7-1 同轴高纯锗探测器对已知源分布的绝对效率的Monte Carlo计算

韦孟伏 蒋国强 张连平 魏彦波 齐红莲 吴伦强

　　在 g 能谱中，探测器探测到的某一特征 g 全能峰的面积A=N´l´P´e ，式中，A为某特征g 射线全能峰面积；N为某同位素的原子数；l 为某同位素的衰变常数；P为某特征线的分支比；e 为测量系统对某特征线的绝对探测效率。

　　被探测对象中放射性物质的质量为m=(M× A)/l×P× N_{A× e} ，式中，M为测量放射性物质的原子量；N_A为阿伏加德罗常数。

　　由于被探测对象的材料、状态、几何形状都不同，以及在 g 光子的输运过程中，输运路径上的材料对光子存在吸收效应。在实际应用中，探测器的绝对效率是未知的。在 g 测量中，采用有标比较分析的方法，即刻度曲线有标分析方法。但这种方法的应用是有限的，不能解决评估放射性管道内过滤器滞留量的问题。采用Monte Carlo模拟已知源分布的 g 输运过程，可近似得到任意条件下探测器的绝对效率。因此，将Monte Carlo模拟与实际测量相结合，可用于对放射性管道内过滤器滞留量的评估。

　　根据Monte Carlo模拟光子输运过程的理论，本程序结构分为源光子抽样、不考虑吸收的情况下，判断抽样光子能否到达探测器表面、判断抽样光子在路径上是否被吸收、抽样光子在探测器晶体中输运和能量沉积、过程记录、误差分析。在本软件的验证实验中，使用了18个铀同位素放射源，每个放射源质量均为1g (U₃O₈)、²³⁵U丰度为0.01。通过抽样获得光子的初始状态。只有满足一定条件的光子可能到达探测器表面，被探测器探测到。如果对能量为E的光子进行N次抽样，最终探测器记录能量为E的全能峰光子数为ND个，那么，测量系统对该特征线的绝对探测效率e = ND/N。

　　源抽样光子到达探测器的表面的输运过程按如下步骤描述：计算输运长度、确定m+1次碰撞点的位置、判断碰撞点位置是否在晶体内、确定相互作用类型、对Compton散射则继续跟踪散射光子。对能量为E的光子进行源分布抽样，抽样累计计数器N加1；如果被跟踪的光子到达HPGe晶体表面，到达HPGe晶体表面光子累计计数器NDS加1；如果光子能量全部沉积在探测器晶体内，光子的全能峰累计计数器ND加1。在所有重复跟踪模拟结束后，根据上述计数器的计数可计算出探测器对探测对象的绝对效率，到达晶体表面的光子转换成全能峰的效率。

　　图1是模拟计算主程序的流程图。

　　描述的模拟方法和用此方法设计的程序和建立的数据库，对已知源分布和路径上介质的几何特征、材料类型的探测对象，只要测量获得的g 能谱中存在能量为Eg 能峰，该峰满足统计误差小的条件，则可评估出被探测对象发出该能峰的放射性物质总量。