伍懷龍，章劍華，儲(chǔ)誠(chéng)勝，胡廣春，張昌繁，胡 根，龔 建，田東風(fēng)

（中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川綿陽 621900）

γ探測(cè)死時(shí)間與計(jì)數(shù)修正因子的關(guān)系

伍懷龍，章劍華，儲(chǔ)誠(chéng)勝，胡廣春，張昌繁，胡 根，龔 建，田東風(fēng)

（中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川綿陽 621900）

為在γ放射性活度很大的測(cè)量中使測(cè)量系統(tǒng)得到更好的準(zhǔn)確度，本文使用干擾源研究HPGe探測(cè)器得到了測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間與計(jì)數(shù)損失的關(guān)系。在γ能量為0.3～1.3MeV時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用104～105Bq量級(jí)的放射源，修正能峰的計(jì)數(shù)率一般保持在幾十s－1，證明在誤差范圍（3%）內(nèi)，計(jì)數(shù)損失隨死時(shí)間變化的關(guān)系與射線能量和計(jì)數(shù)強(qiáng)度無關(guān)，任意強(qiáng)度的任意核素均可使用這一修正公式進(jìn)行計(jì)數(shù)損失修正。

γ測(cè)量；計(jì)數(shù)損失；死時(shí)間

所有射線（包括γ射線）的測(cè)量均存在死時(shí)間。這是由于探測(cè)器的電子學(xué)線路處理每個(gè)進(jìn)入的粒子或光子時(shí)均需花一時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間）。當(dāng)進(jìn)入探測(cè)器的射線強(qiáng)度太大時(shí)，存在前一個(gè)射線還未處理完而下一個(gè)射線已進(jìn)入的情況。那么第2個(gè)射線就有可能不能被處理，此即死時(shí)間效應(yīng)。

高純鍺探測(cè)器系統(tǒng)的死時(shí)間是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的一個(gè)因素。一般，死時(shí)間較大會(huì)造成測(cè)量得到的計(jì)數(shù)發(fā)生損失，即測(cè)得的計(jì)數(shù)較實(shí)際的偏小。對(duì)于一正常的探測(cè)器，測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間較大的唯一原因是測(cè)量的計(jì)數(shù)率過大，故測(cè)量強(qiáng)源（約定活度在106Bq以上的為強(qiáng)源，活度在105Bq以下的為非強(qiáng)源）時(shí)會(huì)由于測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間增大而使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，測(cè)量強(qiáng)源時(shí)需對(duì)由于死時(shí)間增大帶來的誤差進(jìn)行評(píng)價(jià)［1］，并找到一合適的方法對(duì)這一誤差進(jìn)行修正。一般在用的探測(cè)器若可進(jìn)行強(qiáng)放射性測(cè)量，則需對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行死時(shí)間修正。文獻(xiàn)［2］用一臺(tái)高純鍺γ射線探測(cè)器譜儀對(duì)一已知活度的137Cs源（單能661.67keV）的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了修正。本文將更深入地研究死時(shí)間問題，通過不同的高純鍺γ探測(cè)器譜儀的修正實(shí)驗(yàn)，研究證明修正公式對(duì)各能量的γ射線基本一致，以及修正公式基本不隨計(jì)數(shù)強(qiáng)度的變化而變化。

1 實(shí)驗(yàn)方案

死時(shí)間造成計(jì)數(shù)損失［3］的影響包括兩方面：1）待測(cè)核素本身活度較強(qiáng)；2）干擾源（即非目標(biāo)測(cè)量核素）活度較強(qiáng)。由于沒有活度已知的強(qiáng)放射源，實(shí)驗(yàn)采用一個(gè)干擾源，放在與探測(cè)器相距不同的位置，使探測(cè)器系統(tǒng)死時(shí)間發(fā)生變化，來觀測(cè)待測(cè)核素計(jì)數(shù)率的變化。實(shí)驗(yàn)需保持待測(cè)源位置不動(dòng)，所以它的計(jì)數(shù)變化完全是由于測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間的變化引起的。

使用一強(qiáng)待測(cè)源放在距探測(cè)器不同的位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，需確定待測(cè)源位置變動(dòng)時(shí)各位置的探測(cè)效率，這盡管可在較大精度下確定探測(cè)效率［4］，但也引入了一不確定因素。為在進(jìn)行修正實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量無其他因素干擾，采取的另一方案是保持待測(cè)源幾何位置完全不動(dòng)，用另一干擾源使測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間變化，以確定死時(shí)間變化時(shí)待測(cè)源測(cè)量所需的修正方法。

