惰性气体氙放射性同位素测量的虚拟源刻度技术研究

The important field of international research is the radioactive gas, especial for radioactive xenon isotopes which are used to judge the nuclear experiment of every country. The key technology of fixing the activity of radioactive xenon gas is the calibration of spectume system and the correct measurement method. The xeon samples were measured by laboratory HPGe detection. The relative measurement method is used in the analysis process. However, the half-life of radioactive xeon is too short to make the standard source, so the efficiency calibration of the spectra system is difficult. In order to resolve this problem, the Ba-133 virtual point and disk source simulation efficiency of gas source of xeon isotopes , improving the precision and simpling the process. Ba-133 source have serious coincidence summing corrections in close distance, objective in far distance.However, the software have no coincidence in far and close distance. Some relationships were established, which is used to correct Ba-133 source's cascade summing effects in close geometry, finally the Ba-133 peak efficiency of close distance was determined.Meanwhile, we use three technologies of virtual point source in MCNP procedure to resolve problem of low probability for big source and small detector, which can be found in MCNP simulation to callibrate the efficiency of radioactive xenon cloud in aerial survey. The technology will be used in the field of verification of nuclear Test-ban, nuclear emergency measure and environmental radioactivity measurement through this project.

目前放射性气体的监测是国际上研究的重点前沿领域，尤其对惰性气体氙放射性同位素的监测是判断是否存在违背全面禁止核试验条约进行核试验的依据。其中准确地刻度测量系统的探测效率是整个监测过程关键。在进行Xe-133等同位素测量过程中其半衰期较短，制作刻度用标准气体比较难，难以完成谱仪系统的准确刻度。本课题提出使用Ba-133虚拟点源和面源刻度Xe-133气体源效率。通过点源和面源在探测器轴线上不同高度实验建立其探测效率和高度的函数关系，设实验气体源效率为应变量，解方程得虚拟源位置，将点源或面源放在虚拟源位置刻度气体源效率。进行Cs-137点源虚拟点和20cm位置理论计算与实验，实现对Ba-133γ射线符合相加效应的校正。将虚拟点源原理应用到Xe-133烟云的航测蒙卡模型中，解决其大源小探测器的小概率问题。期望通过项目开展，为该技术在禁核试核查，核应急测量及环境放射性测量领域的应用尊定基础。

放射性气体源、大面积和大体积源的监测是目前国际上核辐射探测领域研究的重点前沿方向，其中放射性体源无源效率刻度因子是放射性核素定量分析中最为关键的参数。尤其是CTBT放射性氙同位素体源样品的国际比对分析，是检验各国核素实验室的HPGeγ谱仪系统性能及判断各国是否进行核试验的重要依据。然而，目前国内外现有的相对测量方法与基于蒙特卡罗的无源效率刻度方法，在放射性氙同位素及大面积大体积源的探测效率刻度中分别存在难以实验刻度和不确定度大等问题，因此亟待发展新的测量方法和实验技术。本论文开展了面源静态和动态刻度体源探测效率方法研究，将虚拟点源应用于放射性污染区域边界测量的方法研究，建立了基于蒙特卡罗的大源小探测器的小概率问题的模拟输运计算方法，研究了非均匀分布体源和面源的无源效率刻度方法。本论文提出的方法可以互相验证，可应用到样品国际比对结果的验证分析中，从而保障比对数据的准确可靠；同时，也避免了大体源和难获得源的制备及无源效率刻度软件的不足。提出的基于虚拟源原理的体源无源效率刻度方法，给各种γ探测器现场进行效率刻度提供了有效选择，将在禁核试核查、放射性气体γ谱分析国际样品比对、核应急监测及环境放射性监测领域的探测系统刻度及应用测量工作中发挥重要作用。.本论文主要开展了以下三个方面的创新性研究工作：.(1) 研究了基于虚拟点源和面源的体源无源效率刻度方法。.研究提出了体源无源效率刻度的等效虚拟源刻度方法，推导了虚拟面源分层模拟及虚拟面源的积分中值表达，建立了基于点源效率函数的虚拟刻度模式，并进行了相关实验验证，进而发展了用于确定放射性污染边界的测量方法。.(2) 研究使用蒙特卡罗方法刻度大面积及大体源的虚拟点源位置。.研究中采用效率区域偏倚抽样、点源锥形准直和点源分步模拟体源效率相结合的方法，解决了大体源小探测器的小概率问题，开发了相关的蒙卡模拟程序。.(3) 研究基于概率密度分布函数的无源效率刻度方法。.研究提出了基于已知概率密度函数分布的非均匀源效率刻度的理论方法，并开展了非均匀分布体源的实验研究。