在核環(huán)境監(jiān)測、放射性生物學和核醫(yī)學領域,多數(shù)情況下樣品的比活度低于40Bq/kg。這一數(shù)值與周圍環(huán)境土壤中微量天然放射性核素的比活度為同一數(shù)量級。這種情況下,需要降低系統(tǒng)的本底,包括來自宇宙射線的環(huán)境本底和康普頓效應帶來的本底。低本底反康普頓伽瑪譜儀就是為了解決這一問題。
目前共有超過15套反康譜儀在國內(nèi)運行。
康普頓效應
伽瑪光子與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生光電效應、康普頓效應和電子對效應。
康普頓效應是指γ光子與原子中的電子發(fā)生彈性碰撞,將其部分能量傳遞給電子,電子從原子中被擊出,γ光子則以與初始運動方向成θ角的方向散射。
由于光子只將部分能量傳遞給了電子,因此不是在該γ光子的全能峰、而是在較低的能量上產(chǎn)生計數(shù),這樣,就在實際的能譜測量的譜圖中,在全能峰的左側(cè)產(chǎn)生一個連續(xù)的康普頓坪。
峰康比
<span style="line-height: 2.5;" text-indent:2em;"="">在測量較復雜的γ能譜時,較低能量的γ射線的全能峰往往會疊加在較高能量的γ射線的康普頓坪上,因此峰康比表示一臺伽馬譜儀在存在高能強峰的情況下,探測低能弱峰的能力。
康普頓坪
對Cs-137的0.662MeV γ射線,康普頓坪大約在358keV到382keV之間。
對Co-60的1.33MeV γ射線,康普頓坪大約在1.040keV到1.096keV之間。
通常定義一臺反康譜儀的峰康比都以Cs-137的0.662MeV能量峰的相應指標為參照。
評價低本底反康普頓譜儀主要技術指標
積分本底
康普頓抑制系數(shù)(定義為在康普頓反符合前后主探測器所測得的同一核素兩個γ譜圖中康普頓連續(xù)譜面積之比)
反康條件下的系統(tǒng)峰康比。
反康原理
當高能射線(例如初級宇宙射線)貫穿主探測器與反符合屏蔽探測器時,兩個探測器都有信號輸出時,反符合電子學線路使這些信號不被譜儀記錄,從而起到抑制或屏蔽本底信號的作用。
當被測樣品放出的γ射線入射到主探測器,其中發(fā)生康普頓效應的光子將產(chǎn)生非全能峰信號;散射光子同時進入到反符合屏蔽探測器產(chǎn)生信號,反符合電子學線路就會使這些信號不被譜儀記錄,從而起到降低系統(tǒng)本底、提高峰康比的作用。
采用ASPEC-927雙路16K多道的反康譜儀系統(tǒng)框圖
ORTEC反康普頓γ譜儀典型配置
40%~60%相對效率N型高純鍺探測器(推薦采用整體碳纖維封裝);
低本底垂直冷指;
30升杜瓦;
9"×9"NaI反康環(huán)探測器;
3"×3"NaI反康塞子探測器;專用反康鉛室;
NIM電子學反符合線路及連接電纜;
ASPEC-927雙路獨立16K多道分析器;
操作及分析軟件;
計算機與打印機。
ORTEC提供出廠前的系統(tǒng)集成測試數(shù)據(jù)和指標
ORTEC反康系統(tǒng)主要指標
GMX50探測器:
N型同軸高純鍺;相對探測效率≥50%;
能量響應范圍3keV – 10 MeV;
能量分辨率:對1.332 MeV峰(Co-60):≤ 2.2 keV;
峰康比≥58:1;
峰形參數(shù): FW0.1M/FWHM ≤2.0,F(xiàn)W0.2M/FWHM ≤ 3.0
反康模式
積分總本底(40 keV ~ 2 MeV): ≤ 0.5 CPS;
峰康比:≧ 1000:1(保證值);≧1100:1(典型值);
康普頓坪區(qū)抑制:≧ 6.0。
反康普頓前后譜圖