CN101806910A - 一种放射性气体核素活度绝对测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性气体核素活度绝对测量方法及装置，其包括以下步骤：1]建立气体核素符合测量装置：2]样品制备：3]装置调试：4]装置性能参数测定，5]测量气体放射性体源，并计算比活度，本发明解决了现有长度补偿法对某些高能β射线气体核素活度绝对测量比活度可能偏低的技术问题，本发明提供了一种气体核素活度绝对测量的新方法。

Description

一种放射性气体核素活度绝对测量方法及装置

技术领域

本发明对符合法测量活度的原理进行了全新阐述，并将符合法应用于放射性气体核素活度测量中，属于放射性核素活度测量范畴，具体涉及到一种气体放射性活度测量方法及测量装置。

背景技术

对于气体核素活度绝对测量，国内外采用长度补偿法测量。长度补偿法的基本原理是采用两根长度不同但其它条件均相同的内充气正比计数管记录管内放射性核素发射的粒子，以两根管子体积差之中的气体比活度作为待测气体核素的放射性比活度。其具体做法是对单根计数管作壁效应、下阈、死时间、本底等因素校正后，将长管和短管测量的计数率相减，相当于端效应校正后得到电场均匀分布空间体积(均匀效率体积)的计数率，此计数率与其体积之比就是气体核素的比活度。该方法在理论上存在缺陷，表现在假定均匀效率体积内探测效率为100％，实验中这个条件随着β射线的能量增高很可能无法得到保证，从而得到的比活度偏低。此外，修正项太多，而且壁效应和下阈修正项的解决方法也有待商榷。

符合法绝对测量放射性活度已经有六十多年，但没有应用于气体核素活度绝对测量，主要是国内外公知的符合方法原理是从级联事件本身叙述，在理论上没有完全正确认识符合方法原理，导致符合法应用范围受到限制，没有将符合法用于气体核素活度绝对测量中。符合法测量气体核素活度与长度补偿法比较有许多优点，尽管国外文献报道过一些采用符合技术来分析气体核素组分和利用核素分支比相对测量活度，但没有采用符合法绝对测量气体核素活度。

发明内容

本发明的目的是提供一种放射性气体核素活度绝对测量方法及装置，其解决了现有长度补偿法对某些高能β射线气体核素活度绝对测量比活度可能偏低的技术问题，同时也是气体核素活度绝对测量的新方法。