首先，認(rèn)為與計(jì)數(shù)損失有關(guān)的變量可能是測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間、γ射線能量和光電峰強(qiáng)度，則計(jì)數(shù)修正因子CR有：

式中：Iγ為光電峰真實(shí)強(qiáng)度；Ic為光電峰測(cè)量強(qiáng)度；E為γ射線光電峰能量；DT為死時(shí)間分?jǐn)?shù)。

為證明死時(shí)間修正公式僅與死時(shí)間的數(shù)值有關(guān)，即用實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)源得到的通過干擾源使死時(shí)間增大而作出的死時(shí)間修正公式可用于以后對(duì)任意核素的測(cè)量，需證明計(jì)數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與γ射線光電峰能量E、光電峰測(cè)量強(qiáng)度Ic無關(guān)，而只與測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間分?jǐn)?shù)DT有關(guān)。即要證明有如下關(guān)系存在：

若式（2）被證明是正確的，那么使用實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)度較小的標(biāo)準(zhǔn)源所作的在某能量處（如137Cs的661.67keV）的死時(shí)間修正公式，就可直接用于將來測(cè)量其他能量強(qiáng)峰的修正。

由此，實(shí)驗(yàn)安排如下：使用152Eu作為干擾源，放在探測(cè)器側(cè)面不同距離處，以使系統(tǒng)死時(shí)間發(fā)生變化；使用133Ba、60Co、137Cs作為測(cè)量源放于探測(cè)器正面的固定位置，對(duì)這3種核素的276.04、302.85、356.02、383.85、661.67、1 173.23、1 332.49keV 7個(gè)能量的γ射線峰進(jìn)行計(jì)數(shù)損失修正分析。對(duì)每個(gè)能量峰均可作出計(jì)數(shù)隨死時(shí)間的修正曲線。若能確定這些修正曲線在誤差范圍（3%）內(nèi)是一致的，則可證明計(jì)數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與光電峰能量E無關(guān)。

然后，將133Ba、60Co、137Cs源放于探測(cè)器正面的不同位置，使這7個(gè)能量峰的計(jì)數(shù)強(qiáng)度發(fā)生變化，作出計(jì)數(shù)隨死時(shí)間的修正曲線。若能確定這些曲線在誤差范圍內(nèi)是一致的，則可證明計(jì)數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與光電峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度Ic無關(guān)。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)所使用的標(biāo)準(zhǔn)源為152Eu（7.098× 105Bq）、133Ba（2.247×105Bq）、137Cs（2.404× 105Bq）、60Co（1.979×105Bq）。各核素所使用的參數(shù)見文獻(xiàn)［5］。γ能譜解譜使用自主編寫的γ能峰解譜軟件［6］。

采取的實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1）將測(cè)量源60Co、137Cs放于探測(cè)器正面15cm處，干擾源152Eu放于側(cè)面不同位置以使死時(shí)間發(fā)生變化，得到的結(jié)果示于圖1、2。

2）將測(cè)量源133Ba放于探測(cè)器正面15cm處，干擾源152Eu放于側(cè)面不同位置以使死時(shí)間發(fā)生變化，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖1。

圖1 測(cè)量源60Co、137Cs和133Ba放置于15cm處的修正結(jié)果和擬合曲線Fig.1 Correct results and simulation curves with distance of 15cm for60Co，137Cs and133Ba

圖2 測(cè)量源60Co、137Cs放置不同位置處修正結(jié)果和擬合曲線Fig.2 Correct results and simulation curves at various positions of60Co and137Cs

3）將測(cè)量源60Co、137Cs放于探測(cè)器正面10cm處，干擾源152Eu放于側(cè)面不同位置以使死時(shí)間發(fā)生變化，得到的結(jié)果示于圖2。

4）將測(cè)量源60Co、137Cs放于探測(cè)器正面5cm處，干擾源152Eu放于側(cè)面不同位置以使死時(shí)間發(fā)生變化，得到的結(jié)果示于圖2。

步驟1和2檢驗(yàn)計(jì)數(shù)損失修正公式在不同能量處是否一致。步驟3和4檢驗(yàn)在測(cè)量γ射線峰強(qiáng)度變化時(shí)對(duì)它們的計(jì)數(shù)損失修正公式是否一致。

根據(jù)圖1示出的60Co、137Cs和133Ba的7個(gè)能量的修正曲線，使用擬合公式：

從圖1可看出，對(duì)不同能量γ射線峰，計(jì)數(shù)的修正因子隨死時(shí)間的變化是一致的，所以式（3）中的計(jì)數(shù)修正因子CR（Ic，DT）與能量無關(guān)。

