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利用蒙特卡罗方法进行伽马能谱全谱重叠峰模拟分解初步研究

作　者: 高宝龙
导　师: 王南萍
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: NaI(Tl)伽马能谱仪蒙特卡罗方法 MCNP 模拟
分类号: X837
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 11次
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内容摘要

随着我国核电事业的发展和核技术的广泛应用,放射性污染和核事故潜在危险随之增加,对突发核事故和核电站放射性本底监测、核设施附近放射性污染监测等有关环境问题已经引起了我国政府和公众的广泛关注。NaI(Tl)伽马能谱仪具有探测效率高、可在常温下使用等特点,在航空和就地伽马能谱测量中应用广泛,但其能量分辩率比高纯锗探测器差,能量相近的峰往往会重叠在一起,尤其是在低能部分更是如此。铀系 214Bi 的 0.609 MeV、钍系 208Tl 的 0.583 MeV 和 137Cs 的 0.662MeV 伽马射线全能峰几乎重叠在一起,提取人工核素比较困难。而核电站事故和核泄漏的最重要指示元素就是 137Cs,因此,研究 NaI(Tl)伽马能谱全谱的解谱及从全谱中快速准确地提取人工核素 137Cs 信息的方法有学术意义和实际意义。本论文应用蒙特卡罗方法(MCNP4B 程序)定量模拟了 digiDART NaI(Tl)伽马能谱仪测量土壤中天然放射性核素 238U、232Th、40K 及人工放射性核素 137Cs。模拟完成的内容有:空气中 137Cs 点源模拟、土壤体源中天然核素模拟、137Cs 点源在土壤中分布模拟。并将模拟结果与现场伽马能谱测量数据进行了对比。得出如下结论:(1)空气中活度约为 5×10-5Bq 的 137Cs 点源分别距离探测器 10、30、50、70、100、120cm六个距离的模拟结果和现场测量对比结果表明,137Cs 的 0.662 MeV 全能峰主峰位计数率在-32.68~27.32%误差范围内吻合。土壤体源模拟了 238U、232Th 和 40K 三个天然核素中的 40个能量,低能部分只考虑康普顿散射、电子对效应和光电效应三种效应。与现场测量结果对比结果表明,土壤体源模拟与现场实验测量的对应能量峰峰形和峰位都能很好的吻合,但对应全能峰的计数率误差较大。(2)土壤中 137Cs 点源分布模拟结果表明,活度约为 5×10-5Bq 的 137Cs 点源在 0~50cm深度范围土壤对其吸收呈如下指数衰减规律:Y=0.00139·e-0.2578x;距探测器 20~150cm 侧向范围内,137Cs 点源在探测器上的脉冲响应随着距离的增加呈如下乘幂关系递减:Y=4291.3·X-2.0232。测定 137Cs 点源在土壤深度和土壤表面侧向距离上的探测下限分别为30cm 和 70cm。(3)对伽马全谱低能信息中 137Cs 信息的提取方法进行了讨论。

全文目录

1 引言  9-24
  1.1 选题目的及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-24
    1.2.1 伽玛能谱测量方法研究现状  10-11
    1.2.2 伽马能谱多道谱数据解谱方法  11-24
2 多道伽马能谱测量的理论基础  24-28
  2.1 天然放射性核素的Γ射线谱  24-26
  2.2 NAI（TI）探测器工作原理  26-28
3 蒙特卡罗程序MCNP48 简介  28-35
4 MCNP 程序模拟实验过程  35-49
  4.1 MCNP 程序模拟尝试阶段  35-39
    4.1.1 ~(137)Cs 点源模拟  35-37
    4.1.2 标准体源模拟  37-39
  4.2 实际模拟实验阶段  39-49
    4.2.1 探测器  39-40
    4.2.2 源描述  40-42
    4.2.3 MCNP48 程序模拟  42-49
5 模拟结果处理与分析  49-61
  5.1 ~(137)CS 点源模拟结果与分析  49-52
  5.2 体源模拟结果与分析  52-56
  5.3 ~(137)CS 点源在体源中分布情况模拟  56-61
6 实验对比分析  61-73
  6.1 ~(137)CS 源模拟与实验结果对比分析  62-66
  6.2 体源模拟与实验结果对比分析  66-68
  6.3 体源中~(137)CS 点源分布模拟与实验结果对比分析  68-72
    6.3.1 体源中~(137)Cs 点源纵向分布模拟与实验对比  68-70
    6.3.2 体源中~(137)Cs 点源侧向分布模拟与实验对比  70-72
  6.4 体源模型中~(137)CS 信息提取理论方法讨论  72-73
7 结论与建议  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
附录一 MCNP 模拟土壤体源程序代码  78-84
附录二 MCNP 模拟~(137)CS 点源程序代码  84-85

利用蒙特卡罗方法进行伽马能谱全谱重叠峰模拟分解初步研究

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