CN111158040B - 一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，包括主晶体和外围晶体；所述外围晶体设置于所述主晶体周围；所述主晶体的光子入射方向的对侧也设置有外围晶体。本发明的有益效果如下：本发明通过改变反康谱仪的布局结构，提高了康普顿抑制因子，从而提升了反康谱仪的效果，使其对单逃逸峰和双逃逸峰的抑制效果也有了明显的提高。

Description

一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构
技术领域
本发明属于核工业领域，具体涉及一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构。
背景技术
反康谱仪能有效降低由于康普顿散射形成的康普顿本底，在高能γ射线测量中还能有效抑制单逃逸峰和双逃逸峰，可提高以全能峰表针的γ射线测量的相关参数的测量精度，被广泛应用于高自旋态核结构研究、核素分析研究、环境样品测量、辐射污染调查等方面，反康谱仪最重要的性能指标参数是康普顿抑制因子，康普顿抑制因子越大说明对康普顿散射本底抑制得越好(也包括对单逃逸峰和双逃逸峰的抑制)，如何提高反康谱仪的康普顿抑制因子是反康谱仪设计的最重要目标。
传统的反康谱仪的结构布局如图1所示，外围晶体成筒状，主晶体设置于其中，这种布局的反康谱仪γ射线从探测器正面入射，依靠周围一圈锗酸铋或碘化钠晶体(外围晶体)捕捉从高纯锗(主晶体)逃逸出来的康普顿散射光子或单逃逸、双逃逸的0.511MeV的γ射线，这种反康谱仪最大的缺点就是康普顿抑制因子不高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，该布局结构能够提高反康谱仪康普顿抑制因子，提升反康谱仪的测量效果。
本发明的技术方案如下：
一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，包括主晶体和外围晶体；所述外围晶体设置于所述主晶体周围；所述主晶体的光子入射方向的对侧也设置有外围晶体。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述外围晶体为圆柱形，设置有主晶体入口和光子入射口，所述光子入射口沿光子入射方向的投影不在所述主晶体入口的覆盖范围内。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述主晶体入口设置于所述外围晶体一端，所述外围晶体另一端封闭；所述光子入射口设置于所述外围晶体的侧面。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述光子入射口设置于外围晶体侧面上所述主晶体中部所对应的位置。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述主晶体为高纯锗，所述外围晶体为锗酸铋或碘化钠。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述外围晶体为锗酸铋，所述外围晶体的直径为127mm，高为127mm。
进一步地，上述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，所述外围晶体外侧还设置有铅屏蔽层。
本发明的有益效果如下：
本发明通过改变反康谱仪的布局结构，提高了康普顿抑制因子，从而提升了反康谱仪的效果，使其对单逃逸峰和双逃逸峰的抑制效果也有了明显的提高。
附图说明
图1为现有的反康谱仪布局结构的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构的结构示意图。
图3为散射光子能量与散射角的关系图。
图4为散射光子散射角微分截面与散射角的关系图。
图5为Fluka模拟的采用图1的布局结构的反康谱仪测量1.3325MeV光子脉冲幅度谱。
图6为Fluka模拟的采用本发明的布局结构的反康谱仪测量1.3325MeV光子脉冲幅度谱。
图7为Mcnp/x模拟的采用图1的布局结构的反康谱仪测量8.578MeV光子脉冲幅度谱。
图8为Mcnp/x模拟的采用本发明的布局结构的反康谱仪测量8.578MeV光子脉冲幅度谱。
上述幅图中，1、主晶体；2、外围晶体；3、铅屏蔽层；4、主晶体入口；5、光子入射口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
根据康普顿散射光子能量公式和康普顿散射截面公式来调整反康谱仪的布局，大幅度提高反康谱仪的康普顿抑制因子。
康普顿抑制因子的计算公式如式1：
Figure BDA0002340731780000041
峰面积为60Co源1.3325MeV能量全能峰的计数，康普顿平台计数为1040keV～1096keV能区的计数。
反康谱仪的基本原理是γ射线能量没有完全在高纯锗晶体中沉积时，携带剩余能量逃出高纯锗的光子有可能被辅助探测器(锗酸铋或碘化钠)探测到，利用这一信号作为高纯锗探测器信号输出的门信号，可以不记录相应的康普顿散射本底(也包括单逃逸峰和双逃逸峰)，就达到了抑制康普顿散射本底(也包括单逃逸峰和双逃逸峰)的目的。
