氡子体α能谱法测量仪器探测效率的测定

第28卷 第9期 核 技 术 V ol. 28, No.9 2005年9月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2005——————————————国家自然科学基金资助（10075083）第一作者：康 玺，男，1979年生，2005年于南华大学核技术及应用专业获得硕士学位 通讯作者：肖德涛，xiao_dt@ 收稿日期：2005-05-11，修回日期：2005-07-26氡子体α能谱法测量仪器探测效率的测定康 玺 肖德涛（南华大学核科学技术学院 衡阳 421001）摘要在氡子体α能谱法测量中，一个需要考虑的问题是探测器对不同能量的α粒子是否具有相同的探测效率。

本文用241Am 标准源和加拿大Pylon 公司的氡子体标准源对ORTEC 八通道α谱仪进行了全谱和高、低能量段探测效率的测定，并对两种测量方法存在的误差进行了分析。

测量结果表明，两种方法测得全谱探测效率在误差范围内是一致的；在用氡子体源测量谱仪的探测效率时，α能谱由于滤膜的自吸收而存在着峰重叠现象，经重叠因子修正后，仪器对氡子体较高能量的α粒子（7.69 MeV ）的探测效率要略大于较低能量的α粒子（6.00MeV ），且探测效率的差异随滤膜种类的不同而变化。

用氡子体标准源对仪器进行刻度更接近于氡子体测量的实际情况。

关键词 氡子体，α粒子，探测效率，α能谱 中图分类号 O613.16，TL817.2南华大学氡实验室使用美国ORTEC 公司生产的高分辨率α谱仪开展了氡子体α能谱测量的研究工作。

在氡子体α能谱法测量中，一个需要考虑的问题是探测器对不同能量的α粒子是否具有相同的探测效率。

为此，我们使用了241Am 标准源和加拿大Pylon 公司的氡子体标准源对该谱仪进行了全谱和高、低能量段探测效率的测定。

1 谱仪简介Octete® PLUS ALPHA SPECTROMETER [1]是美国ORTEC 公司生产的α谱仪工作站。

它是一台具有8个测量通道的α谱仪，可同时测量8个α放射性样品。

该能谱仪使用的是离子注入型表面钝化的硅探测器(PIPS)，其900 mm 2探头在测量条件下（真空度在133.329 Pa 以下）分辨率为29 keV 。

该谱仪具有良好的能量分辨率，因而它是氡子体α能谱法测量的理想仪器。

2 谱仪探测效率的测定 2.1计算几何因子并用241Am 标准源进行检验几何因子计算的前提条件是源与探头的几何中心是同轴的，并且要求源上各点的活度具有均匀性、一致性。

实际上源活度的均匀性不易做到，而且由于源与探测器间微薄气体的吸收、探测器的窗吸收、阀值等原因，由几何因子计算出的探测效率与实际用源测定的探测效率会有差别。

几何因子计算示意图如图1所示。

图1中，a 为探测器半径，ORTEC 900 mm 2离子注入型的表面钝化硅探测器半径为16.92 mm 。

b 为放射源半径，所用的241Am 标准源半径为5 mm 。

H 探测器与放射源的间距，考虑到α粒子核反冲效应,防止污染探头，该距离定为11mm 。

根据几何因子公式[2]计算各参数得， α=b /a = 0.2954 （1）ρ2=b 2/(b 2+H 2)=0.7031（2）图1 几何因子计算示意图 Fig. 1 Calculation of geometryfactor第9期康玺等：氡子体α能谱法测量仪器探测效率的测定 701（1）式和（2）式中，α和ρ2为助记符，查圆形源和探测器几何因子表[2]得：ηth=0.2166，σth=0.63% （3）（3）式中ηth为探测效率理论计算值，σth为探测效率理论计算的相对标准偏差。

采用241Am源标准源（中国原子能科学院生产一级标准源），对上述几何条件下谱仪的探测效率进行了测量，探测效率的测量值与几何因子计算值列于表1。

表1 α标准源实测探测效率ηexp与理论值ηth的比较Table 1 Theoretical and experimental detection efficiency探测效率测量值Experimental detection efficiency探测效率理论值Theoretical detectionefficiencyηexpσexpηthσthηexp/ηth 0.2148 1.2% 0.2166 0.63% 0.9916从表1中可以看出在实验误差范围内，实测值与其理论值相等，且它与几何因子计算得到的探测效率也无大的偏差。

这说明探测器对不同能量的α粒子其探测效率相差不大。

2.2用氡子体标准源测定谱仪的探测效率加拿大Pylon公司提供了一种与用滤膜采集氡子体情况相近的氡子体源用以刻度测量氡子体的能谱仪。

用这种氡子体源测量，可以检验谱仪总探测效率与各能量段内探测效率是否一致。

它还能使能谱的能量分辨率、由于滤膜自吸收而造成的α粒子的能量衰减情况基本上与实测时相同。

这种氡子体源的制作是将一取样滤膜放入密封的、内置有高射气系数226Ra源的容器中，容器内的226Ra会衰变放出氡，氡衰变又会产生氡子体。

氡及其子体会不断按衰变规律增长，氡子体均匀地沉积在器壁和滤膜上[3]。

该装置的示意图如图2所示。

图2 RN-190氡子体标准源Fig. 2The standard source of radon progeny 该装置生产的氡子体滤膜源其活度是可以通过理论计算的，只要测量滤膜源取出后一段时间内的计数就可获得谱仪的探测效率。

