基于虚拟源原理的放射性体源无源效率刻度技术研究

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1、基于虚拟源原理的放射性体源无源效率刻度技术研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：工程物理系学科：核科学与技术研究生：田自宁指导教师：欧阳晓平院士副指导教师：曾鸣副授教授二○一五年四月TheResearchonradioactiveVolumeSource-lessEfficiencyCalibrationTechnologyBasedontheVirtualsourcetheoryDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillment

2、oftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinNuclearScienceandTechnologybyTianZiningDissertationSupervisor:AcademicionOuyangXiaopingAssociateSupervisor:AssociateProfessorZengMingApril,2015摘要摘要放射性气体源、大面积和大体积源的监测是目前国际上核辐射探测领域研究的重点前沿方向，其中放射性体源无源效率刻度因子是放射性

3、核素定量分析中最为关键的参数。尤其是CTBT放射性氙同位素体源样品的国际比对分析，是检验各国核素实验室的HPGeγ谱仪系统性能及判断各国是否进行核试验的重要依据。然而，目前国内外现有的相对测量方法与基于蒙特卡罗的无源效率刻度方法，在放射性氙同位素及大面积大体积源的探测效率刻度中分别存在难以实验刻度和不确定度大等问题，因此亟待发展新的测量方法和实验技术。本论文开展了面源静态和动态刻度体源探测效率方法研究，将虚拟点源应用于放射性污染区域边界测量的方法研究，建立了基于蒙特卡罗的大源小探测器的小概率问题的模拟输运计算

4、方法，研究了非均匀分布体源和面源的无源效率刻度方法。本论文提出的方法可以互相验证，可应用到样品国际比对结果的验证分析中，从而保障比对数据的准确可靠；同时，也避免了大体源和难获得源的制备及无源效率刻度软件的不足。提出的基于虚拟源原理的体源无源效率刻度方法，给各种γ探测器现场进行效率刻度提供了有效选择，将在禁核试核查、放射性气体γ谱分析国际样品比对、核应急监测及环境放射性监测领域的探测系统刻度及应用测量工作中发挥重要作用。本论文主要开展了以下三个方面的创新性研究工作：(1)研究了基于虚拟点源和面源的体源无源效率刻

5、度方法。研究提出了体源无源效率刻度的等效虚拟源刻度方法，推导了虚拟面源分层模拟及虚拟面源的积分中值表达，建立了基于点源效率函数的虚拟刻度模式，并进行了相关实验验证，进而发展了用于确定放射性污染边界的测量方法。(2)研究使用蒙特卡罗方法刻度大面积及大体源的虚拟点源位置。研究中采用效率区域偏倚抽样、点源锥形准直和点源分步模拟体源效率相结合的方法，解决了大体源小探测器的小概率问题，开发了相关的蒙卡模拟程序。(3)研究基于概率密度分布函数的无源效率刻度方法。研究提出了基于已知概率密度函数分布的非均匀源效率刻度的理论方

6、法，并开展了非均匀分布体源的实验研究。关键词：蒙特卡罗模拟；无源效率刻度；虚拟点源；虚拟面源；探测效率IAbstractAbstractThecalibrationmethodsoftheradioactivegasandthebigsourcearethekeytechnologyofinternationalstudy.Inordertoobtainetheactivityofradioactivenuclide,itisveryimportanttocalibratethesevoumesources,

7、especialforproficiencytestexerciseofthelaboratory,analysingtheCTBTsampleofradioactivexenonisotopeswhichareusedtojudgethepropertyoftheHPGesystemandNucleartestofthecountry.Therelativemeasurementmethodhasnotrealizedtheirexperimentalcalibration,andMonteCarlomet

8、hodhaslargeuncertainty,respectivly.Therefore,anewmeasurementmethodandexperimentaltechnologyisneeded.Inordertoavoidtheusingvolumesourceandtheproblemofsoftware,weneedtodevelopsource-lessefficiencycalibra