基于γ射線屏蔽實(shí)驗(yàn)對(duì)材料屏蔽性能的研究

章圣斌 曹鵬久 梁宗弢

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

本文基于新型γ射線水吸收曲線實(shí)驗(yàn)裝置（圖1）、NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器研究了水、煤油、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯、地板磚材料對(duì)特定能量的γ射線的衰減規(guī)律和屏蔽性能；并計(jì)算水、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯的線衰減系數(shù)，并與文獻(xiàn)值進(jìn)行了對(duì)比，測(cè)量誤差在合理以內(nèi)，驗(yàn)證測(cè)定方法的可靠性。在此基礎(chǔ)上再對(duì)煤油、地板磚進(jìn)行線衰減系數(shù)的測(cè)定。此工作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中線衰減系數(shù)測(cè)定提供了思路。

圖1 γ射線液體吸收參數(shù)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意

1 試驗(yàn)過(guò)程

本文擬通過(guò)用活度為8mCi的37Cs放射源和活度為2μCi的137Cs和60Co對(duì)上述材料進(jìn)行試驗(yàn)。其中固體材料采用NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器進(jìn)行研究，液態(tài)運(yùn)用新型γ射線水吸收曲線實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行研究。試驗(yàn)方法為逐步增加材料的厚度，帶計(jì)數(shù)率穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[1]。

2 試驗(yàn)結(jié)果

下 圖 可 知 水 的 線 衰 減 系 數(shù) μ=0．0783cm-1=0．783、煤油的線衰減系數(shù)μ=0．0646cm-1、聚乙烯的線衰減系數(shù)μ=0．008mm-1、鉛的線衰減系數(shù)μ=0．1054mm-1、鐵的線衰減系數(shù)μ=0．0514mm-1、混凝土的線衰減系數(shù)μ=0．0124mm-1、地板磚的線衰減系數(shù)μ=0．0252mm-1。

3 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)查閱資料得出鉛的線衰減系數(shù)為：μpb=0．1222mm-1，μFe=0．0561mm-1，μ聚乙烯=0．0081mm-1，μ混凝土=0．0152mm-1，μ水=0．0820mm-1。

在誤差分析中用到了：實(shí)際誤差σ：σ=|μ測(cè)量-μ標(biāo)準(zhǔn)|；相對(duì)誤差E：E=σ/μ標(biāo)準(zhǔn)：

材料類型 鉛 鐵 聚乙烯 混凝土 水實(shí)驗(yàn)值（mm-1） 0.1054 0.0514 0.0080 0.0124 0.00783理論值（mm-1） 0.1222 0.0561 0.0081 0.0152 0.00820實(shí)際誤差 0.0168 0.0047 0.0001 0.0028 0.00037相對(duì)誤差 13.7% 8.37% 1.23% 18.4% 4.51%

基于上述誤差大小，其誤差來(lái)源分析：

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備本身具有系統(tǒng)誤差，如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一體化多道分析器使用過(guò)程中存在著噪聲等。一般儀器的系統(tǒng)誤差是實(shí)驗(yàn)的主要誤差之一。

實(shí)驗(yàn)材料的純度存在著誤差，一般實(shí)驗(yàn)用到的材料純度不是100%,如鐵的表面存在鐵銹，鉛表面也存在一些氧化物[2]。在與其純凈物的理論值比對(duì)存在誤差。

實(shí)驗(yàn)材料厚度不均勻。如由于鉛的硬度比較小，經(jīng)常使用所以導(dǎo)致鉛的表面不均勻在測(cè)量過(guò)程中存在誤差。混凝土在制作過(guò)程中就不平滑，所以其的測(cè)量值誤差也很大。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并不是完全準(zhǔn)直的，在使用鋁準(zhǔn)直器時(shí)不能完全保證γ射線達(dá)到完全窄束γ射線的標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用一體化多道分析器時(shí)取全能峰面積大小時(shí)所選取的左右邊界道址與理論道址有誤差，這就會(huì)導(dǎo)致所取全能峰面積的大小有誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

本文的主要內(nèi)容包括三個(gè)方面。第一：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備對(duì)各種材料對(duì)于γ射線的衰減規(guī)律進(jìn)行了研究；第二：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備在進(jìn)行衰減規(guī)律的探索當(dāng)中對(duì)各種材料對(duì)γ射線衰減系數(shù)的測(cè)定；第三：在測(cè)出實(shí)驗(yàn)值以后與理論值比對(duì)總結(jié)實(shí)驗(yàn)方案的合理性后，在對(duì)其他線衰減系數(shù)不知道的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[3]。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以以下結(jié)論。①通過(guò)材料對(duì)γ射線的屏蔽實(shí)驗(yàn)，可以驗(yàn)證出隨著材料厚度的增加其計(jì)數(shù)率將材料厚度呈現(xiàn)出指數(shù)衰減規(guī)律。這與γ射線衰減理論完全相符。②通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出每種材料厚度對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)率，再通過(guò)EXCLE表可以很好擬合出每種材料對(duì)于γ射線的屏蔽規(guī)律。在通過(guò)得出的規(guī)律公式求出線衰減系數(shù)μ，大小比較為

通過(guò)前面實(shí)驗(yàn)測(cè)出的理論值與實(shí)驗(yàn)值比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案合理，在對(duì)煤油和地板磚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。