摘要: 为了满足天然矿样中铀含量快速、无损测定的要求,本文建立了以CeBr
3闪烁探测器为基础的
γ能谱检测系统,并提出了用234 mPa 1001 keV特征
γ射线对铀进行快速定量的方法。该系统由CeBr
3晶体、高灵敏光电倍增管、前端模拟电子学模块、模数转换单元和FPGA数字处理模块组成,可以将入射
γ射线产生的闪烁光信号有效地转化为电脉冲,并形成能谱,实现天然矿样快速
γ能谱采集和实时分析。系统经过
137Cs、
60Co标准源标定之后,在
137Cs 662keV处得到平均能量分辨率为4.42%,在609~2614 keV范围内具有较好的能量线性,可以保证低计数率下目标峰的可靠识别。针对天然矿样中
238U、
226Ra、
232Th和
40K等多种天然放射性核素混合导致的谱干扰问题,本文以
234mPa 1001 keV峰为定量目标峰,结合1764 keV和2614 keV峰作为辅助约束,对
226Ra与
232Th干扰贡献进行剥离,并建立了
238U、
226Ra、
232Th和
40K标准谱数据库。采用高斯峰叠加线性本底模型对目标峰和辅助峰进行拟合,消除干扰后得到
238U活度和铀质量分数的准确反演结果。该方法对低品位矿样具有较好的峰识别能力以及干扰抑制作用,即使目标峰的计数率很低,误差仍然控制在12%以内。用国家一级放射性标准物质GBW04112、GBW04127a对方法进行验证。结果表明,GBW04112样品
238U活度测定值为9.20 Bq/g,与标称值8.35 Bq/g相比,相对误差为10.21%;GBW04127a测定值为11.03 Bq/g,标称值10.56 Bq/g,相对误差为4.47%。进一步对三种低品位天然矿样(铀含量约0.005%)进行应用验证,样品A、B、C的
γ能谱法测定值分别为0.00556%、0.00481%和0.00601%,与化学法结果相比,相对误差分别为8.79%、9.31%和11.68%。结果表明,该方法不仅可以对低品位天然矿样中的铀含量进行快速无损测定,在现场初筛、大批量矿样快速分级方面也具有较好的工程适用性以及推广前景,未来在环境监测、核废料管理等领域也有着广阔的应用前景。