提高环境土壤样品中发射低能γ射线核素活度测量准确性的方法研究

论文摘要

用高纯锗γ谱仪对土壤样品中的放射性核素进行活度定量分析时，影响发射低能γ射线核素活度测量结果准确性的一个主要因素是样品中高能γ射线康普顿散射的干扰。习惯上不分待测γ射线能量的高低，一律将样品盒尽量满装的装样方法是只考虑通过增加样品量来增加在一定测量时间内全能峰内的γ光子计数，以减小测量统计误差。这种装样方法对高能γ射线全能峰内的计数增加显然是明显的，但对低能γ射线，效果并不明显。相反，由于样品中核素含量随样品量增加，高能γ射线由于康普顿散射造成对低能γ射线全能峰计数的干扰也增大，影响对发射低能γ射线核素含量测量的准确性。因此本文提出由所测γ射线能量来决定样品盒中样品装量的测量方法，来提高对样品中发射低能γ射线核素含量测量的准确性。这一装样方法的提出是基于如下思想：由于低能γ射线穿透力较弱，适当减小样品装量不会明显减少一定测量时间内γ射线全能峰计数，即不会明显增加测量统计误差；但是随着样品盒内样品量的减少，发射高能γ射线核素的含量成正比减少，因此由高能γ射线康普顿散射对低能γ射线全能峰计数的影响将会明显减小。这种装样方法必然有助于提高测量发射低能γ射线核素活度的准确性。本文从两个方面对与γ射线能量有关的装样法进行了研究。首先，利用蒙特卡罗方法模拟计算土壤样品中不同能量γ射线全能峰计数与样品装量之间的关系，确定出对于各种能量γ射线的合理装样量。其次，利用蒙特卡罗方法研究不同样品装量时，232Th238.6KeV，226Ra351.9KeV、609.3KeV和137Cs661.7KeV四种能量的γ射线康普顿散射对238U93.4KeV和210Pb46.5KeV全能峰的影响，以确定装样量的减少是否有利于提高活度测量的准确性。通过上述研究：得出了土壤样品测量时对应不同能量γ射线的合理装样量，当按同样比例损失一部分全能峰内的计数时，低能γ射线的装样量可以较高能γ射线的明显减小；在只考虑样品中部分放射性核素(232Th、226Ra、137Cs等)发射的部分γ射线时，也得出了这些射线的康普顿散射导致238U、210Pb等低能γ射线核素活度测量的误差随样品量增加而增加的结论。因此，根据所测γ射线能量确定样品装量的测量方法确实有助于削弱样品中高能γ射线康普顿散射的干扰，提高测量土壤样品中发射低能γ射线核素含量的准确性，这尤其是在测量土壤中238U、210Pb活度时更是如此。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 环境土壤样品中放射性核素活度测量的意义
• 1.2 影响土壤样品中放射性核素活度测量准确性的因素及目前的研究现状
• 1.2.1 影响土壤样品中放射性核素活度测量准确性的主要因素
• 1.2.2 目前的解决状况
• 1.3 本论文的主要内容和基本研究方法
• 第二章 γ射线与物质相互作用及土壤样品中放射性核素活度的测量方法
• 2.1 γ射线与物质的相互作用
• 2.1.1 光电效应
• 2.1.2 康普顿效应
• 2.1.3 电子对效应
• 2.2 土壤样品中放射性核素活度的测量
• 2.2.1 高纯锗探测器的发展及其工作原理和优点
• 2.2.2 实验室使用的高纯锗γ谱仪
• 2.2.3 环境样品放射性核素活度测量
• 2.3 γ射线康普顿散射对发射低能γ射线核素活度测量准确性的影响
• 2.3.1 样品自吸收
• 2.3.2 探测器记录γ光子
• 2.4 降低康普顿散射影响的蒙特卡罗方法研究
• 第三章 计算高纯锗γ谱仪对γ射线探测效率的蒙特卡罗方法
• 3.1 蒙特卡罗方法
• 3.1.1 蒙特卡罗方法的基本思想
• 3.1.2 蒙特卡罗方法解题主要步骤
• 3.1.3 蒙特卡罗方法的特点
• 3.2 随机数与伪随机数
• 3.2.1 随机数
• 3.2.2 伪随机数
• 3.3 已知分布的随机抽样
• 3.4 蒙特卡罗计算在粒子疏运问题中的应用
• 3.5 MCNP程序简介
• 第四章 提高土壤样品中发射低能γ射线核素活度测量准确性的方法研究
• 4.1 提出研究样品装量与γ射线能量关系的基本出发点
• 4.2 用蒙特卡罗方法研究土壤样品装量与γ射线能量的关系
• 4.2.1 计算思想
• 4.2.2 几何模型描述
• 4.2.3 几何模型正确性检验
• 4.2.4 计算结果
• 4.2.5 结论与分析
• 238U活度测量准确性的因素研究'>4.3 影响土壤样品中²³⁸U活度测量准确性的因素研究
• 238U活度测量准确性的原因及分析'>4.3.1 影响²³⁸U活度测量准确性的原因及分析
• 238U活度测量准确性的影响'>4.3.2 样品中放射性核素含量变化对²³⁸U活度测量准确性的影响
• 238U活度测量准确性的影响'>4.3.3 样品装量的变化对²³⁸U活度测量准确性的影响
• 4.3.4 结论与分析
• 210Pb活度测量准确性的因素研究'>4.4 影响土壤样品中²¹⁰Pb活度测量准确性的因素研究
• 210Pbγ射线的合理装样量'>4.4.1 高纯锗探测器对土壤样品中²¹⁰Pbγ射线的合理装样量
• 210Pb全能峰计数的影响'>4.4.2 研究高能γ射线康普顿散射对²¹⁰Pb全能峰计数的影响
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