多个CeBr的伽马射线检测能力₃探测器对伽马能谱学

文摘

新开发的三溴化铈(CeBr₃)减少了内在的伽马射线探测器活动与伽马能量限制在1400 - 2200 keV能量范围。这个窄区域的背景伽马射线允许CeBr₃探测器探测到不止一个伽马射线光谱分析伽马射线。元素分析中使用多个伽马射线强度,而不是一个提高估计结果的准确性。Multigamma-ray检测能力的圆柱形75毫米×75毫米(直径×高度CeBr)₃探测器已经测试通过分析水样中氯浓度使用八氯提示伽马射线在517到8578 keV能量利用d d便携式中子发生器PGNAA设置和测量相应的最低检出限(MDC)的氯。伽马射线的测量MDC氯517 - 8578 keV能量变化从0.07±0.02 wt % 0.80±0.24。争取民主变革运动的最佳值测量是0.07±0.02 wt % 788 keV伽马射线。实验结果与蒙特卡罗计算好协议。研究已经显示出优秀的CeBr的检测功能₃8提示伽马射线探测器在517 - 8578 keV能量范围内没有明显的背景干扰。

1。介绍

伽马射线光谱技术不断进步是由于快速的发展和制造技术的突飞猛进和更高的光输出闪烁材料(1- - - - - -3]。三溴化铈的发展中心₃)伽马射线探测器中镧卤化物探测器系列(LaBr₃:Ce和LaCl₃:Ce探测器)就是这样一个例子4- - - - - -11]。CeBr₃检测器,一个LaCl能量分辨率可比的₃:Ce检测器,一个数量级减少内在活动对LaBr相比₃:Ce和LaCl₃:Ce探测器(9]。此外,减少内在活性CeBr3探测器能量范围较窄的1400 - 2200 keV [9,12),比780 - 2200 keV能量范围对LaBr内在活性的报道₃:Ce和LaCl₃:Ce ([1,3,7])。这些特性使CeBr₃探测器提供一个大的无干扰的能量范围的伽马射线检测提示大量样本的伽马射线分析LaBr相比₃:Ce和LaCl₃:Ce探测器。

在目前的研究中,一个圆柱形的多个伽马射线探测能力76毫米×76毫米(直径×高度CeBr)₃探测器通过盐水样品中氯浓度测量研究了利用八氯提示伽马射线(13结合一个便携式中子发生器PGNAA设置(8,12]。盐水的样本选择二次校准标准由于其意义。提示氯释放的γ是二级标准探测器校准,因为高温下中子俘获截面的氯也因为各种高强度伽马排放8.5兆电子伏(14]。

此外,氯分析盐水样品的评估也是非常重要的地下水和地表水的污染项目环境研究(15,16]。在水中氯对环境和行业造成不利影响。美国环境保护署(构成)已经实施的上限为250 mg / L的最大污染物浓度(SMCL)饮用水中氯(16]。

在目前的研究中,一个圆柱形的多个伽马射线探测能力76 mm×76 mm×直径(高度)Ce: Br₃探测器是通过分析盐水测试样品含有0.0 - -8.0 wt %氯浓度。实验数据获得八氯提示伽马射线和最小检测浓度(MDC)为每一个伽马射线线估计。作为比较,氯提示伽马射线的强度计算盐水样品也使用MCNP4B2代码(17]。

CeBr进行比较₃探测器,提示伽马射线光谱从圆柱形76毫米×76毫米LaCl(直径×高度)₃:Ce探测器获得的盐水样品。这项研究报告的细节在下面几节中。

2。提示LaCl伽马谱₃:Ce检测器与水样本

提示从LaCl伽马射线光谱₃:Ce探测器使用便携式测量中子发生器PGNAA设置所述[8),如图1。它将简单地描述。设置包含高密度聚乙烯圆柱形主持人与一个同心圆柱形谐振腔中部圆柱试样容器与106毫米×1.5毫米(直径×长度)。此外,一个圆柱形76毫米×76毫米LaCl(直径×长度)₃:Ce或CeBr₃伽马射线探测器视图示例通过腔洞中子发生器轴成直角。空的聚乙烯塑料试样容器的质量是96 g,密度0.92克/厘米³。石蜡和碳酸锂混合中子屏蔽是用来保护对中子探测器,而铅屏蔽提供探测器保护伽马射线。LaCl的考验₃:Ce探测器,塑料样品瓶充满了纯水。