由于氡子体具有两个能量峰（6.0和7.69 MeV）,因而这种方法不但可以获得谱仪总探测效率还可检验谱仪在各能量段内探测效率是否一致。

其计算公式[3]见式（4）。

23123(,)0()(,)100%t tt t tCEQ R M A×=××××（4）式中，E为探测效率。

C(t2, t3)为在t2、t3时间内测量的计数，它既可为全谱计数也可为 6.0或7.69 MeV能量段内计数。

t2、t3分别为滤膜从RN-190氡子体标准源取出后的测量开始和结束时间。

Q0为RN-190给出的滤膜源平均活度，单位dpm/cm2。

A 为暴露在密封室内滤膜源的面积，单位cm2。

R(t1)为平衡因子，100.0001258()1()1e t tR t−−=−，t0、t1分别为滤膜放入RN-190氡子体标准源的开始和结束时间。

23(,)t tM为t2, t3时间段内的累积因子M如表2所示。

实验采用了孔径为0.8 µm的微孔滤膜、过滤效率为0.993的醋酸纤维滤膜和铜片制作氡子体源。

实验发现，使用0.8µm的微孔滤膜、过滤效率为0.993的醋酸纤维酯滤膜制作的氡子体源在α能谱测量中都存在着峰重叠现象，而用铜片制作的氡子体源在α能谱测量中则不存在峰重叠现象。

峰重叠即能量为7.69 MeV的α粒子由于滤膜的自吸收所造成的能量损失进入了6.0 MeV能量峰区域。

具体表现为用两种滤膜制成的氡子体标准源,在8—23 min 内测得的RaA(6.0 MeV)能量段的探测效率η6.0一般为0.38左右，这一数值大大超过统计误差的范围，说明有部分7.69 MeV的α粒子进入6.0 MeV能量区域。

对于峰重叠问题主要是寻找重叠因子(µ)，然后利用重叠因子对各能量段计数加以修正。

这里利用氡子体的衰变性质来寻找重叠因子。

由于RaA （218Po）的半衰期（3.05 min）较短而RaC（214Bi）的半衰期（19.7 min）较长，所以在滤膜源取出60 min 后，RaA 已基本衰变完，而RaC’ 7.69 MeV能量峰计数则仍然较多，此时6.0 MeV 能量段的计数即可认为是7.69 MeV的α粒子由于能量损失而进入6.0 MeV能量段的。

因此6.0 MeV能量段计数与7.69 MeV能量段计数的比值即可作为重叠因子（实验证明，α谱仪工作站道漂极小，所以用这种方法确定重叠因子）。

重叠因子实验结果如表3所示（RaA （6.0 MeV）计数段对应的能量段为2—6.3 MeV，RaC’（7.69 MeV）计数段对应的能量段为6.3—7.9 MeV）。

经修正后结果即可认为RaA的计数段为702 核 技 术 第28卷表2 累积因子M Table 2 Integral factor Mα 谱 α spectrum间隔Interval(t 2—t 3)计数时间 Count period/ min总 α Gross αRaA(6.0) RaC’(7.69)1—6 5 7.383 2.390 5.003 2—75 6.882 1.896 4.9868—23 15 14.889 0.691 14.198表3 重叠因子结果Table 3 The result of overlap factor氡子体源制作材料Materials used in radon daughter source 重叠因子Peak overlap factor (µ)微孔滤膜 Millipore filter 0.8µm 0.0441±0.0012 醋酸纤维滤膜Acetate fibrous filter0.0742±0.0026 铜片Sheet copper0.0075±0.00122.0—6.3 MeV ，RaC’计数段为2.0—7.69 MeV ，即6.0 MeV 、7.69 MeV 的α粒子都与241Am 5.48 MeV α 粒子取得了相同的下阈，三者探测效率的不同是由滤膜的自吸收、探测器死层、粒子出射角度的不同和α谱仪的阈值造成。

根据下式可得出6.0和7.69 MeV 能量段的修正计数:N 6.0’=N 6.0－µ×N 7.69N 7.69’=(1＋µ)×N 7.69 （5）采用以上重叠因子修正，用滤膜源测得的仪器探测效率列于表4。

从表4可知：①三种材料制作的氡子体源和241Am 源测得的α能谱全谱探测效率在统计涨落范围内是一致的，氡子体α能谱各能量段的探测效率与全谱探测效率无大的偏差；②铜片制作的氡子体源探测效率的测量表明谱仪对高能段的探测效率与低能段的探测效率基本是一致的，这说明谱仪本身并不存在探测效率的能响问题（铜片制作的氡子体源不存在滤膜自吸收的影响）；③微孔滤膜、醋酸纤维滤膜制作的氡子体源，由于滤膜自吸收的影响，氡子体α能谱存在着峰重叠现象，在峰重叠因子的修正下，谱仪对高能段的探测效率要略大于低能段的探测效率。

这说明在用滤膜收集情况下的氡子体α能谱测量中低能、高能区的探测效率存在着细微差别，也说明使用氡子体滤膜源测量仪器的探测效率对氡子体α能谱测量是一种更有效的方法。