碘化钠能谱仪在测量核事故放射性物质活度中的应用

发布时间：2017-08-07 07:36

  本文关键词：碘化钠能谱仪在测量核事故放射性物质活度中的应用

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【摘要】：核能的发现到利用已经有大半个世纪了,在给人类带来不尽能源的同时,也给环境造成了一定的污染。早期的核试验一般都在地面进行,随之而来的是大量的放射性物质给空气和地面环境造成严重污染。虽然现在核武器的实验已经大大减少,但新的问题也随之而来,随着能源短缺的加剧,一座座核电站拔地而起。在给我们带来清洁能源的同时,也埋下了安全隐患。2011年日本福岛核电站事故,大量放射性物质泄漏。特别是Cs-137和Cs-134核素,给周边环境造成严重污染。食品安全面临严峻挑战,传统的仪器难以对低活度的物质进行定性和定量的分析。较为先进的HPGe谱仪由于其价格昂贵且使用环境苛刻,应用受到一定的限制。本文通过调研国内外用于测量物质放射性活度的相关能谱仪以及测量技术的相关方法。结合前人研究的成果,对碘化钠闪烁晶体作为探测器的固定式核能谱仪在核事故中的实际应用进行了探究。本仪器采用的是5cm壁厚的铅室作为测量腔室。空气本底计数在250cpm左右,水本底计数在315cpm左右。有较好的屏蔽效应,提高了仪器的探测下限。文章采用五点最小二乘拟合法对仪器进行能量线性的刻度,保证了射线从低能到高能都具有很好的线性。利用MCNP软件对能谱仪测量物质放射性活度进行实际的模拟,优化了仪器的探测效率。同等条件下,探测效率提高了近15%。通过实际测量,证明了MCNP模拟结果是相对准确的。首先对能谱仪整机进行组装和调试,保证能谱仪具有较好的能量分辨率和能量线性,并对能量线性采用了五点法进行刻度。由于统计涨落和电子噪声等方面的影响,实测的γ能谱是带有统计涨落的γ谱形。为减少统计涨落对后续峰位确定以及对核素进行定性和定量分析的影响。本文采用了3点重心法、最小二乘移动平滑法、高斯低通滤波法对实测的γ能谱进行了平滑处理,并对相应的平滑效果进行了分析。利用高斯拟合法对特征峰进行拟合和利用最小二乘法对重峰进行分解。在对核素进行定量分析中,本文采用了特征峰逆矩阵法和最小二乘法分别计算相应核素的活度。并对两种计算方法进行比对。发现在实际的测量中,理论相对较差的特征峰逆矩阵法更适用于对核事故中产生的放射性物质Cs-137、Cs-134、K-40的活度进行定量分析。
【关键词】：NaI(Tl) MCNP 探测效率 数据平滑 逆矩阵法 最小二乘法
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH842
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 选题背景和研究意义8-9
• 1.2 国内外研究和发展现状9-10
• 1.3 论文研究内容10-12
• 2 碘化钠能谱仪测量理论与初步调试12-18
• 2.1 NaI(T1) γ 能谱仪工作原理12-13
• 2.2 γ 射线与物质的相互作用13-15
• 2.2.1 光电效应13
• 2.2.2 康普顿效应13-14
• 2.2.3 电子对效应14-15
• 2.3 能谱仪的初步调试15-18
• 3 探测效率优化的MC模拟18-26
• 3.1 探测效率介绍18
• 3.2 蒙特卡罗方法与MCNP程序介绍18-21
• 3.2.1 蒙特卡罗方法介绍18-19
• 3.2.2 MCNP程序介绍19-21
• 3.3 探测效率优化21-26
• 3.3.1 模型建立21-22
• 3.3.2 模拟数据的处理22-23
• 3.3.3 实际探测效率的验证23-26
• 4 能谱数据的平滑处理26-34
• 4.1 重心平滑法26-27
• 4.2 最小二乘移动平滑法27-30
• 4.2.1 最小二乘方法介绍27-29
• 4.2.2 能谱数据平滑分析29-30
• 4.3 傅立叶低通滤波30-34
• 4.3.1 傅立叶变换法介绍30-32
• 4.3.2 傅立叶低通滤波数据平滑32-34
• 5 能谱峰面积的计算34-38
• 5.1 协方差法寻峰34-35
• 5.2 单能峰的高斯拟合35-36
• 5.3 重峰的高斯分解36-38
• 6 物质放射性活度的计算38-48
• 6.1 逆矩阵法计算物质活度38-39
• 6.2 最小二乘法计算物质活度39-40
• 6.2.1 最小二乘法计算未知核素方法39-40
• 6.2.2 最小二乘法响应系数矩阵的计算40
• 6.3 逆矩阵法和最小二乘法在物质活度中的实际应用对比40-46
• 6.3.1 逆矩阵法在活度计算中的应用41-43
• 6.3.2 最小二乘法在活度计算中的应用43-46
• 6.3.3 特征峰逆矩阵算法和最小二乘法计算的对比分析46
• 6.4 能谱仪其它参数的确定46-48
• 7 结论48-50
• 致谢50-52
• 参考文献52-54
• 附录54-68
• 附录 1：模拟优化能谱仪探测效率的MCNP数据文件54-56
• 附录 2：3 点重心平滑法程序56-57
• 附录 3：最小二乘移动平滑法程序57-60
• 附录 4：傅立叶低通滤波程序60-62
• 附录 5：单能峰的高斯拟合程序62-65
• 附录 6：重叠峰的高斯分解程序65-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 裴少英;王南萍;;航空γ能谱全谱数据的高斯分解方法[J];科技导报;2006年11期

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本文编号：633527