本发明的技术解决方案为：

一种放射性气体核素活度绝对测量方法，其特殊之处在于：其包括以下步骤：

1]建立气体核素符合测量装置：将内充气β射线探测器置于γ射线探测器内(中心部位)，并与符合仪分别连接；

2]样品制备：将气体核素样品和工作气体在混气装置中混合均匀后，充入内充气β射线探测器内，使混合气体压力保持在1.5～2.0个大气压；

3]装置调试：采用示波器观察各道信号是否正常和下阈设置是否合理，下阈设置确保不让噪声进入测量道；

4]装置性能参数测定：对装置进行坪曲线测量、本底测量和符合分辨时间测量；

5]测量气体放射性体源，并计算比活度：

5.1]β道和γ道计数率的本底扣除：

采用下列公式扣除测量的β道和γ道计数率的本底：

N_β＝N′_β-N_βb

N_γ＝N′_γ-N_γb

式中：N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

N_βb、N_γb分别表示装置性能参数测定时测量的β道和γ道的本底计数率；

5.2]符合道计数率的本底及偶然符合的扣除：

采用下列校正公式对符合道计数率进行本底和偶然符合的扣除：

N_c＝N′_c-N_cb-2·τ·N′_β·N′_γ

式中：N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

N`_c表示气体核素测量时测量的符合道计数率；

N_cb表示装置性能参数测定时测量符合道的本底计数率；

τ表示装置性能参数测定时测量的符合分辨时间；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

5.3]活度计算：

采用下列公式计算一次符合测量时气体计数管内气体核素的活度：

$A=\frac{N_{\mathrm{\&beta;}}\&CenterDot;N_{\mathrm{\&gamma;}}}{N_c}$

式中：A表示计数管内气体核素的活度；

N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

5.4]比活度计算：

采用下列公式计算气体计数管内气体核素的比活度可以：

$A_v=\frac{A}{V}$

式中：A_v表示计数管内气体核素的比活度；

A表示计数管内气体核素的活度；

V表示计数管的体积。

上述内充气β射线探测器为气体计数管，所述γ射线探测器为NaI(Tl)探测器。

一种放射性气体核素活度绝对测量装置，包括γ射线探测器、放置在γ射线探测器内的内充气β射线探测器、设置在γ射线探测器外的铅屏蔽体、用于对内充气β射线探测器和γ射线探测器进行计数的符合法测量单元；所述内充气β射线探测器内充入气体核素样品和工作气体的混合气体。

上述测量装置还包括用于移动气体计数管的移动装置。

上述内充气β射线探测器为气体计数管，所述γ射线探测器为NaI(Tl)探测器。

上述NaI(Tl)探测器为环型NaI(Tl)探测器；所述气体计数管为内充气正比计数管。

本发明的技术效果为：

1、本发明对符合方法原理在认识上突破后，将符合法应用于气体核素活度绝对测量，将内充气正比计数管置于环型NaI(Tl)探测器内，保证了γ探测器观察点抽样的均匀性，并设计建立了相应的装置开展了气体活度绝对测量。

2、符合方法测量气体核素时，采用双探测器的符合测量具有突出优点，与长度补偿法相比，双探测器符合测量时有下面优点：(1)不需要做死时间修正(包括探测器的死时间)；(2)不需要做计数管甄别下阈的修正；(3)不需要做计数管壁效应的修正；(4)不需要做计数管端效应的修正。上面四个方面的修正对于单探测器的长度补偿法测量来说，修正量都是绝对影响测量结果，是必须要修正的，而且应该尽量作到准确修正，但对于双探测器的符合测量来说，这些校正都不用做，虽然内充气正比计数管没有记录到由于上面四个因素影响的衰变事件，但是另一个NaI(Tl)探测器记录到这些衰变事件的部分γ射线，根据符合方法原理在数学上的概率统计理论可知，这些因素仅仅造成两个观察点抽到样品数目的减少，这些修正本身就体现在符合测量过程中，所以没有必要另外做专门修正。

附图说明

图1是本发明符合法测量气体核素活度装置示意图；

附图标记如下：1-内充气正比计数管，2-环型NaI(Tl)探测器，3-铅屏蔽体，4-升降支架，5-高压电源，6-前置放大器，7-放大器，8-单道分析器，9-相加器，10-延迟仪，11-符合仪，12-定标器，13-DCC工控机。

具体实施方式

本发明方法的数学理论基础：

符合测量方法的基本原理是基于事件之间的概率关系，当对一个样本空间N₀进行两次随机独立抽样，在分别记录抽样结果N_β和N_γ的同时，记录两次抽样的相同结果N_c，那么两次独立抽样的概率分别为：

$P\left(\mathrm{\&beta;}\right)=\frac{N_{\mathrm{\&beta;}}}{N_0}$ 和 $P\left(\mathrm{\&gamma;}\right)=\frac{N_{\mathrm{\&gamma;}}}{N_0}$

两次独立抽样后相同事件发生的概率为：

$P(\mathrm{\&beta;}\&cap;\mathrm{\&gamma;})=\frac{N_c}{N_0}$

根据事件之间的概率关系，如果两次抽样完全独立，且每次抽样的随机均匀性很好，那么有：

P(β∩γ)＝P(β)·P(γ)

所以：

$N_0=\frac{N_{\mathrm{\&beta;}}\&CenterDot;N_{\mathrm{\&gamma;}}}{N_c}$

从上面可以看出，符合方法认识事物理论上应该遵循的三个基本条件：

1、两次抽样(即两个观察点)必须独立，否则认识会出现很大偏差。

2、两次抽样要尽量保证随机均匀性，至少其中一次抽样要保证。

3、为了提高认识的可靠性，在保证随机均匀性的同时，两次抽样(即两个观察点)的数目在10⁴以上。

对于气体核素活度测量来说，本发明方法将气体核素在一段时间内的总衰变看作一个样本空间，计数管作为一个观察点来抽样，环形NaI(Tl)探测器2作为另一个观察点来抽样，采用符合仪11来记录两个观察点的相同事件，根据符合方法原理，就可以得到气体核素在这段时间内的总衰变数，也就得到了活度。

