[科普中國]-反符合

核物理中有許多同時(shí)發(fā)生或在短時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生并有內(nèi)在因果聯(lián)系的相關(guān)事件稱為符合事件。測量符合事件的電子學(xué)系統(tǒng)稱為符合系統(tǒng)。相反的，有些測量要排除符合事件，這種系統(tǒng)稱為反符合系統(tǒng)。

符合和反符合電路都有確定的分辨時(shí)間τ，若探測器分別記錄一組時(shí)間間隔小于τ的符合事件，符合電路便可輸出一個(gè)符合脈沖，而反符合電路則只在相反的情況下才能有脈沖輸出。

內(nèi)容簡介現(xiàn)有的反符合甄別系統(tǒng)主要服務(wù)于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究和大型測量設(shè)備，隨著對便攜式低本底γ能譜測量需求的增加，反符合甄別系統(tǒng)的小型化也變得日趨緊迫。便攜式反康普頓探測器配套的輸出甄別系統(tǒng)，將現(xiàn)有的依靠3個(gè)探測器輸出信號，改為僅依靠主、輔2個(gè)探測器輸出信號就能實(shí)現(xiàn)反符合降低本底的目的，實(shí)現(xiàn)了對該類檢測系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，最大程度上降低了儀器成本。同時(shí)，由于該甄別系統(tǒng)只有兩個(gè)信號通道，中間節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)有所減少，較現(xiàn)有技術(shù)而言系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高100%。另外，使用脈沖幅度/時(shí)間聯(lián)合甄別算法，較現(xiàn)有技術(shù)的甄別準(zhǔn)確率提高26%以上。

低本底反符合γ譜儀本底主要來源的確定對于低水平γ放射性的測量，探測系統(tǒng)的本底計(jì)數(shù)率是影響測量精度的重要因素。低本底反符合γ譜儀采用物質(zhì)屏蔽與反符合屏蔽相結(jié)合的辦法，不但大大降低了系統(tǒng)的本底，同時(shí)也抑制了譜儀測得的γ譜的康普頓連續(xù)區(qū)計(jì)數(shù)，使系統(tǒng)的峰康比得到很大提高，在低水平γ放射性測量領(lǐng)域已成為重要的測試工具和手段。國內(nèi)許多單位都已經(jīng)建造或購買了這種譜儀，而且還有一些單位正在籌建。

以HPGe為主探測器的低本底反符合γ譜儀，其主要技術(shù)指標(biāo)，尤其是譜儀的本底，都已達(dá)到相當(dāng)好的水平。 雖然如此，實(shí)踐表明譜儀在本底方面仍存在一個(gè)不可忽視的缺陷，即NaI(Tl)環(huán)探測器所使用的6個(gè)光導(dǎo)玻璃窗內(nèi)含有大量的鉀，其中的40K構(gòu)成了這套譜儀本底的最主要來源。

譜儀結(jié)構(gòu)譜儀基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由HPGe主探測器、 NaI(Tl)環(huán)探測器、 NaI(Tl)堵頭探測器、屏蔽室、電子學(xué)線路及數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)等構(gòu)成。

（1）HPGe主探測器

由美國ORTEC公司生產(chǎn)的P型HPGe探測器，對60Co的1332keV γ射線能量分辨率為1.86keV，相對探測效率 38%，主晶體下部裝有一塊厚為2cm的老鉛，用以屏蔽來自探測器下部的本底輻射。

（2）屏蔽室

由FH1906型低本底反符合γ譜儀的屏蔽室改進(jìn)而成，為鋼-鉛-鋼復(fù)合屏蔽室(結(jié)構(gòu)及厚度見圖1)，用于屏蔽宇宙射線的軟成份和周圍環(huán)境的天然輻射。

譜儀本底及K本底主要來源的確定以北京核儀器廠生產(chǎn)的本臺ST105型NaI(Tl)環(huán)探測器為反符合屏蔽探測器的低本底反符合 γ譜儀，其本底的大部分都來源于NaI(Tl)環(huán)晶體上部的6個(gè)光導(dǎo)玻璃窗中的40K，其總的放射性活度達(dá)910Bq。這一本底來源已成為這種譜儀本底性能進(jìn)一步改善的主要障礙。就我們所研制的這套譜儀來說，雖然其本底已達(dá)到國內(nèi)外同類裝置的很好水平，即50～2000keV能區(qū)積分本底7.83cpm，若能扣除6個(gè)光導(dǎo)玻璃窗中40K對本底的貢獻(xiàn)，則系統(tǒng)的本底降到3cpm是完全有可能的。由于國產(chǎn)ST105型NaI(Tl)晶體自身的低鉀含量及優(yōu)越的價(jià)格，在國內(nèi)還是有競爭力的，許多單位都采用了和準(zhǔn)備采用它制作反符合γ譜儀，因此在這方面進(jìn)行改進(jìn)還是很有意義的。改進(jìn)時(shí)只須采用石英或低鉀玻璃進(jìn)行光傳導(dǎo)，便可以大幅度降低譜儀的本底，相應(yīng)地，譜儀的探測靈敏度等一些重要技術(shù)指標(biāo)都將得到很大的提高。1

用反符合方法測量131^I和133^Ba的比活度根據(jù)復(fù)雜衰變核素活度測量方法研究的需要，在研制完成的4πβ(PPC)一γ(HPGe)反符合測量裝置上，對131I、133Ba的活度進(jìn)行反符合測量方法研究。為驗(yàn)證反符合方法測量結(jié)果的可靠性，同時(shí)采用4πβ(PC)一γ(NaI(TI))符合標(biāo)準(zhǔn)裝置對同一批131I、133Ba VYNS薄膜源進(jìn)行效率外推測量，并將二者的測量結(jié)果進(jìn)行比較。

4πβ-γ反符合測量原理Y．Kawada等于1970年詳細(xì)介紹了4πβ(PPC)一γ(HPGe)反符合測量裝置、原理及利用反符合方法測量60Co、134Cs和110Agm一110Ag活度的結(jié)果，并與符合測量的結(jié)果進(jìn)行了比較。

通常的β-γ衰變綱圖如圖2所示。圖中：βk代表β衰變到子體的第k激發(fā)態(tài)的β分支，Pk為相應(yīng)的分支比；從第k激發(fā)態(tài)退激到第v激發(fā)態(tài)時(shí)發(fā)射的γ射線記為γkv，發(fā)射幾率為qkv。

反符合測量結(jié)果不確定度評定方法由反符合測量原理公式可知，待測樣品的活度，即衰變率是通過測量β計(jì)數(shù)率和β效率而確定的，則采用反符合方法測量待測樣品活度的不確定度主要來自以下兩個(gè)分量：

（1）β計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)漲落、死時(shí)間修正和β本底計(jì)數(shù)率等因素造成的p計(jì)數(shù)率的不確定度；

（2）測量原始譜和反符合γ譜而確定β效率過程中因感興趣的原始γ射線峰面積的統(tǒng)計(jì)漲落和對應(yīng)的反符合γ射線峰面積的統(tǒng)計(jì)漲落，以及效率計(jì)算時(shí)采用的核參數(shù)的不確定度引起的β效率不確定度。

采用符合和反符合兩種方法給出的測量結(jié)果的不確定度基本相當(dāng)，反符合法略高于符合效率外推法，主要是反符合法依賴于相關(guān)的核參數(shù)，但采用反符合法的優(yōu)點(diǎn)是測量過程相對簡單，不需符合效率外推較為繁瑣的測量過程。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所