪烁探测器对于60Co源的时间分辨率为142ps;建立了单光子计数法测量装置,测试得到溴化铈晶体的衰减时间为16.8ns,上升时间为0.18ns;建立了相对光输出测量装置,测试得到其相对于同规格NaI(Tl)闪烁体探测器对于661.66keV射线的光输出为161%;同时针对其能量响应性能进行了测试,测得对于661.66keV射线其能量分辨率为4.7%.将国产新型溴化铈闪烁晶体的性能测试结果与国际上同类晶体以及氟化钡、溴化镧、碘化钠等常用无机闪烁体的性能进行了比较,对其应用前景进行了探讨.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)002【总页数】7页(P371-377)【关键词】无机闪烁体;溴化铈闪烁体;时间分辨率;衰减时间;相对光输出【作者】周倩倩;侯越云;梁珺成;张春生;王仁波【作者单位】东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌 330013;中国计量科学研究院电离辐射计量科学研究所,北京 100029;北京玻璃研究院,北京 101111;中国计量科学研究院电离辐射计量科学研究所,北京 100029;北京玻璃研究院,北京101111;东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TL812.1闪烁探测器在射线的能量探测和时间信号探测中广泛采用，其技术指标包括探测效率、能量线性、发光时间与衰减时间、所能达到的加工尺寸等，这些指标在不同应用目的中受到不同程度的关注。

溴化镧探测器温度特性研究

有损坏。从中间测试的数据来看，能量分辨率和峰
图４能谱漂移
总比略有变化，能量分辨率随着温度的升高而变差，与常温下（２６ｃＩ＝）的能量分辨率相差在 ±
５％以内；峰总比随着温度的升高而减小，与常温下的峰总比相差在 ± ６％以内，如图２和图３
样同属无机闪烁晶体，但比ＮａＩ（Ｔ１）晶体具有
分辨率定义为半高宽ＦＷＨＭ和峰位的百分比，
它是衡量探测器的能量分辨能力Ｊ。峰总比Ｒ
（Ｅ）是入射能量为Ｅ的单色光子束全能峰下的
更高的能量分辨率和光产额…。在能谱测量领域，溴化镧探测器正逐步取代ＮａＩ（１１）探测器。我们通过开展溴化镧探测器温度实验，研究了温度变化对溴化镧探测器性能的影响。
器对 ’ Ｃｓ的能量分辨率和峰总比（）。能量
收稿日期：１０１２— ０８— ３９
作者简介：张燕（１９６３一），女，北京人，硕士，从事核辐射探测研究。
１８８
保温２ｈ，停止保温前用ｃｓ源进行测试，记录能谱图，计算能量分辨率和峰总比（测试点１）。再以每分钟不超过１ｃ【＝的降温速率使实验箱内
０．５｝
Ｏ－４８
内得到７个测试点的数据。实验后测试：试验４ｈ后，待溴化镧探头恢
．

溴化镧探测器效率刻度与晶体表征

Ｅ：一６× １０—６（ｃｈ）＋０．８４６×ｃｈ一２．１７３８
件．ＭＣ模拟计算模型（见图３）包含了溴化镧晶体、聚乙烯反射层、外壳铝以及光导。晶体尺寸为（ｂ１．５英寸×１．５英寸，晶体前部和外侧面铝壳厚度为０．０５ｃｍ，聚乙烯反射层厚度为
然后根据ＧＢ／Ｔ１６１４０－１９９５（水中放射性核素的能谱分析方法》的能量刻度曲线拟合方法对能量刻度曲线进行最小二乘抛物线拟合。其中最小二乘法多项式拟合结果为：
２４．４７２７．２Ｏ
１．７３１．８８
９８２１１１６
５２Ｅｕ
１２１．７０２４４．７０３４４．２８
７７８．９０
８．５５１１．１２１３
１６
．
１９．７８
３．８７４．５４３．８２
２．４３
１０１２０４２８８
６５３
２ＭＣ模拟计算
２．１晶体调整与模型建立兼顾溴化镧探测器厂方图纸和实际试验条
收稿日期：２０１８—０１一ｌ７基金项目：成都理工大学工程技术学院青年基金（编号：Ｃ１２２０１６０１１）。作者简介：邓中华（１９８８一），男，四川达州人，助教，工学硕士，现从事辐射防护及环境保护研究。
ห้องสมุดไป่ตู้２５０
１点源实验
第３８卷第２期２０１８年３月
核电子学与探测技术
ＮｕｃｌｅａｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

