溴化镧探测器在工业在线分析中的应用

　　溴化镧（labr3）闪烁体是近年发展起来的一种新型无机晶体，自问世以来以其卓越的性能受到核探测界的青睐。中子活化在线多元素分析仪利用瞬发γ中子活化分析（pgnaa）技术中，对核辐射探测器有极高的要求，要具有优越的能量分辨率、线性、探测效率、计数通过率和稳定性。而溴化镧闪烁体在以上几方面的性能参数明显优越于其他闪烁体探测器，拥有远大的应用前景和市场价值[1]。由于溴化镧晶体的商业应用相对较晚，另一方面晶体成本较高，目前工业核仪器仪表中应用较少。本文将自行设计的溴化镧探测器应用于中子活化多元素分析仪产品中，使中子活化多元素分析仪在元素测量精度与重复性方面取得了新的突破。

 

　　1溴化镧探测器的设计

 

　　溴化镧闪烁体探测器由溴化镧晶体、光电倍增管、电子学部分、机械部分组成。在溴化镧晶体本身优越性能的基础上，配合溴化镧晶体应用的电子学部分及外形结构，最终将溴化镧探测器应用于中子活化多元素分析仪产品中。

 

　　探测器的设计工作有以下2个方面：①将溴化镧晶体与普遍应用的碘化纳晶体性能进行对比分析，选择圣戈班公司76cm×76cm溴化镧晶体；②经过严格理论计算与实际测试设计电子学硬件及外形结构，包括选择适合溴化镧晶体的光电倍增管、设计高计数率、高线性分压器、低噪声电荷灵敏前置放大器、温控器等，同时考虑探测器机械外形结构部分的设计，减小由于机械部分对射线造成的散射和衰减，探测器设计完成后进行应用测试[2]。

 

　　2溴化镧探测器的应用

 

　　2.1自计数测试分析

 

　　溴化镧（labr3）晶体中含有la元素，la有2种天然同位素139la和138la，138la具有放射性，丰度为0.09%，其衰变纲图见图1，溴化镧探测器自计数本底谱见图2。

 

图1 138la衰变纲图

　　138la有66.4%分支比发生k层轨道电子俘获(ec)生成激发态138ba，138ba退激发出1436kevγ射线，同时为填满轨道电子俘获形成的k层电子壳层空缺，钡核外电子跃迁发出35kev x射线，138la剩余33.6%分支比发生β衰变生成138ce，放出789kevγ射线同时放出β终点能量255kev。

 

图2 溴化镧探测器自计数本底谱

　　由图2可见，从左至右首先看到β连续谱从零点到255kev，由138la衰变为138ce产生，从255到750kev之间谱形为789和1436kevγ射线产生的康普顿散射计数，789kev以后是要分析的高能量区域。由于789kevγ与β终点能量同时发生，使得789kev至1mev左右为一连续谱。最明显的是1436kevγ，我们看到其向高能部分产生了偏移，主要是由l层填满k层电子产生的32kev x射线与填满l层电子产生的5kev x射线同时发生的贡献。

 

　　1750kev以上能量计数主要由于227ac产生的α射线贡献，这是由于晶体的生长工艺造成的，整个自计数谱形138la具有显著的本底特征。

 

　　2.2能量分辨率测试

 

　　能量分辨率是衡量探测器性能的重要参数，表示探测器分辨两个相近能量射线的能力。测量溴化镧探测器的能量分辨率为2.8%，而碘化钠探测器的能量分辨率为7%。溴化镧测试137cs谱形见图3。

 

图3 溴化镧测试137cs谱

　　2.3溴化镧探测器应用于中子活化多元素分析仪标定测试

 

　　中子活化元素分析标定对比采用溴化镧与碘化纳探测器标定对比。进行元素分析标定测试，测量原理示意见图4。测量分析的元素主要为ca、si、fe，其主要能量[3]见表2。

 

图4 多元素分析仪测量原理图

　　表2中子活化主要分析元素能量