在核環(huán)境監(jiān)測(cè)、放射性生物學(xué)和核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,多數(shù)情況下樣品的比活度低于40Bq/kg。這一數(shù)值與周圍環(huán)境土壤中微量天然放射性核素的比活度為同一數(shù)量級(jí)。這種情況下,需要降低系統(tǒng)的本底,包括來自宇宙射線的環(huán)境本底和康普頓效應(yīng)帶來的本底。低本底反康普頓伽瑪譜儀就是為了解決這一問題。
目前共有超過15套反康譜儀在國內(nèi)運(yùn)行。
康普頓效應(yīng)
伽瑪光子與物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。
康普頓效應(yīng)是指γ光子與原子中的電子發(fā)生彈性碰撞,將其部分能量傳遞給電子,電子從原子中被擊出,γ光子則以與初始運(yùn)動(dòng)方向成θ角的方向散射。
由于光子只將部分能量傳遞給了電子,因此不是在該γ光子的全能峰、而是在較低的能量上產(chǎn)生計(jì)數(shù),這樣,就在實(shí)際的能譜測(cè)量的譜圖中,在全能峰的左側(cè)產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的康普頓坪。
峰康比
<span style="line-height: 2.5;" text-indent:2em;"="">在測(cè)量較復(fù)雜的γ能譜時(shí),較低能量的γ射線的全能峰往往會(huì)疊加在較高能量的γ射線的康普頓坪上,因此峰康比表示一臺(tái)伽馬譜儀在存在高能強(qiáng)峰的情況下,探測(cè)低能弱峰的能力。
康普頓坪
對(duì)Cs-137的0.662MeV γ射線,康普頓坪大約在358keV到382keV之間。
對(duì)Co-60的1.33MeV γ射線,康普頓坪大約在1.040keV到1.096keV之間。
通常定義一臺(tái)反康譜儀的峰康比都以Cs-137的0.662MeV能量峰的相應(yīng)指標(biāo)為參照。
評(píng)價(jià)低本底反康普頓譜儀主要技術(shù)指標(biāo)
積分本底
康普頓抑制系數(shù)(定義為在康普頓反符合前后主探測(cè)器所測(cè)得的同一核素兩個(gè)γ譜圖中康普頓連續(xù)譜面積之比)
反康條件下的系統(tǒng)峰康比。
反康原理
當(dāng)高能射線(例如初級(jí)宇宙射線)貫穿主探測(cè)器與反符合屏蔽探測(cè)器時(shí),兩個(gè)探測(cè)器都有信號(hào)輸出時(shí),反符合電子學(xué)線路使這些信號(hào)不被譜儀記錄,從而起到抑制或屏蔽本底信號(hào)的作用。
當(dāng)被測(cè)樣品放出的γ射線入射到主探測(cè)器,其中發(fā)生康普頓效應(yīng)的光子將產(chǎn)生非全能峰信號(hào);散射光子同時(shí)進(jìn)入到反符合屏蔽探測(cè)器產(chǎn)生信號(hào),反符合電子學(xué)線路就會(huì)使這些信號(hào)不被譜儀記錄,從而起到降低系統(tǒng)本底、提高峰康比的作用。
采用ASPEC-927雙路16K多道的反康譜儀系統(tǒng)框圖
ORTEC反康普頓γ譜儀典型配置
40%~60%相對(duì)效率N型高純鍺探測(cè)器(推薦采用整體碳纖維封裝);
低本底垂直冷指;
30升杜瓦;
9"×9"NaI反康環(huán)探測(cè)器;
3"×3"NaI反康塞子探測(cè)器;專用反康鉛室;
NIM電子學(xué)反符合線路及連接電纜;
ASPEC-927雙路獨(dú)立16K多道分析器;
操作及分析軟件;
計(jì)算機(jī)與打印機(jī)。
ORTEC提供出廠前的系統(tǒng)集成測(cè)試數(shù)據(jù)和指標(biāo)
ORTEC反康系統(tǒng)主要指標(biāo)
GMX50探測(cè)器:
N型同軸高純鍺;相對(duì)探測(cè)效率≥50%;
能量響應(yīng)范圍3keV – 10 MeV;
能量分辨率:對(duì)1.332 MeV峰(Co-60):≤ 2.2 keV;
峰康比≥58:1;
峰形參數(shù): FW0.1M/FWHM ≤2.0,F(xiàn)W0.2M/FWHM ≤ 3.0
反康模式
積分總本底(40 keV ~ 2 MeV): ≤ 0.5 CPS;
峰康比:≧ 1000:1(保證值);≧1100:1(典型值);
康普頓坪區(qū)抑制:≧ 6.0。
反康普頓前后譜圖