溴化镧／氯化镧电流型闪烁探测器性能研究

第４８卷第１期
２０１４年１月
原
子能科学技 Nhomakorabea术
Ｖｏ１．４８，ＮＯ．１
ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｊａｎ．２Ｏ１４
溴化镧／氯化镧电流型闪烁探测器性能研究
．
ｓｅｎｓ ‘ ｉｔｉ。ｖｉ — ｔｉｅｓｔｏｉｎｃｉｄｅｎｔ７－ｒａｙｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｒａｔｉｏＯｆＴ－ｒａｙｔｏｎｅｕｔｒｏｎｗａｓｉｎｓｐｅｃｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＬａＢｒ３：ＣｅａｎｄＬａＣ１３：Ｃｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬａＢｒａ：ＣｅａｎｄＬａＣ１３：ＣｅｗｈｉｃｈｅｘｈｉｂｉｔｓｕｐｅｒｉｏｒａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＴ－ｒａｙｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＴｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｂｏｔｈｏｆｔｈｅＬａＢｒ。：Ｃｅ
ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓｔｏ７－ｒａｙｓａｎｄｇｏｏｄＴ／ｎｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎａｒｅ

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溴化镧探测器效率的标定
利用三种γ射线标准源（137Cs、60Co、152Eu），标定了一个溴化镧闪烁体探测器能量区间内的本征探测效率。

然后在中国原子能科学研究院的高压倍加器上，利用16O*反应法得到6.13 MeV高能γ射线，对该探测器的6.13MeVγ射线的本征探测效率进行了标定。

最后用最小二乘法对效率曲线进行拟合，给出了较宽能量范围内溴化镧探测器的本征效率。

标签：LaBr3：Ce3+探测器；本征探测效率；最小二乘法
1 引言
1.1 溴化镧探测器概述
溴化镧（LaBr3：Ce3+）探测器是近几年发展起来的新型卤化物闪烁体探测器，它是由LaBr3掺杂少量激活剂Ce3+（铈）元素组成的。

与常用的NaI（Tl）等闪烁体探测器相比，LaBr3：Ce3+探测器主要优势在于它拥有很好的能量分辨率和极短的闪烁衰减时间[1]。

1.2 探测效率
探测效率可以分为两大类：源探测效率和本征探测效率[3]。

其定义是：
其中，？赘是探测器的灵敏体积对源所张的立体角。

由于源距足够远和方便得到立体角，在计算时将直径为2 mm标准源近似为点源。

用MCNP4C软件计算了0.611MeV时γ标准源由面源近似为点源的误差。

经计算，误差在2.5%内。

2 实验过程
2.1 γ标准源实验
分别对137Cs、60Co、152Eu进行测定，得到如下能谱。

如图2-图4其中用137Cs的662keV的能量点计算了能量分辨率。

FWHW=19.126 η=ΔE/E=2.89%。

2.2 6.13 MeV能点的实验刻度
3 实验数据处理
参考文献
[1]谢建军等.卤化镧系LnX3（Ce）闪烁晶体的研究进展[J].无机材料学报，
2005，20（3）
[2]高鑫，何元金.LaBr3 ：Ce3+闪烁晶体研究进展.核电子学与探测技术，2010，30（1）
[3]复旦、清华、北大合编.原子核物理实验方法[M].北京：原子能出版社，1994
[4]李湘栋，龚学余.塑料NaI（Tl ）复合探测器探测效率虚拟刻度方法研究，2011，25（1）
[5]苏秀彬，刘义保等. LaBr3：Ce（5%）闪烁探测器的MC研究.核电子学与探测技术，2010，9
[6]许淑艳.蒙特卡罗方法在实验核物理中的应用[M].北京：原子能出版社，2006.
[7]刘世龙，杨毅，冯晶.γ射线测量中级联修正完全解决方法.原子能科学技术2007，41（2）
[8]B.D. Milbrath，B. J. Choate，J. E. parison of LaBr3：Ce and NaI （Tl）Scintillators for Radio-Isotope Identification Devices April 18，2006 通讯作者：鲍杰，屈国普。