本发明测量装置包括用于探测β射线的计数管和用于测量γ射线的环型NaI(Tl)探测器2，计数管形状为圆柱体型，管壁为黄铜材料制作，外径为φ45，圆柱外观总长114mm(不含进气阀附件尺寸)，体积为155.9ml；环型NaI(Tl)探测器2内径为φ100mm，外径为φ300mm，长为400mm。内充气正比计数管1置于环型NaI(Tl)探测器2内，整个探测器置于铅屏蔽体3内。

原则上气体计数管相对环型NaI(Tl)探测器2形成的立体角越大越好，如果能将气体计数管置于球型γ探测器内，保证气体计数管相对球型γ探测器形成的立体角为4π，则是理想的装置探测条件。

本发明所采用的处理电路为：包括依次连接的高压电源5、前置放大器6、放大器7、相加器9、单道分析器8、符合仪11、延迟仪10、单道分析器8、放大器7、前置放大器6、高压电源5，与符合仪11并联有定标器12和DCC工控机13。

本发明方法具体步骤如下：

装置建立：

在完全理解符合方法原理后，按照图1建立气体核素符合测量装置。将气体计数管置于环型NaI(Tl)的中心部位，目的是保证NaI(Tl)探测器观察点对计数管内核衰变事件的抽样均匀，这样更接近符合法测量的理想条件。

样品制备：

将气体核素样品和工作气体在混气装置中混合均匀后，充入气体计数管内，通常使压力保持在1.5～2.0个大气压比较适合测量。这部分内容属于气体样品制备，在气体混合和分气装置中进行，技术难度不大，属于常规技术。

