溴化鑭探測(cè)器γ能譜本底扣除方法探討

甘霖　李進(jìn)　曹舟　侯鑫

摘? 要：溴化鑭探測(cè)器因能量分辨率較好、線性響應(yīng)好等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，選擇適合的本底扣除方法有助于提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。文章通過對(duì)比常規(guī)本底扣除方法、SNIP方法、傅里葉變換法效果，得出更適合溴化鑭探測(cè)器的本底扣除方法，可極大減少影響儀器測(cè)量的干擾因素，提高溴化鑭探測(cè)器的測(cè)量可靠性。

關(guān)鍵詞：溴化鑭;γ能譜;扣本底

中圖分類號(hào)：TL82? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0139-03

Abstract： Lanthanum bromide detector is widely used because of its good energy resolution and good linear response. The selection of suitable background deduction method is helpful to improve the accuracy of the measurement results. By comparing the results of conventional background deduction method， SNIP method and Fourier transform method， the background deduction method is proved more suitable for lanthanum bromide detector， which can greatly reduce the interference factors affecting the instrument measurement and improve the measurement reliability of lanthanum bromide detector.

Keywords： lanthanum bromide; gamma spectrum; background deduction

引言

γ能譜分析常應(yīng)用于核素分析、地質(zhì)勘測(cè)、環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)等方面[1]。常用的γ能譜儀有NaI探測(cè)器、HPGe探測(cè)器、溴化鑭探測(cè)器等，但NaI探測(cè)器缺點(diǎn)是低能量分辨率較差，易潮解，抗機(jī)械與熱沖擊性能差;HPGe探測(cè)器需制冷，不易攜帶，價(jià)格較為昂貴等。而溴化鑭探測(cè)器是一種新型閃爍體探測(cè)器，其能量分辨率高、線性響應(yīng)好，在核工程、核醫(yī)學(xué)、核物理等方面有廣泛的應(yīng)用前景[2]。在實(shí)際測(cè)量中，γ能譜的組成較為復(fù)雜，包括儀器噪聲、環(huán)境本底的干擾等。因此，排除這部分的干擾因素，是γ能譜測(cè)量的關(guān)鍵。在γ能譜分析中，若準(zhǔn)確得到放射性核素產(chǎn)生的特征峰凈面積，即可計(jì)算出相應(yīng)核素的含量[3-4]。因此，本文將探討采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ懦郎y(cè)量本底對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高γ能譜分析的準(zhǔn)確性。

1 方法原理

在γ能譜分析中，由于其譜線的組成比較復(fù)雜，需采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚碜V線才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。本文采用溴化鑭探測(cè)器，其本底主要是由環(huán)境本底、散射效應(yīng)、溴化鑭晶體（138La、227Ac）自身的本底構(gòu)成。目前常見的本底扣除方法有：（1）感興趣區(qū)本底扣除法，用戶只需對(duì)感興趣的峰，根據(jù)其分布類型，采取適當(dāng)?shù)目鄢椒╗5-6]。如：直線法、階梯法、拋物線法或其他類型曲線本底扣除法等。（2）全譜的本底扣除，對(duì)整條譜線采用適當(dāng)?shù)姆椒鄢镜?，得到其凈峰曲線。合適的本底扣除法應(yīng)符合[7-8]：a.凈峰面積與實(shí)際峰面積誤差處于規(guī)定范圍內(nèi);b.該本底扣除方法簡(jiǎn)單，處理速度快;c.可采取計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理方法，使用方便等。

1.1 常規(guī)本底扣除方法

目前γ能譜常規(guī)扣本底方法包括直線法、階梯法、拋物線法等，其中（1）直線法是將各特征峰峰谷用基線相連，該基線與基線兩端點(diǎn)的軸垂線多圍區(qū)域視為γ譜線的本底。此方法優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，但考慮到大多譜線的本底基線并非是一條直線，尤其是復(fù)雜的γ能譜分析，采用直線法扣除本底是不夠準(zhǔn)確的。（2）階梯法是對(duì)整條γ能譜的所有特征峰下插入適合的階梯曲線，其特點(diǎn)類似于直線法。（3）拋物線法是對(duì)特征峰的實(shí)際計(jì)數(shù)采用最小二乘算法擬合，得到的大部分譜線本底計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)道址的計(jì)數(shù)均比實(shí)際計(jì)數(shù)低，通過逐道計(jì)算，可獲得拋物線形式的能譜數(shù)據(jù)函數(shù)。γ特征峰凈峰面積就等于原始峰面積與拋物線面積之差。

