实验室γ能谱仪的选购和验收

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1、实验室γ能谱仪的选购和验收摘要由于放射性的危害，而且一般情况下必须借助专门仪器方可感知。目前日本核电站事故背景下，γ能谱仪成为口岸实验室最重要的放射性核素检测仪器。本文对高纯锗γ能谱仪的结构、类型、指标进行简单的说明，为检验检疫实验室购买和验收该仪器提出了参考意见。关键词γ能谱仪放射性检测中图分类号TL81　放射性危害因涉及面广、隐蔽性强、杀伤力强、危害性大且难以进行销毁处理，受到各国的政府高度重视和公众媒体的高度关注。由于放射性物质具有上述特性，一旦通过物流进入国内，很可能会危害到国民生命健康和造成环境

2、污染，并引起很严重的社会恐慌。3月份，日本大地震引发福岛核电站事故，造成大量放射性物质外泄，是1986年切尔诺贝利核电站事故以来最大的一次核污染事件。国家质检总局立即要求各口岸加强对日本进口货物、人员及其携带物和交通工具放射性检测。放射性检验中，需要对放射性核素进行定性和定量。很多放射性核素，如碘-131、铯-137、铯-134都有γ放射性，这时候，γ能谱仪就成为放射性核素定性定量最有力的检验仪器。由于γ能谱仪，特别是实验室用的高纯锗γ能谱仪，是放射性检测的专用仪器，配备该仪器的检验检疫部门实验室并不多。

3、而鉴于目前放射性检验的迫切需求，该仪器估计在以后一段时期将成为重点购买的仪器设备。正因为γ能谱仪并不是实验室常用仪器，所以很多检验检疫人员对该仪器还比较陌生。本文简单介绍了实验室用的高纯锗γ能谱仪的结构、类型，并详细说明一些主要指标和验收过程，目的是为检验检疫实验室更好地选购和验收γ能谱仪提供参考意见。1γ能谱仪简介不同的放射性核素衰变将发射具有不同能量的特征γ射线。对一个待测的样品，如果能够将其辐射的γ射线和按能量顺序分别记录，就可以获得样品辐射的γ谱(GammaSpectrum)。根据γ谱上的射线能量

4、和脉冲计数量，很容易判别辐射核素的种类及确定其活度量。图1是40K的γ谱，其横坐标是能量值，以电子伏特(eV)计，纵坐标是计数值。谱中的特征峰对应的能量可以确认为40K的峰，而该特征峰的峰面积计数可以通过效率刻度来计算出40K的活度值。γ能谱仪就是一种γ射线的测量设备，通过测量分析γ能谱来测定样品中所含的放射性核素及其含量。由于γ能谱仪的原理，它不能直接测量没有γ射线的放射性核素。口岸使用的γ能谱仪一般有两种，一种是便携式的，探头材料主要是碘化钠，也有碘化铯、溴化镧等。便携式γ能谱仪一般不需要液氮制冷，使

5、用方便，但能量分辨率低，用于现场大致的放射性核素定性。而本文讨论的是实验室内的大型能谱仪，探头材料为高纯锗半导体材料，测量时需要用液氮或电制冷。测量时一般放置在铅室中，能对样品中很低含量的放射性核素进行准确地定性和定量。图2是一台实验室用的高纯锗γ能谱仪，探测器放在铅室中，铅室下是电制冷系统（大部分是液氮制冷）。键盘旁边是台集成数字化能谱仪。2γ能谱仪的结构γ能谱仪主要由探测器、高压电源、放大系统、多道分析系统、数据处埋系统等组成，一般还有探测器的冷却装置和铅室等配件。图3给出了其结构方框图。图3γ能谱仪

6、结构方框图探测器(Detector)是能谱仪的核心部件，用来侦测γ射线。现在主要用半导体高纯锗材料作为探测介质来制作各种探测器，因为高纯锗的能量分辨非常好，检测效率也较高。由于高纯锗必须在低温下工作，所以冷却装置是必备的。同时，为了满足测量时的本底要求，需要把探测器放置在铅室中。所以，铅室也是低水平测量所必需的附件。放大系统包括前置放大器(Preamplifier)和主放大器(Amplifier)，其功能是将探测器输出的电脉冲线性地放大到可供多道分析记录的幅度。一般γ能谱仪厂商都将探测器和前置放大器做在一

7、起，称为探头。多道分析系统(MultiChannelAnalyzer，简称MCA)的功能是将脉冲幅度数字化，然后将不同强度的脉冲在不同的道上进行计数。主放大器输出一定幅度的脉冲信号，幅度大小与γ射线的能量成正比，多道分析器将不同幅度的信号计数统计到相应的道上，就形成了γ谱。将一个大的脉冲幅度范围等分成许多小的区间，这样一个小的区间就称为一个道(Channel)。多道分析系统给出的谱是以道序列为横坐标的，实际测量时需要进行能量刻度，将道转换为能量。数据处理系统(DataProcessSystem)，在实验者

8、的需要和安排下，对多道中的计数进行分析，最后输出计算结果。每台γ能谱仪都有专门设计的DSP，通过计算机控制和模拟来完成谱分析。现在γ能谱仪厂商将主放大器、高压电源、多道分析器、数据处理系统都集成在一起，称之为数字化集成谱仪。这种谱仪体积小，自动化程度高，大大方便了实验人员的使用。3γ能谱仪的指标3.1能量探测范围γ能谱仪的能量探测范围是由探测器的类型决定的。一般口岸实验室使用的同轴型高纯锗探测器有两种类型，P型和N型。P型锗探