伍懷龍，章劍華，儲誠勝，胡廣春，張昌繁，胡 根，龔 建，田東風

（中國工程物理研究院核物理與化學研究所，四川綿陽 621900）

γ探測死時間與計數(shù)修正因子的關(guān)系

伍懷龍，章劍華，儲誠勝，胡廣春，張昌繁，胡 根，龔 建，田東風

（中國工程物理研究院核物理與化學研究所，四川綿陽 621900）

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

γ測量；計數(shù)損失；死時間

所有射線（包括γ射線）的測量均存在死時間。這是由于探測器的電子學線路處理每個進入的粒子或光子時均需花一時間（響應時間）。當進入探測器的射線強度太大時，存在前一個射線還未處理完而下一個射線已進入的情況。那么第2個射線就有可能不能被處理，此即死時間效應。

高純鍺探測器系統(tǒng)的死時間是影響測量準確度的一個因素。一般，死時間較大會造成測量得到的計數(shù)發(fā)生損失，即測得的計數(shù)較實際的偏小。對于一正常的探測器，測量系統(tǒng)死時間較大的唯一原因是測量的計數(shù)率過大，故測量強源（約定活度在106Bq以上的為強源，活度在105Bq以下的為非強源）時會由于測量系統(tǒng)死時間增大而使測量結(jié)果不準確。因此，測量強源時需對由于死時間增大帶來的誤差進行評價［1］，并找到一合適的方法對這一誤差進行修正。一般在用的探測器若可進行強放射性測量，則需對測量結(jié)果進行死時間修正。文獻［2］用一臺高純鍺γ射線探測器譜儀對一已知活度的137Cs源（單能661.67keV）的測量結(jié)果進行了修正。本文將更深入地研究死時間問題，通過不同的高純鍺γ探測器譜儀的修正實驗，研究證明修正公式對各能量的γ射線基本一致，以及修正公式基本不隨計數(shù)強度的變化而變化。

1 實驗方案

死時間造成計數(shù)損失［3］的影響包括兩方面：1）待測核素本身活度較強；2）干擾源（即非目標測量核素）活度較強。由于沒有活度已知的強放射源，實驗采用一個干擾源，放在與探測器相距不同的位置，使探測器系統(tǒng)死時間發(fā)生變化，來觀測待測核素計數(shù)率的變化。實驗需保持待測源位置不動，所以它的計數(shù)變化完全是由于測量系統(tǒng)死時間的變化引起的。

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

首先，認為與計數(shù)損失有關(guān)的變量可能是測量系統(tǒng)死時間、γ射線能量和光電峰強度，則計數(shù)修正因子CR有：

式中：Iγ為光電峰真實強度；Ic為光電峰測量強度；E為γ射線光電峰能量；DT為死時間分數(shù)。

為證明死時間修正公式僅與死時間的數(shù)值有關(guān)，即用實驗室的標準源得到的通過干擾源使死時間增大而作出的死時間修正公式可用于以后對任意核素的測量，需證明計數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與γ射線光電峰能量E、光電峰測量強度Ic無關(guān)，而只與測量系統(tǒng)死時間分數(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，那么使用實驗室強度較小的標準源所作的在某能量處（如137Cs的661.67keV）的死時間修正公式，就可直接用于將來測量其他能量強峰的修正。

由此，實驗安排如下：使用152Eu作為干擾源，放在探測器側(cè)面不同距離處，以使系統(tǒng)死時間發(fā)生變化；使用133Ba、60Co、137Cs作為測量源放于探測器正面的固定位置，對這3種核素的276.04、302.85、356.02、383.85、661.67、1 173.23、1 332.49keV 7個能量的γ射線峰進行計數(shù)損失修正分析。對每個能量峰均可作出計數(shù)隨死時間的修正曲線。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源放于探測器正面的不同位置，使這7個能量峰的計數(shù)強度發(fā)生變化，作出計數(shù)隨死時間的修正曲線。若能確定這些曲線在誤差范圍內(nèi)是一致的，則可證明計數(shù)修正因子CR（E，Ic，DT）與光電峰計數(shù)強度Ic無關(guān)。

2 實驗與結(jié)果

本實驗所使用的標準源為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［5］。γ能譜解譜使用自主編寫的γ能峰解譜軟件［6］。

采取的實驗步驟如下。

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

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

圖1 測量源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）將測量源60Co、137Cs放于探測器正面10cm處，干擾源152Eu放于側(cè)面不同位置以使死時間發(fā)生變化，得到的結(jié)果示于圖2。

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

步驟1和2檢驗計數(shù)損失修正公式在不同能量處是否一致。步驟3和4檢驗在測量γ射線峰強度變化時對它們的計數(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個能量的修正曲線，使用擬合公式：

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

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

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

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

根據(jù)式（4）擬合出圖2的計數(shù)修正曲線（圖2中粗線），這時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間下計數(shù)損失的平均值進行的。

3 數(shù)據(jù)分析

對圖1、2進行誤差分析，得到凈計數(shù)率n0與總計數(shù)率ns和康普頓平臺本底計數(shù)率nb的關(guān)系［9］為：

根據(jù)誤差傳遞公式得到標準誤差：

4 小結(jié)

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

［1］ 伍懷龍，田東風.武器級钚材料豐度和年齡測量研究［J］.中國科學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.死時間和源不均勻性對γ測量準確性的影響，中國核科技報告CNIC-01760CAEP-0142［R］.綿陽：中國工程物理研究院，2005.

［3］ 陳偉，馮天成，晏林，等.幾套就地HPGeγ譜儀系統(tǒng)的死時間修正［J］.原子能科學技術(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，等.輻射指紋的解析技術(shù)研究［J］.原子能科學技術(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

國家自然科學基金資助項目（11375157）

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