CN104570035A - 一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，对于β-γ符合测量放射性气体活度，β射线不可避免地会存在自吸收问题，如不进行校正将会影响β-γ符合测量的准确度。本发明通过实验研究β射线在不同含量目标气体中的自吸收曲线，得到了任意气体组分的β射线自吸收因子，本发明解决了β-γ符合测量放射性气体活度β射线自吸收校正难题。

Description

一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法

技术领域

本发明涉及一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，具体涉及β-γ符合法测量放射性气体核素活度中β射线的自吸收校正。

背景技术

β-γ符合测量方法是一种探测灵敏度较高的气体放射性核素的测量方法，是大气环境辐射监测的重要手段。在样品测量过程中，β射线不可避免地会存在自吸收问题，即当测量样品中载气种类和含量不同时，β射线探测效率会有较大不同。目前通常对设备刻度好后采用固定的β射线探测效率计算气体样品活度，这会造成活度计算结果不准确。

发明内容

本发明目的是提供一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其解决了β-γ符合测量放射性气体活度时，β射线自吸收校正难题，提高了活度测量的准确度。

本发明的技术解决方案是：

一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)计算载气与样品气成分相同时，单一组分的样品气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：

1.1)在β-γ符合系统中，样品气定量充入β探测器中，获取符合谱和原始谱，按照公式(1)计算此时β射线效率；

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}=\frac{n_{\mathrm{\γc}}}{n_{\mathrm{\γ}}\·P_{\mathrm{\β}}}---\left(1\right)$

式中，n_γ为原始谱γ射线峰计数率；

n_γc为符合谱γ射线峰计数率；

P_β为β射线发射几率，

1.2)再定量充入相同成分的载气，获取符合谱和原始谱，计算此时的β射线效率；

1.3)重复上述步骤1.2)，获取不同载气量下的β射线效率；

1.4)通过公式(2)拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε_β'＝e^a·V+b  (2)

式中，V为充入β探测器中的气体量；a和b为线性拟合系数；

当公式(2)中V为零时，即没有吸收时β射线探测效率为ε_β0；

1.5)计算不同含量的单一组分的样品气自吸收系数校正因子为：

$K_1=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}0}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}^{\′}}=e^{h\·V+i}---\left(3\right)$

式中，h和i为线性拟合系数；

2)计算载气与样品气成分不同时，不同含量的单一载气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：

2.1)在β-γ符合系统中，将样品气充入β探测器中，获取符合谱和原始谱，按照公式(1)计算此时β射线效率ε_βs；

2.2)再定量充入载气，其中的载气的成分与样品气不同，获取符合谱和原始谱，利用公式(1)计算此时的β射线效率；

2.3)重复上述步骤2.2)，获取不同载气量下的β射线效率；

2.4))通过公式(4)拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε_β"＝e^{a′·V′+b′}  (4)

式中，Vˊ为充入β探测器中的载气的量；aˊ和bˊ为线性拟合系数；

当公式(4)中Vˊ为零时，即没有该载气吸收时β射线探测效率ε_βs；

2.5)通过下式(5)拟合得到该载气不同含量对应的校正因子；

$K_2=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\βs}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}^{\′\′}}=e^{j\·V^{\′}+k}---\left(5\right)$

式中，j和k为线性拟合系数；

3)当实际样品测量中含有多种载气时，按照步骤2)的方法计算得到不同的单一载气对β射线的吸收校正因子，根据各载气含量计算各自校正因子K_n，n为大于1的自然数，将样品气的校正因子与各载气的校正因子相乘得到测量该样品时的校正因子，

K＝K₁ ·K₂ … K_n。

上述β-γ符合系统中的β探测器为塑料闪烁体探测器。

上述载气为氙气、氪气、氦气、氩气、氢气、甲烷、氮气和空气中的一种或多种。

上述载气采用注射器定量注入。

本发明具有的有益效果：

1、本发明所述一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，解决了β-γ符合法测量气体样品时，由于气体样品和载气本身对β射线自吸收所造成的测量不准确的问题。

2、本发明采用注射器定量注入载气，样品注入方便。

附图说明

图1为β-γ符合获取的¹³³Xe样品的原始γ能谱和符合γ能谱；

图2β射线自吸收校正因子与载气氙气含量的关系；

图3β射线自吸收校正因子与载气氮气含量的关系；

图4β射线自吸收校正因子与载气氦气含量的关系；

1—¹³³Xe原始γ能谱；2—¹³³Xe符合γ能谱。

具体实施方式

在β-γ符合系统上，放射性气体样品充入β探测器中；在放射性气体样品充入塑闪探测器时，样品中的非放射性成分和载气等也同时充入探测器中，β射线在气体中会由于自吸收而使强度降低。

本发明的放射性气体核素β射线自吸收校正方法，包括如下步骤：

1)计算载气与样品气成分相同时，单一组分的样品气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：β-γ符合法测量放射性气体，通过下式计算β射线探测效率：

式中，n_γ为原始谱γ射线峰计数率；

n_γc为符合谱γ射线峰计数率；

P_β为β射线发射几率

用注射器向β探测器中定量充入载气，获取符合谱和原始谱，计算此时β射线效率；再定量充入载气，获取符合谱和原始谱，计算此时β射线效率；重复上述步骤。

通过下式拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε_β＝e^a·V+b  (4)

式中，V为充入β探测器中的载气量；a和b为线性拟合系数；对上式两边取对数ln(ε_β)＝a·V+b，那么得到一个线性方程，多次用注射器充入载气，那么得到一系列的V和ln(ε_β)，直接对这些数进行线性拟合即可。