装置调试：

采用示波器观察各道信号是否正常和下阈设置是否合理，下阈设置确保不要让噪声进入测量道。

装置参数测定：

包括坪曲线测量、本底测量和符合分辨时间测量(不用测量死时间)，这部分内容在原来符合测量实验中也测定，属于公知内容。

测量气体放射性体源，并计算比活度：

1]β道和γ道计数率的本底扣除：

采用下列公式扣除测量的β道和γ道计数率的本底：

N_β＝N′_β-N_βb

N_γ＝N′_γ-B_γb

式中：N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

N_βb、N_γb分别表示装置性能参数测定时测量的β道和γ道的本底计数率；

2]符合道计数率的本底及偶然符合的扣除：

采用下列校正公式对符合道计数率进行本底和偶然符合的扣除：

N_c＝N′_c-N_cb-2·τ·N′_β·N′_γ

式中：N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

N`_c表示气体核素测量时测量的符合道计数率；

N_cb表示装置性能参数测定时测量符合道的本底计数率；

τ表示装置性能参数测定时测量的符合分辨时间；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

3]活度计算：

采用下列公式计算一次符合测量时气体计数管内气体核素的活度：

$A=\frac{N_{\mathrm{\&beta;}}\&CenterDot;N_{\mathrm{\&gamma;}}}{N_c}$

式中：A表示计数管内气体核素的活度；

N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

4]比活度计算：

采用下列公式计算气体计数管内气体核素的比活度可以：

$A_v=\frac{A}{V}$

式中：A_v表示计数管内气体核素的比活度；

A表示计数管内气体核素的活度；

V表示计数管的体积。

本发明测量结果的验证：

自2007年4月开始，申请人开展符合法绝对测量气体核素活度的实验研究，实验中测量了两种气体核素，分别是¹³³Xe和⁸⁷Kr，实验结果表明：对于¹³³Xe的测量，符合法和长度补偿法测量结果是一致的，具体测量结果符合法为119.3(1±0.8％)Bq·ml^-1，长度补偿法为119.0(1±0.8％)Bq·ml^-1。对于⁸⁷Kr的测量，符合法与长度补偿法测量的比活度结果有较大偏差，相差约10％，符合法测量的比活度结合HPGe探测器测量⁸⁷Kr的402kevγ射线的强度，得到⁸⁷Kr的402kev γ射线的发射几率与文献值一致，表明符合法测量⁸⁷Kr的活度是正确的，此外，通过分析可知，长度补偿法在测量⁸⁷Kr时，由于⁸⁷Kr发射的β射线能量高达3.4MeV，导致计数管中心均匀电场内的探测效率无法达到100％，使得长度补偿法测量的比活度偏低(测量结果有问题)，而对于符合法来说，即使计数管中心均匀电场内的探测效率小于100％，由于有另一个观察点的探测器NaI(Tl)的测量，根据符合测量原理，测量结果是可靠的，理论分析和实验结果完全一致。

Claims (6)

1.一种放射性气体核素活度绝对测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1]建立气体核素符合测量装置：将内充气β射线探测器置于γ射线探测器内(中心部位)，并与符合仪11分别连接；

2]样品制备：将气体核素样品和工作气体在混气装置中混合均匀后，充入内充气β射线探测器内，使混合气体压力保持在1.5～2.0个大气压；

3]装置调试：采用示波器观察各道信号是否正常和下阈设置是否合理，下阈设置确保不让噪声进入测量道；

4]装置性能参数测定：对装置进行坪曲线测量、本底测量和符合分辨时间测量；

5]测量气体放射性体源，并计算比活度：

5.1]β道和γ道计数率的本底扣除：

采用下列公式扣除测量的β道和γ道计数率的本底：

N_β＝N′_β-N_βb

N_γ＝N′_γ-N_γb

式中：N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

N_βb、N_γb分别表示装置性能参数测定时测量的β道和γ道的本底计数率；

5.2]符合道计数率的本底及偶然符合的扣除：

采用下列校正公式对符合道计数率进行本底和偶然符合的扣除：

N_c＝N′_c-N_cb-2·τ·N′_β·N′_γ

式中：N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

N`_c表示气体核素测量时测量的符合道计数率；

N_cb表示装置性能参数测定时测量符合道的本底计数率；

τ表示装置性能参数测定时测量的符合分辨时间；

N`<sub>β</sub>、N`_γ分别表示气体核素测量时测量的β道和γ道计数率；

5.3]活度计算：

采用下列公式计算一次符合测量时气体计数管内气体核素的活度：

$A=\frac{N_{\mathrm{\&beta;}}\&CenterDot;N_{\mathrm{\&gamma;}}}{N_c}$

式中：A表示计数管内气体核素的活度；

N_β、N_γ分别表示扣除本底计数率后β道和γ道的计数率；

N_c表示扣除本底和偶然符合后的符合道计数率；

5.4]比活度计算：

采用下列公式计算气体计数管内气体核素的比活度可以：

$A_v=\frac{A}{V}$

式中：A_v表示计数管内气体核素的比活度；

A表示计数管内气体核素的活度；

V表示计数管的体积。

2.根据权利要求1所述的放射性气体核素活度绝对测量，其特征在于：所述内充气β射线探测器为气体计数管，所述γ射线探测器为NaI(T1)探测器。

3.一种放射性气体核素活度绝对测量装置，其特征在于：包括γ射线探测器、放置在γ射线探测器内的内充气β射线探测器、设置在γ射线探测器外的铅屏蔽体、用于对内充气β射线探测器和γ射线探测器进行计数的符合法测量单元；所述内充气β射线探测器内充入气体核素样品和工作气体的混合气体。

4.根据权利要求3所述的放射性气体核素活度绝对测量，其特征在于：所述测量装置还包括用于移动气体计数管的移动装置。

5.根据权利要求3或4所述的放射性气体核素活度绝对测量装置，其特征在于：所述内充气β射线探测器为气体计数管，所述γ射线探测器为NaI(T1)探测器。

6.根据权利要求5所述的放射性气体核素活度绝对测量装置，其特征在于：所述NaI(T1)探测器为环型NaI(T1)探测器；所述气体计数管为内充气正比计数管。

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