一、產(chǎn)品介紹

無(wú)源效率刻度軟件Gammacalib V3.0是用于半導(dǎo)體γ射線探測(cè)器無(wú)源效率刻度的產(chǎn)品。軟件幾何和材料建模能力強(qiáng)大，計(jì)算精度高，速度快，界面簡(jiǎn)單，使用方便。其核心算法的正確性經(jīng)過了200多塊不同形狀和能量體源的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果檢驗(yàn)。

二、Gammacalib V3.0的性能

l 采用功能強(qiáng)大的CAD軟件建模，支持三維激光掃描建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意形狀的體源的三維可視化快速建模。

l 可定制30余種模板。

l 放射源到探測(cè)器的距離可以為0到無(wú)窮遠(yuǎn)。

l 刻度的能量范圍3keV到10MeV。

l 具有級(jí)聯(lián)符合相加校正功能。

l 積分控制精度可以人為調(diào)節(jié)，軟件默認(rèn)值為3%。200塊體源實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差，在45keV到80 keV一般不大于10%，80keV到7MeV不大于5%。

l 效率刻度曲線計(jì)算時(shí)間：計(jì)算時(shí)間小于5秒。

l 中、英文界面。

三、無(wú)源效率刻度的基本原理

圖1 γ探測(cè)器無(wú)源效率刻度方法示意圖

為任意體源，為源的一個(gè)微元，為探測(cè)器端面相對(duì)于所張區(qū)域，為探測(cè)器側(cè)面相對(duì)于所張區(qū)

域。假設(shè)源的能量為的粒子的發(fā)射率為，為中單位體積內(nèi)向方向發(fā)射的能量為的粒子的發(fā)射

率。

令為探測(cè)器端面對(duì)所張立體角，為的小量。設(shè)在立體角內(nèi)從

發(fā)射出的粒子，未經(jīng)過能量損失到達(dá)探測(cè)器上表面，在探測(cè)器內(nèi)的峰探測(cè)效率為；設(shè)在

立體角內(nèi)從發(fā)射出的粒子穿透屏蔽層（包括源的自吸收層），且沒有發(fā)生能量損失的穿透率為

。則源發(fā)射出的能量為的粒子在探測(cè)器端面的探測(cè)效為：

                          （1）

同理，設(shè)為探測(cè)器側(cè)面對(duì)所張立體角，為的無(wú)窮小量。則源發(fā)射出的

能量為的粒子在探測(cè)器側(cè)面的探測(cè)效率為：

                          （2）

  探測(cè)器對(duì)源的能量為的粒子的探測(cè)效率為：

                               （3）

從公式（1）、（2）和（3）可以看出，為了獲得任意體源發(fā)射出的能量為的光子探測(cè)效率，需要完

成如下工作：

（1）確定探測(cè)器和體源的幾何模型和材料模型；

（2）計(jì)算體積中任意點(diǎn)向探測(cè)器發(fā)射的任意方向的能量為的粒子的直穿穿透率，即計(jì)算每條

射線在到達(dá)探測(cè)器以前的路徑上經(jīng)過的材料長(zhǎng)度和宏觀截面；

  （3）計(jì)算體積中任意點(diǎn)向探測(cè)器發(fā)射的任意方向的能量為的粒子在探測(cè)器內(nèi)的探測(cè)效率，即

  進(jìn)行探測(cè)器表征；

  （4）計(jì)算公式（1）和（2）所示的積分。

   要實(shí)現(xiàn)對(duì)任意體源的無(wú)源效率刻度，則需要完成如下工作：

  （1）建立探測(cè)器的幾何模型和材料模型；

  （2）表征探測(cè)器，即建立空間中任意點(diǎn)發(fā)射出的射線的探測(cè)效率的角分布；

  （3）實(shí)現(xiàn)體源的計(jì)算機(jī)快速三維建模；

  （4）實(shí)現(xiàn)公式（1）和（2）的快速積分。

四、相對(duì)于實(shí)驗(yàn)刻度的優(yōu)點(diǎn)

l 無(wú)需使用放射源進(jìn)行效率刻度，無(wú)需管理和處置放射源，無(wú)需放射源許可證；

l 避免污染實(shí)驗(yàn)室，節(jié)省經(jīng)費(fèi)；

l 精度高，快速省時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)得到可靠的結(jié)果；

l 強(qiáng)大的幾何建模能力，適用于任意幾何形狀；

l 除適用于常規(guī)樣品外，還適于刻度非常規(guī)或難處理的樣品，如：水泥、鋼鐵、氣體、土壤、空氣、過濾器、樹脂

等，適于任意材料、任意密度、任意外形尺寸大小的樣品；

l 適用于任意基底材料和屏蔽材料；

l 適用于任意準(zhǔn)直器和屏蔽；

l 節(jié)省樣品制備時(shí)間，由軟件根據(jù)樣品情況精確建模、刻度，不用花大量時(shí)間制備樣品；

l 可進(jìn)行大尺度樣品測(cè)量，避免采樣過程可能導(dǎo)致的樣品不具有代表性的問題；

l 快速測(cè)量，可節(jié)省采樣、包裝、運(yùn)輸、制備樣品、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的時(shí)間和費(fèi)用；

l 避免由于采樣而可能面臨的事故風(fēng)險(xiǎn)，如對(duì)高溫、高壓力、高腐蝕性、高放射性物體的采樣，登高爬梯，等等；

l 避免對(duì)難以采樣的對(duì)象進(jìn)行采樣，如深層水泥、鋼材、土壤、容器內(nèi)的放射性物品垃圾、管道、地面等等。

五、Gammacalib V3.0的典型界面

圖2 級(jí)聯(lián)符合相加校正效率刻度因子計(jì)算界面

圖4  測(cè)量馬林杯內(nèi)放射性物質(zhì)示意圖

圖5  典型的效率刻度曲線

圖6  復(fù)雜體源建模界面

六、Gammacalib 軟件計(jì)算準(zhǔn)確性的驗(yàn)證

        采用六種規(guī)格樣品：馬林杯（容積1L）、圓柱體（Φ50×50mm）、立方體（40×40×40mm）、球體Φ50mm、錐體

（底面Φ50mm，高50mm）和平面濾紙，如圖8所示。對(duì)于體源，每個(gè)測(cè)量位置的樣品量不同，實(shí)際樣品規(guī)格達(dá)到

200塊以上。

圖8  實(shí)驗(yàn)采用的樣品源規(guī)格圖

 測(cè)量位置（如圖9）選擇放射源在探測(cè)器軸向、45°方向和水平方向3個(gè)方向上測(cè)量，軸向和水平方向到探測(cè)器表面中

心的距離分別為0cm，10cm，25cm，40cm，45°方向到探測(cè)器的距離分別為0cm，10×10cm，20×20cm。

圖9  樣品源與探測(cè)器相對(duì)位置示意圖

樣品源的能量范圍從59.54keV到3253.4keV，共18條譜線。

軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的比較表明，在80keV以下，對(duì)于各種樣品源，相對(duì)誤差不大于10%，在80keV以上，

相對(duì)誤差小于5%。

七、Gammacalib 軟件訂制過程中的探測(cè)器表征

每個(gè)探測(cè)器在訂制Gammacalib軟件過程中都需要進(jìn)行表征，表征工作在生產(chǎn)廠家北京中智核安科技有限公司進(jìn)

行，圖10為表征過程中的測(cè)量位置圖。表征采用的放射源均可溯源。表1為一探測(cè)器表征結(jié)果。

圖9  探測(cè)器表征測(cè)量位置

表1  某探測(cè)器表征結(jié)果