溴化鑭探測器在工業在線分析中的應用

　　溴化鑭（labr3）閃爍體是近年發展起來的一種新型無機晶體，自問世以來以其卓越的性能受到核探測界的青睞。中子活化在線多元素分析儀利用瞬發γ中子活化分析（pgnaa）技術中，對核輻射探測器有極高的要求，要具有優越的能量分辨率、線性、探測效率、計數通過率和穩定性。而溴化鑭閃爍體在以上幾方面的性能參數明顯優越于其他閃爍體探測器，擁有遠大的應用前景和市場價值[1]。由于溴化鑭晶體的商業應用相對較晚，另一方面晶體成本較高，目前工業核儀器儀表中應用較少。本文將自行設計的溴化鑭探測器應用于中子活化多元素分析儀產品中，使中子活化多元素分析儀在元素測量精度與重復性方面取得了新的突破。

 

　　1溴化鑭探測器的設計

 

　　溴化鑭閃爍體探測器由溴化鑭晶體、光電倍增管、電子學部分、機械部分組成。在溴化鑭晶體本身優越性能的基礎上，配合溴化鑭晶體應用的電子學部分及外形結構，最終將溴化鑭探測器應用于中子活化多元素分析儀產品中。

 

　　探測器的設計工作有以下2個方面：①將溴化鑭晶體與普遍應用的碘化納晶體性能進行對比分析，選擇圣戈班公司76cm×76cm溴化鑭晶體；②經過嚴格理論計算與實際測試設計電子學硬件及外形結構，包括選擇適合溴化鑭晶體的光電倍增管、設計高計數率、高線性分壓器、低噪聲電荷靈敏前置放大器、溫控器等，同時考慮探測器機械外形結構部分的設計，減小由于機械部分對射線造成的散射和衰減，探測器設計完成后進行應用測試[2]。

 

　　2溴化鑭探測器的應用

 

　　2.1自計數測試分析

 

　　溴化鑭（labr3）晶體中含有la元素，la有2種天然同位素139la和138la，138la具有放射性，豐度為0.09%，其衰變綱圖見圖1，溴化鑭探測器自計數本底譜見圖2。

 

圖1 138la衰變綱圖

　　138la有66.4%分支比發生k層軌道電子俘獲(ec)生成激發態138ba，138ba退激發出1436kevγ射線，同時為填滿軌道電子俘獲形成的k層電子殼層空缺，鋇核外電子躍遷發出35kev x射線，138la剩余33.6%分支比發生β衰變生成138ce，放出789kevγ射線同時放出β終點能量255kev。

 

圖2 溴化鑭探測器自計數本底譜

　　由圖2可見，從左至右首先看到β連續譜從零點到255kev，由138la衰變為138ce產生，從255到750kev之間譜形為789和1436kevγ射線產生的康普頓散射計數，789kev以后是要分析的高能量區域。由于789kevγ與β終點能量同時發生，使得789kev至1mev左右為一連續譜。最明顯的是1436kevγ，我們看到其向高能部分產生了偏移，主要是由l層填滿k層電子產生的32kev x射線與填滿l層電子產生的5kev x射線同時發生的貢獻。

 

　　1750kev以上能量計數主要由于227ac產生的α射線貢獻，這是由于晶體的生長工藝造成的，整個自計數譜形138la具有顯著的本底特征。

 

　　2.2能量分辨率測試

 

　　能量分辨率是衡量探測器性能的重要參數，表示探測器分辨兩個相近能量射線的能力。測量溴化鑭探測器的能量分辨率為2.8%，而碘化鈉探測器的能量分辨率為7%。溴化鑭測試137cs譜形見圖3。

 

圖3 溴化鑭測試137cs譜

　　2.3溴化鑭探測器應用于中子活化多元素分析儀標定測試

 

　　中子活化元素分析標定對比采用溴化鑭與碘化納探測器標定對比。進行元素分析標定測試，測量原理示意見圖4。測量分析的元素主要為ca、si、fe，其主要能量[3]見表2。

 

圖4 多元素分析儀測量原理圖

　　表2中子活化主要分析元素能量