兆电子伏中子是利用D (D, n)反应使用70μ一束脉冲氘核70 keV能量,宽度为800微秒和250赫兹的频率。提示LaCl的伽马射线光谱₃:Ce探测器从纯水样本统计25分钟。中子通量监测使用电子束电流监测中子发生器。电子束电流的波动时考虑规范化数据。

数据2和3显示LaCl的伽马射线光谱₃:Ce水样的探测器。图2显示了γ射线背景光谱在0.69 - -3.51兆电子伏能量范围。频谱显示背景伽马射线峰值检测器材料以及屏蔽材料用于PGNAA设置。明显从探测器捕获山峰材料拉(920),(926),和拉(2521)峰拉(1468)内在的高峰。还显示捕获山峰Cl (1165), Cl(1602),和Cl(1951、1959)由于氯的探测器,连同Pb(810)、铅(1060)和Pb(2620)峰从屏蔽材料。同时,Si(1274)和Al(1766)提示伽马射线显示随着氢H(2223)捕获的峰值。

图3显示背景伽马射线光谱的水样在3.53 - -9.23范围用LaCl兆电子伏能量₃:Ce探测器。明显从探测器材料中氯Cl捕获山峰(5718),Cl (6111), Cl (6620、6628), Cl (6978), Cl (7414), Cl(7790)和C (8579)。

这项研究表明,多种能源氯背景从LaCl伽马射线峰值₃:Ce使其使用氯的检测非常困难和不准确的。一个CeBr₃LaCl探测器是一个很好的替代品₃:氯Ce探测器测量和本研究进行验证这个事实。

3所示。提示从盐水样品γ射线强度计算

前CeBr伽马射线测量₃探测器,从水中氯提示伽马射线的强度样本计算使用通用MCNP4B2代码(17]。八氯伽马射线的强度,即517,788,1165,1951,2863,6110,6619,8578 keV计算盐水样品含有0.0 - -8.0 wt %氯。2.5的计算进行了兆电子伏neutron-based PGNAA设置使用前面描述的过程[8]。计算的样本分为1厘米厚度的太阳光,使中子和伽马射线的运输重量适当的统计到下一个相邻的细胞,没有任何损失。F4统计是用来计算探测器γ射线强度的体积。盐水样本由彻底混合水0.0 - -8.0 wt %氯。伽马射线收益率计算为517,788,1165,1951,2863,6110,6619,8578 keV氯提示由于捕获的热能中子伽马射线产生氯。热能中子通过适度生产2.5兆电子伏中子慢化剂的水样。

517年的强度计算,788,1165,1951,2863,6110,6619,8578 keV伽马射线与氯浓度增加,但每一行有不同的斜率。低能量中517、788、1165和1951 keV氯伽马射线,788 keV线斜率最大,高能源2863,6110,6619,和8578 keV氯伽马射线,最大坡度已经观察到2863 keV伽马射线。收益率曲线计算的517、788、1165、1951、2863、6110、6619和8578 keV提示伽马射线在数据绘制以及实验数据4和5。

4所示。提示使用Cebr伽马测量₃探测器

提示伽马射线测量使用CeBr盐水样品进行了₃探测器结合后的便携式中子发生器和过程的部分2。

提示从氯有一些强烈的伽马射线线能量不同,从0.5到8.6(兆电子伏伏。为了获得最佳分辨率的伽马射线,两个不同的脉冲高度的测量进行了放大器增益设置。一个放大器设置,更大的收益,用于收购伽马射线脉冲高度范围在0.00 - -2.22兆电子伏,而其他放大器设置,获得较小的,被用来获得伽马射线脉冲幅度谱在1.45 - -9.98兆电子伏。