当上式中V为零时，即没有吸收时β射线探测效率ε_β0＝0.965；不同载气量自吸收系数校正因子为：

$K=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}0}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}}=e^{m\·V+n}---\left(5\right)$

式中，m和n为线性拟合系数；

2)当样品中含有多种载气时，通过气相色谱测定样品中的载气种类和含量，当载气与样品气成分不同时，按照以下方法计算不同含量的单一载气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：

2.1)在β-γ符合系统中，将样品气充入β探测器中，获取符合谱和原始谱，按照公式(1)计算此时β射线效率ε_βs；

2.2)再定量充入载气，其中的载气的成分与样品气不同，获取符合谱和原始谱，利用公式(1)计算此时的β射线效率；

2.3)重复上述步骤2.2)，获取不同载气量下的β射线效率；

2.4))通过公式(4)拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε_β"＝e^{a′·V′+b′}   (4)

式中，Vˊ为充入β探测器中的载气的量；aˊ和bˊ为线性拟合系数；

当公式(4)中Vˊ为零时，即没有载气吸收时β射线探测效率ε_βs；

2.4)通过下式(5)拟合得到该载气不同含量对应的校正因子；

$K_2=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\βs}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}^{\′\′}}=e^{j\·V^{\′}+k}---\left(5\right)$

式中，j和k为线性拟合系数；

3)当实际样品测量中含有多种载气时，按照步骤2)的方法计算得到不同的单一载气对β射线的吸收校正因子，根据各载气含量计算各自校正因子K_n，n为大于1的自然数，将样品气的校正因子与各载气的校正因子相乘得到测量该样品时的校正因子，

K＝K₁ ·K₂ … K_n

图2-图4标绘出了β探测器中氙气、氦气、氮气含量对应的自吸收校正因子。 $K_{\mathrm{Xe}}=e^{0.02642\·V_{\mathrm{Xe}}+0.0036},K_{N_2}=e^{0.00718\·V_{N_2}+0.00184},K_{\mathrm{He}}=e^{0.00105}\·V_{\mathrm{He}}+0.00197.$

利用建立的β-γ符合系统测量了¹³³Xe气体样品，该样品的测量的符合谱2和原始谱1示于图1。β-γ符合系统测量该样品活度后，利用气相色谱测量了样品中的载气含量分别为氙气1.57mL，氮气1.82mL，氦气2.54mL，对应的校正因子分别为1.046，1.015和1.005，总校正因子为1.067，通过符合谱校正β射线探测效率后计算的¹³³Xe活度与原始谱计算的¹³³Xe活度相差仅1.4％，如果不进行β射线自吸收校正，通过符合谱和原始谱计算的¹³³Xe活度相差达到了8.2％。

Claims (4)

1.一种放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)计算载气与样品气成分相同时，单一组分的样品气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：

1.1)在β-γ符合系统中，样品气定量充入β探测器中，获取符合谱和原始谱，按照公式(1)计算此时β射线效率；

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}=\frac{n_{\mathrm{\γc}}}{n_{\mathrm{\γ}}\·P_{\mathrm{\β}}}---\left(1\right)$

式中，n_γ为原始谱γ射线峰计数率；

n_γc为符合谱γ射线峰计数率；

P_β为β射线发射几率，

1.2)再定量充入相同成分的载气，获取符合谱和原始谱，计算此时的β射线效率；

1.3)重复上述步骤1.2)，获取不同载气量下的β射线效率；

1.4)通过公式(2)拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε′_β＝e^a·V+b   (2)

式中，V为充入β探测器中的气体量；a和b为线性拟合系数；

当公式(2)中V为零时，即没有吸收时β射线探测效率为ε_β0；

1.5)计算不同含量的单一组分的样品气自吸收系数校正因子为：

$K_1=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}0}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}^{\′}}=e^{h\·V+i}---\left(3\right)$

式中，h和i为线性拟合系数；

2)计算载气与样品气成分不同时，不同含量的单一载气对β射线的吸收校正因子，具体步骤如下：

2.1)在β-γ符合系统中，将样品气充入β探测器中，获取符合谱和原始谱，按照公式(1)计算此时β射线效率ε_βs；

2.2)再定量充入载气，其中的载气的成分与样品气不同，获取符合谱和原始谱，利用公式(1)计算此时的β射线效率；

2.3)重复上述步骤2.2)，获取不同载气量下的β射线效率；

2.4)通过公式(4)拟合得到不同载气量对应β射线效率：

ε″_β＝e^{a′·V′+b′}   (4)

式中，Vˊ为充入β探测器中的载气的量；aˊ和bˊ为线性拟合系数；

当公式(4)中Vˊ为零时，即没有该载气吸收时β射线探测效率ε_βs；

2.5)通过下式(5)拟合得到该载气不同含量对应的校正因子；

$K_2=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\βs}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\β}}^{\′\′}}=e^{j\·V^{\′}+k}---\left(5\right)$

式中，j和k为线性拟合系数；

3)当实际样品测量中含有多种载气时，按照步骤2)的方法计算得到不同的单一载气对β射线的吸收校正因子，根据各载气含量计算各自校正因子K_n，n为大于1的自然数，将样品气的校正因子与各载气的校正因子相乘得到测量该样品时的校正因子，

K＝K₁·K₂…K_n。

2.根据权利要求1所述的放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其特征在于：

所述β-γ符合系统中的β探测器为塑料闪烁体探测器。

3.根据权利要求1或2所述的放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其特征在于：

所述载气为氙气、氪气、氦气、氩气、氢气、甲烷、氮气和空气中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的放射性气体核素β射线自吸收校正方法，其特征在于：载气采用注射器定量注入。