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高壓陣列地下金屬探測器探測效率分析

文章來源:北京圣火大地科技www.dhflcsox.cn

在加速器型和鈷-60型集裝箱檢測地下金屬探測器探測系統中,高壓陣列電離室都工作在設計狀態,不過前者是“脈沖束電離室”狀態,后者是“平均電流電離室”狀態[1<〕。在 累計工作狀態下,探測效率指的是人射x、y光子在電離室靈敏體積內通過相互 作用產生次級電子的概率。
由陣列電離室結構可知,人射x、y光子在靈敏體積內產生次級電子的過程 有兩類:同工作氣體發生相互作用,同電極片發生相互作用。
人射x、y光子在工作氣體中發生相互作用產生次級電子的概率與氣體的 種類與壓力、光子在氣體中的穿行長度以及光子的能量有關。如前所述,壓力 50atm,長度20cm的高壓氚氣的原子序數及質量厚度與14. 2mm碘化銫閃爍晶 體的相同,則通過相互作用產生次級電子的概率(探測效率)也應與之相同。
由于在集裝箱檢測系統所用的充氣電離室中,電極片基本和入射光子平行, 其長度達20cm,厚度約0. 5mm,因而射到電極片上的輻射光子幾乎100%發生作用,而且所產生次級電子基本都能進人氣體而引起電離。這樣,電極片同時起 到固體輻射體的作用,而射入其中的輻射光子發生相互作用的概率幾乎是100%。
陣列電離室的探測效率應當包括上述工作氣體和電極片兩方面的貢獻。考 慮后一部分的貢獻,在上述工作氣體參數下,總探測效率應當明顯的商于 14. 2mm厚度的碘化銫閃爍晶體。但是,探測效率的具體數值應當通過實驗來測定。
我們知道,在脈沖狀態下,地下金屬探測器的探測效率可通過測最輸出脈沖計數率并 與人射光子數相比而得出探測效率值。但是,在累計工作狀態下,不管是脈沖束 狀態還是平均直流狀態,以前還一直沒有辦法能直接測ffi其探測效率。因為,這 里測得的信號是累計的,并不能由此直接求出人射光子產生的次級電子數。為 此,提出一種新的利用信號統計漲落特性來間接測定累計型地下金屬探測器探測效率的 方法。
由文獻[15]可知,在脈沖束狀態下,人射輻射脈沖束在電離室靈敏體積內產 生的總離子對數的相對均方漲落為:式中》為輻射脈沖束在靈敏體積內產生的次級電子數,/V是次級電子在工作氣 體中產生的平均離子對數,而F是法諾因子。由于脈沖束狀態下電離室輸出電 荷信號與輻射脈沖在其靈敏體積內產生的總離子對數成正比,因而輸出信號的 相對均方漲落K亦遵守式(3. 3),即:K = 士 (1+務卜士 (3*4>由此,只要測童脈沖束狀態下電離室輸出信號幅度的相對均方漲落,就可依據式 (3.4)求出入射光子產生的次級電子數入射光子數可以根據輻射劑童率來 確定,再與《相比,便可求出此時的探測效率。按此辦法,在實際充氣壓力遠低 于50atm的悄況下,實際測出陣列電離室對9MV加速器X射線的探測效率已 達到或超過了 30%。
在像鈷-60檢測系統這樣的平均電流狀態下,亦可利用輸出信號的相對均 方漲落來間接測定探測效率。由文獻[15]可知,當采用高阻反饋型•前置放大器 時,其輸出信號的相對均方漲落為:其中,尺C為放大器的時間常數,而《是單位時間內輻射光子在地下金屬探測器靈敏體積 內產生的次級電子數,F與N的意義同前。由此,只要測定輸出平均直流信號 的相對均方漲落,便可求出單位時間內輻射光子所產生的次級電子數。同樣,單 位時間內的人射光子數可由劑歌率值求出或直接按照放射源活度及放射源與探 測器之間的距離箅出。將二者相比,便得到探測效率值。按此方法實際測定出 陣列電離室對鈷-60 7射線的探測效率約為40%[16]。
設碘化銫的質量減弱系數近似用碘的代替,則其對鈷-60 y射線質量減弱系 數為0. 05243。為使探測效率達到40 % (使鈷-60 7射線減弱至60 %) •所耑要的 碘化銫質量厚度為9.743g/cm2。考慮到碘化銫晶體的密度為4. 51g/cnr°,則對 應的晶體厚度為21.6mm。由此可見,所研制成功的陣列電離室的探測效率已 經達到21. 6mm碘化銫閃爍晶體的水平。

 
 

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