更大的增益放大器的设置是用来记录低能伽马射线能量低于2.22兆电子伏通过调整氢峰位置靠近通道的一端,如图6这显示了低能量激活CeBr的谱₃检测器由于捕获CeBr的热能中子₃探测器材料。提示γ峰由于热能中子捕获的Ce, Br, H(从主持人材料)相当突出。图7显示了盐水的低能量促使伽马射线光谱样本包含4.0 wt %氯叠加在背景光谱范围0.41 - -2.29兆电子伏能量。氯的峰值在517、788、1165和1951 - 1959 keV连同2223 keV氢峰从主持人非常突出。

较小的放大器的增益设置是用来记录高能伽马射线与1.45 - -9.98兆电子伏能量通过调整氢峰的位置附近的开始通道光谱,如图8显示了高能提示伽马射线光谱从包含4 wt %氯盐水样品连同背景光谱在1.75 - -9.98兆电子伏能量范围。氯在6111年达到顶峰,8578 keV连同2223 keV氢峰非常突出。图9显示了图的放大部分8在2.57 - -8.75兆电子伏范围显示2864,3062,4980,5715,6111,6620,8578 keV氯山峰。

为了调整能源伽马射线探测器,探测器光谱从尼诺收购₃样本光谱校准使用高能镍(8533)和镍(8998)keV伽马射线随着Br(7577)伽马射线峰值检测器的材料。

对于每个放大器设置,背景光谱探测器记录了一个空的塑料容器插入主持人腔。CeBr的背景光谱₃探测器包含俘获伽马射线峰值Br和Ce CeBr中出现的元素₃探测器材料。著名的捕获提示伽马射线的能量和强度在铈和溴表中列出1(13]。的背景光谱中减去样品光谱获得样品的伽马射线光谱差异。提示伽马射线chloride-contaminated水样本的数据获得的预定时间20 - 30分钟。低,高能伽马射线光谱从盐水样品包含2,4,6,8 wt %氯进行了分析使用脉冲高度windows对应于517,788,1165,1951,2863,6110,6619,8578 keV氯提示伽马射线。

5。结果与讨论

对于每一个伽马射线,能量差谱生成的2%,4%,6%,和8%氯减背景光谱样本光谱和相同的中子通量正常化。最后,每个不同峰下的面积综合生成γ收益率作为氯浓度的函数。然后,伽马射线收益率与浓度曲线绘制。这个过程被重复每个八氯的伽马射线与517年,786 - 788,1165,1951 - 1959,2863,6110,6620,8578 keV和八个不同光谱进行了分析。在下面,只有三个代表伽马射线光谱差异显示我们获得最好的争取民主变革运动的价值。

数据10,11,12显示517年伽马射线光谱差异,786 - 788 keV,和1951 - 1959 keV伽马射线。对于这三个伽马射线,我们找到了最佳值的MDC氯在水中检测样品。图10显示了517 keV峰值0.42 - -0.66兆电子伏能量范围图11显示786 - 788 keV氯峰值/ 0.66 - -0.91兆电子伏能量范围。图12显示的是1951 - 1959 keV氯峰值/ 1.78 - -2.13兆电子伏能量范围。

集成的伽马射线收益率八氯的伽马射线作为氯浓度的函数盐水样本数据所示4和5为每一个伽马射线实验数据点在哪里叠加在蒙特卡洛计算收益率各自的伽马射线。实验结果与计算值一致。

