大面积塑料闪烁体γ探测技术研究

　　塑料闪烁体探测器由于其价格低廉,容易加工成不同的大小和形状,被广泛用于辐射监控。在核监控中为了提高探测效率,通常将探测器尺寸做得很大[1-3],其长度加工可达1米以上。

　　当塑料闪烁体较长时,在离光收集点较远的入射粒子所产生的光子到达光收集点的光程较长,光信号的衰减很严重,引起光收集效率降低,从而导致探测效率降低,因此如何提高大面积塑料闪烁体的γ探测效率是一个有待解决的问题。

　　塑料闪烁体的反射层、闪烁光收集、光电倍增管和电子学的信噪比、计数方法都对γ射线探测效率的相对高低有影响,本文着重研究如何提高闪烁光的收集。

　　1　探测模型

　　1·1　单路测量

　　传统单路信号采集方法如图1。

　　该方法在探测器面积较大时,存在当γ射线入射点在距离信号收集点较远时,γ射线引起的荧光要经较长的距离才能传到光电倍增管,在传输过程中被吸收的概率较大,探测效率较低。如图1中γ射线从A点入射的探测效率低于B点入射。

　　在国内,梁齐和李玉兰等人分别开展过长方体塑料闪烁体光收集效率的理论和实验研究,分别指出随着发光点到光采集点距离的增加,光收集效率明显下降[4,5]。

　　1·2　两路加和测量

　　为了提高不同位置的入射射线的探测效率,避免远距离点探测效率过低的问题,我们在塑料闪烁体的每端接一个光电倍增管,进行双路信号采集,使用加和器对两路信号加和,得到计数Ns。

　　此外,本实验设计如下实验方案检验加和器计数的可靠性。分别单独测量图2中单道1计数N1和单道2计数N2,然后测量两路符合计数Ncoin(即重复计数部分)。用两路计数相加再扣除符合计数可得到其真计数Nr。

　　Nr= N1+N2-Ncoin

　　把Nr与Ns进行比较,如果这两个结果能很好的吻合,则说明使用加和器对两路信号进行采集的方法可行。实验方案如图2。

　　2　实验研究

　　2·1　实验仪器

　　塑料闪烁体的几何尺寸为(1000×250×50)mm3,见图3。实验中使用的核电子学仪器包括光电倍增管、电源、放大器、单道、门产生器、定标器、符合器以及加和器。放射源样品为7.36g的浓缩铀样品和Co-Cs混合源。

　　2·2　实验方法和数据

　　为了研究距离对探测效率的影响,实验测量了沿闪烁体中线,距闪烁体一端的距离为15cm,30cm,50cm,70cm,85cm时分别单独测量两个单道计数、加和器计数以及符合计数。为了分析闪烁体对不同能量γ射线的响应,放射性样品选用了7.36g的浓缩铀样品和Co-Cs混合源,实验方案如图2。

　　为了扣除电子学噪声对实验的影响,本实验做了甄别阈曲线,选择甄别阈为0.3 V,已经充分卡掉了电子学噪声。