从上面的描述可知，想要提高康普顿抑制因子，就是要增加探测逃逸光子的效率，这就需要从康普顿散射光子能量公式(式2)和康普顿散射光子截面公式(式3)出发进行反康谱仪布局的设计，
Figure BDA0002340731780000042
Figure BDA0002340731780000043
两公式中各种符号的意义如下：
E’—散射光子能量；
E—入射光子能量；
θ—散射光子与入射光子的夹角；
σ—康普顿散射截面；
Ω—康普顿散射立体角；
r0—电子的经典半径。
利用C++计算机语言把公式2和公式3进行数值化，计算结果如图3和图4所。
由公式3可以看出，与入射方向夹角越小，截面越大，由公式2可以看出，与入射方向夹角越小，散射光子能量越大，因此，采用图1所示的传统环状辅助探测器设计不利于康普顿散射本底的抑制。
如图2所示，本发明提供了一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，包括主晶体1和外围晶体2；所述外围晶体2设置于所述主晶体1周围；所述主晶体1的光子入射方向的对侧也设置有外围晶体2。所述外围晶体2为圆柱形，设置有主晶体入口4和光子入射口5，所述光子入射口5沿光子入射方向的投影不在所述主晶体入口4的覆盖范围内。所述主晶体入口4设置于所述外围晶体2一端，所述外围晶体2另一端封闭；所述光子入射口5设置于所述外围晶体2的侧面。所述光子入射口5设置于外围晶体侧面上所述主晶体中部所对应的位置。所述主晶体1为高纯锗，所述外围晶体2为锗酸铋或碘化钠。由于锗酸铋的密度7.13g/cm3是碘化钠3.65g/cm3的近两倍，更适合做反康谱仪的辅助探测器使用。因此，本实施例中，所述外围晶体2为锗酸铋，所述外围晶体的直径为127mm，高为127mm。所述外围晶体2外侧还设置有铅屏蔽层3，厚度为15mm。
实验例
利用通用蒙卡程序Fluka、Geant4、Mcnp/x、Phits、Egs对传统布局和改进后的布局两种结构的反康谱仪的康普顿抑制因子进行了计算，计算采用的高纯锗探测器为n-型GMX系列高纯锗，序列号为45-TN22037A。
采用Fluka模拟计算得到的两种结构布局的反康谱仪在采用反康测量和没有采用反康测量的脉冲幅度谱如图5和图6所示。
从图5和图6可以看出，采用本发明布局结构的反康谱仪的康普顿散射本底的抑制效果明显比采用图1所述布局结构的反康谱仪的好，利用蒙卡程序Fluka、Geant4、Mcnp/x、Phits、Egs模拟计算得到的两种结构布局的反康谱仪康普顿抑制因子如表1所示：
表1康普顿抑制因子表
Fluka Mcnp/x Phits Egs geant4
图1布局结构 3.60200 3.95744 3.62474 3.51155 4.42042
本发明布局结构 6.33934 6.59879 6.30145 6.49602 8.81845
由于反康谱仪在用于高能γ射线测量时，还能有效抑制单逃逸峰和双逃逸峰，以国际原子能机构推荐的用于γ探测器高能部分效率校准的核反应35Cl(n，γ)产生的用于校准γ探测器的最高能量(8.578MeV)的γ射线作为入射源，采用蒙卡程序模拟计算两种结构布局的反康谱仪对单逃逸峰和双逃逸峰的抑制效果，模拟计算得到的脉冲幅度谱如图7和图8所示。
图1所示的布局结构和本发明的布局结构的反康谱仪对8.57853MeVγ射线的单逃逸峰、双逃逸峰抑制效果的模拟结果数据如表2所示：
表2 8.57853MeVγ射线入射时的模拟结果数据
单逃逸峰抑制因子 双逃逸峰抑制因子
图1布局结构 2.75784E+00 9.51664E+00
本发明布局结构 3.68856E+00 1.49256E+01
从表2可以看出，采用本发明的布局结构的反康谱仪，对单逃逸峰和双逃逸峰的抑制效果也有了明显的提高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，其特征在于：包括主晶体和外围晶体；所述外围晶体设置于所述主晶体周围；所述主晶体的光子入射方向的对侧也设置有外围晶体；
所述外围晶体为圆柱形，设置有主晶体入口和光子入射口，所述光子入射口沿光子入射方向的投影不在所述主晶体入口的覆盖范围内；
所述主晶体入口设置于所述外围晶体一端，所述外围晶体另一端封闭；所述光子入射口设置于所述外围晶体的侧面。
2.如权利要求1所述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，其特征在于：所述光子入射口设置于外围晶体侧面上所述主晶体中部所对应的位置。
3.如权利要求1所述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，其特征在于：所述主晶体为高纯锗，所述外围晶体为锗酸铋或碘化钠。
4.如权利要求3所述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，其特征在于：所述外围晶体为锗酸铋，所述外围晶体的直径为127mm，高为127mm。
5.如权利要求1-4任一所述的提高反康谱仪康普顿抑制因子的布局结构，其特征在于：所述外围晶体外侧还设置有铅屏蔽层。
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