图4显示了综合收益517、788、1165和1951 keV伽马射线作为氯浓度的函数。在这组氯伽马射线线,最大坡度已经观察到788 keV伽马射线而最小斜率是1951 keV伽马射线。图5显示了综合收益2863、6110、6619和8578 keV氯γ为各种氯浓度。在这组氯伽马射线线,最大坡度已经观察到2863 keV伽马射线而最小斜率已经观察了6619 keV伽马射线。

5.1。最低检测限度0.5 - -8.58兆电子伏氯伽马射线

CeBr的最低检测浓度(mdc)₃detector-based PGNAA设置决定了517年,786 - 788,1165,1951 - 1959,2863,6111,6619,8578 keV Cl伽马射线(早些时候发表的使用方法8]。由于有限的中子通量从2.5兆电子伏便携式中子发生器,所有MDCs wt %的范围内。圆柱形水样,八氯的MDCs提示伽马射线从0.07 wt % 0.80 wt %不等。值(mdc)为每一个伽马射线及其标准偏差σ_{争取民主变革运动}表中列出2。

大部分的MDC值变化超过0.07±0.02 wt % 0.18±0.05 wt %异常大的争取民主变革运动的价值为0.80±0.24 8578 keVγ。取得了较大的mdc的没那么强烈的山峰和/或峰高的背景下由于伽马射线CeBr的产生₃探测器材料。取得了较小的mdc的伽马射线与高强度和相对较小的背景下伽马射线峰值。

mdc±的最佳值σ_{争取民主变革运动}(wt %)测量是0.07±0.02 wt %和0.08±0.02 wt % 517 keV和786 - 788 keV氯伽马射线,分别。

尽管the1165 keV伽马射线有大型生产截面,然而更大的值为0.18±0.05 wt %的MDC已经测量伽马射线。这是由于公元1165 keV氯伽马射线干扰(1107)从CeBr伽马射线₃探测器材料。

1951 - 1959 keV和6111 keV伽马射线有大量生产横截面,但在统计的不确定性,他们有平等的mdc, 0.11±0.03 wt %和0.13±0.04 wt %,分别。对于剩下的伽马射线,测量MDCs更大,因为他们有横截面较小的生产。本研究表明优秀的多个CeBr的伽马射线检测功能₃伽马射线光谱探测器。

6。结论

在这项研究中,LaCl的适用性₃:Ce和CeBr₃通过比较研究了中子探测器对氯测量beam-associated LaClγ射线背景₃:Ce和CeBr₃探测器。CeBr的比较显示非常低的γ射线背景₃探测器同时LaCl₃:Ce探测器背景显示额外的氯热中子Cl (1165), Cl (1602), Cl (1951、1959), Cl (5718), Cl (6111), Cl (6620、6628), Cl (6978), Cl (7414), Cl(7790)和C(8579)伽马射线。这使得LaCl₃:Ce探测器不适合氯CeBr时测量₃可能是一个好的替代品LaCl吗₃散装:氯Ce探测器测量样本。

然后multigamma-ray检测能力的圆柱形75毫米×75毫米(直径×高度CeBr)₃探测器已经测试通过分析水样中氯浓度使用八氯提示伽马射线517,786 - 788,1165,1951 - 1959,2863,6111,6619,8578 keV氯超过517到8578 keV能量利用d d便携式中子发生器PGNAA设置和测量相应的最低检出限(MDC)的氯。

这些伽马射线的MDC值确定为0.08±0.02、0.07±0.02、0.18±0.05、0.11±0.03、0.17±0.05、0.13±0.04、0.18±0.05、0.80±0.24 wt %,分别。实验结果同意蒙特卡罗结果。最好的MDC值0.07±0.02,0.08±0.02 wt %获得786 - 788和517 keV伽马射线,分别。CeBr₃探测器已经被证明是一个优秀的多个伽马射线探测器。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究进行了NSTIP项目没有。ENV2367-04由KACST,沙特阿拉伯。作者欣然承认提供的支持物理系,法赫德国王大学的石油和矿产,达兰,沙特阿拉伯。

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