基于蒙特卡罗模拟α能谱解谱研究

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钚属于极毒放射性核素,人一旦吸入钚,会产生严重的内照射,进而引发生命危险,因此钚气溶胶的准确实时测量是非常有必要的;但是钚气溶胶的测量会受到空气中氡(222Rn/220Rn)及其子体的影响,氡(222Rn/220Rn)及其子体浓度比工作场所钚气溶胶浓度大3-5个量级,所以钚气溶胶的浓度难以实现准确实时测量。人们先后采用了衰变法、剥谱法、能量甄别法、气溶胶粒径分级加能量甄别法来实现氡背景下的钚气溶胶测量。其中剥谱算法的应用是非常广泛的。目前使用的剥谱方法有函数拟合、三次样条函数等方法。国外也有人尝试使用蒙特卡罗方法对α谱进行分析,国内还没有人对此进行尝试,本论文尝试将这种方法运用到超铀元素与氡子体混合α谱的剥谱研究,并与使用函数拟合的方法做了比较。根据离子注入型探测器(PIPS)测量α能谱建立MCNPX模型,模拟了241Am(5.486MeV)、218Po(6.0MeV)、214Po(7.69MeV)以及源上覆盖一层保鲜膜的α粒子在PIPS探测器中的能谱,修正了MCNPX模拟的α能谱的谱型参数。使用加拿大Pylon公司生产的氡子体标准源制作了薄膜氡子体源,其后将此膜覆盖到241Am源上,构成了241Am气溶胶测量的近似实验条件。使用MCNPX对该实验条件下的241Am氡子体的α能谱进行了模拟,尝试了基于模拟谱的加权最小二乘法的α能谱剥谱算法。将蒙卡模拟结果与函数拟合的结果作比较,结果表明,使用函数拟合与MCNPX求得的结果在7.5%误差范围内是一致的。同时也得出,长时间段测量的实验值与MCNPX模拟值、曲线拟合值在10%误差范围内是可以认为一致的,但是短时间段测量的实验值与MCNPX模拟值、曲线拟合值的相对偏差很大,分析得出造成这个现象的主要原因是测量时间段太短,统计误差过大,以及241Am源的颗粒的大小以及气溶胶颗粒的大小在模拟中并没有考虑。对实验谱采用函数拟合求各个能量α粒子数时,发现初始值的设定对拟合结果有一定的影响,函数拟合的方法对初始值的依赖性较强,在初始值的范围没法确定的情况下,蒙卡模拟是比较好的选择。此外,在使用MCNPX程序模拟241Am源覆盖保鲜膜的过程中,发现薄膜的厚度(相差1um)对α能谱的峰位置、半高宽、拖尾参数都会有比较大的影响。利用模拟与实验相对比的方法可以提高α粒子测量薄膜质量厚度的准确度。以后可以在这方面做一定的工作。
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