基于HPGeγ谱仪的粉煤灰天然放射性测量

　　在γ能谱测量分析中,HPGeγ探测器因其具有能量分辨率高、线性范围宽、响应时间快、优良的温度特性和耐中子辐照损伤性能的优点,而被越来越广泛地应用于低水平γ放射性样品放射性核素成分及含量的分析中,是目前环境放射性测量中最重要的测量手段之一[1]。随着中国西部大开发项目的实施与热电事业的发展,西安大唐热电集团利用西部地理条件及资源优势大力发展热电事业的同时,深化企业改革,充分发挥燃煤效益,特别是在挖掘粉煤灰产品二次利用与增效中取得了可喜成绩。但由此带来的环境问题也必须面对。目前,火电厂粉煤灰产品主要用于生产建筑材料、筑路原料和回填材料等[2],但是在实际应用中,人们往往忽略粉煤灰中的放射性问题。在煤的燃烧过程中,煤中含有的大量碳、氢、硫等原子序数低的物质形成气体氧化物随烟尘飘走,而具有放射性的重金属物质,如铀、镭、钍、钾等则形成化合物留在了粉煤灰中,所以煤燃烧发电的过程其实也就是一个放射性核素的浓集过程。如果不能正确地认识和处理粉煤灰中含有的放射性,必将给环境和人类健康带来一定影响。本文介绍了一套低本底反康普顿HPGeγ谱仪系统的结构组成及其阱型反符合工作原理,利用该谱仪对西安大唐热电集团的粉煤灰样品进行了测量,并对测量结果进行了分类比较分析,对粉煤灰的综合利用提出了合理化建议。

　　1　谱仪系统组成

　　低本底反康普顿HPGeγ谱仪系统,主探测器为美国CANBERRA公司生产的7500SLS型直立型高帽单闭端同轴HPGe主探测器,对60Co1332keVγ射线的能量分辨率(FWHM)为1.80keV,相对效率为30%。反符合探测器由北京核仪器厂生产的ST-105低钾型NaI(Tl)环形探测器和低钾型NaI(Tl)堵头探测器组成。环形探测器晶体尺寸为200×300mm,封装于不锈钢桶内,端面有六个石英玻璃窗,各窗口分别装有GDB44F光电倍增管。堵头探测器晶体尺寸为75×75mm,光电倍增管为GDB76F。两者可与系统配置构成符,本套系统采用阱型反符合测量工作方式。复合屏蔽室为钢(110mm)+铅(30mm)+钢(40mm)构成。电子学系统中主放大器和高压电源分别为美国CANBERRA公司生产的2020型和3106D型单插件,其它均为北京核仪器厂产品。三种探测器与铅室的结构组成如图1所示[3]。

　　2　谱仪系统阱型反符合工作原理

　　放射性核素发射的γ射线打在高纯锗主探测器上产生脉冲信号,经甄别、放大后被计算机多道系统记录。反符合测量技术则起到降低谱仪系统的积分本底、抑制康普顿散射和屏蔽宇宙射线等作用,同时也提高了谱仪系统对弱放射性成分的探测能力。