1.2 SNIP法

SNIP法原理，如圖1所示，將γ能譜中點(diǎn)A處值N1、點(diǎn)C處值N3的平均值Nd1，然后比較Nd1與點(diǎn)A、點(diǎn)C間中點(diǎn)B處的相應(yīng)值N2，若Nd1≥N2，則認(rèn)為N2是道址B處的本底值。依次對(duì)其他的γ特征峰仍使用此方法，取點(diǎn)C處值N3、點(diǎn)E處值N4的平均值Nd2，然后比較Nd2與點(diǎn)C、點(diǎn)E間中點(diǎn)D處的相應(yīng)值Nd3，若Nd3≥N4，即認(rèn)為N4是道址D處的本底值。若將γ能譜按上述原理迭代N次，則可獲得該γ能譜的本底。

1.3 傅里葉變換法

γ能譜的散射本底形成原因是多樣化的，如：樣品、探測(cè)器都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)散射本底。一般產(chǎn)生的散射本底其變化較為平緩，但放射性核素特征峰是由γ譜儀閃爍晶體吸收核素特征γ射線而形成的，其變化較散射本底更為劇烈。傅里葉變換法就是依據(jù)γ能譜組成的特點(diǎn)扣除譜線中的本底。傅里葉變換法的原理是視γ能譜為數(shù)字信號(hào)，信號(hào)低頻部分主要是散射本底，信號(hào)高頻部分是核素特征γ射線峰，通過傅里葉變換將γ能譜轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的頻譜，采用低通濾波器將信號(hào)高頻部分截?cái)?，得到的低頻部分則為γ能譜的本底，即傅里葉變換法是時(shí)域和頻域信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)選用溴化鑭探測(cè)器（晶體：華凱龍KLB5075）測(cè)量了一系列標(biāo)準(zhǔn)模型（四川省德陽市羅江鄢家鎮(zhèn)），溴化鑭晶體中主要雜質(zhì)138La、227Ac活度均已知。該標(biāo)準(zhǔn)飽和模型主要元素的含量，如表1所示。通過測(cè)量鈾飽和模型、釷飽和模型、鉀飽和模型，并運(yùn)用線性本底扣除法、SNIP法本底扣除法、傅里葉本底扣除法排除本底的干擾，建立核素特征峰與含量的關(guān)系，完成對(duì)應(yīng)γ譜儀的標(biāo)定。此外，將通過測(cè)量混合模型，驗(yàn)證扣本底方法及實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果的可靠性。

γ能譜分析時(shí)，由于232Th的特征γ射線能量與溴化鑭晶體衰變子體227Ac特征γ射線能量接近，從表2發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)茏V本底處理法選用線性法、SNIP法、傅里葉變換法的效果均不理想，部分測(cè)量結(jié)果誤差>20%。若對(duì)227Ac和232Th疊加產(chǎn)生的特征峰，僅采取扣除已知的227Ac峰計(jì)數(shù)，此時(shí)得出的232Th 含量的誤差約為5.4%～6.4%。此外，由于溴化鑭晶體中的138La與測(cè)量飽和模型中的40K特征峰能量接近，在γ能譜中也形成了重疊峰，若不排除138La的影響，得出的40K含量也將偏高。從表3可以看到，對(duì)138La和40K形成的重峰，采用SNIP法或傅里葉變換法扣除本底，再扣除已知的138La峰計(jì)數(shù)，測(cè)量結(jié)果的誤差約2%～5.9%，也表明兩種扣本底方法效果接近。對(duì)238U特征峰，線性法、SNIP法、傅里葉變換法三者的扣本底效果接近，誤差約為2.2%～5%，其中采用傅里葉變換法，得到的效果最佳。

3 結(jié)束語

本文對(duì)溴化鑭γ譜儀復(fù)雜的本底譜進(jìn)行了研究，通過查閱國內(nèi)外大量的相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道，對(duì)比了常見的幾種扣本底方法效果。研究成果表明，采用適當(dāng)?shù)目郾镜追椒?，可較大的提高溴化鑭探測(cè)器測(cè)量樣品中核素的含量的可靠性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明傅里葉變換法更適合應(yīng)用于溴化鑭探測(cè)器γ能譜處理。同時(shí)，本結(jié)論也可為γ能譜分析處理提供了一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]成都地質(zhì)學(xué)院三系.放射性勘探方法[M].北京：原子能出版社，1978.

[2]郭成，賴萬昌，易欣.LaBr3閃爍探測(cè)器在天然放射性測(cè)量中的