基于γ射線屏蔽實驗對材料屏蔽性能的研究

章圣斌 曹鵬久 梁宗弢

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

本文基于新型γ射線水吸收曲線實驗裝置（圖1）、NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器研究了水、煤油、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯、地板磚材料對特定能量的γ射線的衰減規律和屏蔽性能；并計算水、鉛、混凝土、鐵、聚乙烯的線衰減系數，并與文獻值進行了對比，測量誤差在合理以內，驗證測定方法的可靠性。在此基礎上再對煤油、地板磚進行線衰減系數的測定。此工作為實驗教學中線衰減系數測定提供了思路。

圖1 γ射線液體吸收參數測量儀結構示意

1 試驗過程

本文擬通過用活度為8mCi的37Cs放射源和活度為2μCi的137Cs和60Co對上述材料進行試驗。其中固體材料采用NaI（Ti）γ譜儀和一體化多道分析器進行研究，液態運用新型γ射線水吸收曲線實驗裝置進行研究。試驗方法為逐步增加材料的厚度，帶計數率穩定后進行數據采集[1]。

2 試驗結果

下 圖 可 知 水 的 線 衰 減 系 數 μ=0．0783cm-1=0．783、煤油的線衰減系數μ=0．0646cm-1、聚乙烯的線衰減系數μ=0．008mm-1、鉛的線衰減系數μ=0．1054mm-1、鐵的線衰減系數μ=0．0514mm-1、混凝土的線衰減系數μ=0．0124mm-1、地板磚的線衰減系數μ=0．0252mm-1。

3 數據分析

經查閱資料得出鉛的線衰減系數為：μpb=0．1222mm-1，μFe=0．0561mm-1，μ聚乙烯=0．0081mm-1，μ混凝土=0．0152mm-1，μ水=0．0820mm-1。

在誤差分析中用到了：實際誤差σ：σ=|μ測量-μ標準|；相對誤差E：E=σ/μ標準：

材料類型 鉛 鐵 聚乙烯 混凝土 水實驗值（mm-1） 0.1054 0.0514 0.0080 0.0124 0.00783理論值（mm-1） 0.1222 0.0561 0.0081 0.0152 0.00820實際誤差 0.0168 0.0047 0.0001 0.0028 0.00037相對誤差 13.7% 8.37% 1.23% 18.4% 4.51%

基于上述誤差大小，其誤差來源分析：

實驗儀器設備本身具有系統誤差，如實驗過程中一體化多道分析器使用過程中存在著噪聲等。一般儀器的系統誤差是實驗的主要誤差之一。

實驗材料的純度存在著誤差，一般實驗用到的材料純度不是100%,如鐵的表面存在鐵銹，鉛表面也存在一些氧化物[2]。在與其純凈物的理論值比對存在誤差。

實驗材料厚度不均勻。如由于鉛的硬度比較小，經常使用所以導致鉛的表面不均勻在測量過程中存在誤差。混凝土在制作過程中就不平滑，所以其的測量值誤差也很大。

實驗過程中并不是完全準直的，在使用鋁準直器時不能完全保證γ射線達到完全窄束γ射線的標準。

在實驗過程中使用一體化多道分析器時取全能峰面積大小時所選取的左右邊界道址與理論道址有誤差，這就會導致所取全能峰面積的大小有誤差。

4 結語

本文的主要內容包括三個方面。第一：通過實驗室的設備對各種材料對于γ射線的衰減規律進行了研究；第二：通過實驗室的設備在進行衰減規律的探索當中對各種材料對γ射線衰減系數的測定；第三：在測出實驗值以后與理論值比對總結實驗方案的合理性后，在對其他線衰減系數不知道的材料進行實驗[3]。

通過上述實驗可以以下結論。①通過材料對γ射線的屏蔽實驗，可以驗證出隨著材料厚度的增加其計數率將材料厚度呈現出指數衰減規律。這與γ射線衰減理論完全相符。②通過實驗可以得出每種材料厚度對應的計數率，再通過EXCLE表可以很好擬合出每種材料對于γ射線的屏蔽規律。在通過得出的規律公式求出線衰減系數μ，大小比較為

通過前面實驗測出的理論值與實驗值比對可以發現實驗方案合理，在對煤油和地板磚進行實驗測量。