根據(jù)式（3）擬合出圖1中計(jì)數(shù)修正曲線（粗線），這時(shí)擬合系數(shù)P1為0.988 02，系數(shù)P2為0.001 5。

根據(jù)圖2示出的60Co、137Cs源在不同位置時(shí)的計(jì)數(shù)修正曲線，使用與式（3）類似的擬合公式：

從圖2可看出，不同位置測(cè)量的峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度不同，但計(jì)數(shù)修正因子隨死時(shí)間的變化一致，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合線的差異在3%以內(nèi)，所以式（4）中的計(jì)數(shù)修正因子CR（DT）與γ射線光電峰測(cè)量強(qiáng)度Ic無關(guān)。

根據(jù)式（4）擬合出圖2的計(jì)數(shù)修正曲線（圖2中粗線），這時(shí)P1為0.988 02，P2為0.001 5。

需說明的是，式（3）、（4）的擬合均是使用圖1、2中不同位置、不同能量在相同死時(shí)間下計(jì)數(shù)損失的平均值進(jìn)行的。

3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)圖1、2進(jìn)行誤差分析，得到凈計(jì)數(shù)率n0與總計(jì)數(shù)率ns和康普頓平臺(tái)本底計(jì)數(shù)率nb的關(guān)系［9］為：

根據(jù)誤差傳遞公式得到標(biāo)準(zhǔn)誤差：

4 小結(jié)

本文使用干擾源研究得到了測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間與計(jì)數(shù)損失的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與γ射線光電峰能量、光電峰測(cè)量強(qiáng)度無關(guān)，僅與測(cè)量系統(tǒng)死時(shí)間分?jǐn)?shù)有關(guān)。在以后進(jìn)行的任意強(qiáng)放射性核素測(cè)量時(shí)均可使用相同的修正公式，且這種修正方法主要針對(duì)的是HPGe探測(cè)器。

［1］ 伍懷龍，田東風(fēng).武器級(jí)钚材料豐度和年齡測(cè)量研究［J］.中國(guó)科學(xué)E，2009，39（2）：261-265.WU Huailong，TIAN Dongfeng.Investigation of weaponry plutonium abundance and age analysis［J］.Science in China E，2009，39（2）：261-265（in Chinese）.

［2］ 伍懷龍，楊曉波，唐元明.死時(shí)間和源不均勻性對(duì)γ測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，中國(guó)核科技報(bào)告CNIC-01760CAEP-0142［R］.綿陽：中國(guó)工程物理研究院，2005.

［3］ 陳偉，馮天成，晏林，等.幾套就地HPGeγ譜儀系統(tǒng)的死時(shí)間修正［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2010，44（5）：589-594.

CHEN Wei，F(xiàn)ENG Tiancheng，YAN Lin，et al.Deadtime correction of several in-situ HPGeγ spectrometers［J］.Atomic Energy Science and Technology，2010，44（5）：589-594（in Chinese）.

［4］ LABSOCS manual［M］.USA：CANBERRA Inc.，2005.

［5］ RICHARD B.Firestone 1996table of isotope［M］.8th ed.USA：Lawrence Berkeley National Laboratory，1996.

［6］ 伍懷龍，劉素萍，龔有進(jìn)，等.輻射指紋的解析技術(shù)研究［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2006，40（1）：10-14.

WU Huailong，LIU Suping，GONG Youjin，et al.Investigation of gamma spectra analysis［J］.Atomic Energy Science and Technology，2006，40（1）：10-14（in Chinese）.

Relationship betweenγDetection Dead-time and Count Correction Factor

WU Huai-long，ZHANG Jian-hua，CHU Cheng-sheng，HU Guang-chun，ZHANG Chang-fan，HU Gen，GONG Jian，TIAN Dong-feng
（Institute of Nuclear Physics and Chemistry，China Academy of Engineering Physics，Mianyang621900，China）

The relationship between dead-time and count correction factor was investigated by using interference source for purpose of highγactivity measurement.The count rates maintain serval 10s－1withγenergy of 0.3-1.3MeV for 104-105Bq radioactive source.It is proved that the relationship between count loss and dead-time is unconcerned at various energy and various count intensities.The same correction formula can be used for any nuclide measurement.

γdetection；count loss；dead-time

O571.4

：A

：1000-6931（2015）01-0162-04

10.7538／yzk.2015.49.01.0162

2013-07-11；

2014-04-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11375157）

伍懷龍（1972—），男，重慶人，副研究員，博士，從事核物理測(cè)試與核技術(shù)應(yīng)用研究