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小立体角方法

/the defined solid angle method/
条目作者梁珺成

梁珺成

最后更新 2023-08-29
浏览 170
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通过一确定的小立体角内的粒子计算来测量核素活度的方法。

英文名称
the defined solid angle method
所属学科
仪器科学与技术

小立体角方法(DSA)主要用于发射α核素活度的测量,也可用于发射β射线及弱x射线,俄歇电子及内转换电子的核素测量。近年来,小立体角方法也应用于Rn-222气体的冷凝绝对测量。

小立体角α粒子计数方法,是国际上众多学者公认的高精确度等级活度绝对测量方法,不确定度可达0.1%的水平,已经成功应用于238Pu、233U、234U、235U、236U、238U等α核素的活度或半衰期的精确测量。中国学者汪建清等活度计量专家也建立了非气态α核素的小立体角活度绝对测量装置,张艳丽等人进行了小立体角因子的推导。

以α面源的探测为例,如图1所示。在准直器的作用下,仅让放射性核素发出的一小部分的α射线通过一确定的探测立体角Ω被探测到,相对于4π方向各向同性发射的粒子,被探测到的粒子所占的份额为Ω/4π,能量为几兆电子伏特的α粒子以及1keV至20keV的光子能满足这样的条件,但β射线容易发生散射,这样的条件难以满足。因此,DSA方法主要用于α射线发射核素及低能光子发射核素的绝对测量。

图1 α面源与准直器的尺寸关系图1 α面源与准直器的尺寸关系

在放射性核素活度计量领域,DSA方法不仅应用于239Pu、234U和241Am等核素活度的绝对测量,也在222Rn活度的绝对测量中获得重要应用。如图2所示,常温下的放射性222Rn被引入真空冷凝舱室,此后被冷凝在直径约6毫米的镍金属表面上,冷凝的222Rn发射α粒子进入表面钝化离子注入半导体探测器(PIPS探测器),通过测量α粒子能谱,获得222Rn衰变产生的α粒子数;探测器尽可能靠近准直器,准直孔与一定尺寸的冷凝222Rn源,以及222Rn源与准直器间的距离,共同构造了氡与子体衰变产生粒子进入探测器的立体角Ωeff。真空泵系统通过KF25标准接口连接冷凝与探测舱室,确保α粒子在真空条件下被探测。

图2 小立体角方法用于气态放射性222Rn的活度绝对测量图2 小立体角方法用于气态放射性222Rn的活度绝对测量

法国亨利·贝克勒尔实验室(LNHB)、德国物理技术研究院(PTB)、韩国标准科学研究院(KRISS)以及中国计量科学研究院(NIM)等都先后建立了基于冷凝222Rn源的小立体角活度绝对测量方法。展望未来,这种方法将在α核素的活度测量中继续发挥重要作用。

图3 小立体角法氡活度绝对测量装置图3 小立体角法氡活度绝对测量装置

  • POMMÉ S.Methods for primary standardization of activity.Metrologia,2007,44(4):17.

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