放射性氙叠层闪烁探测器的设计与初步实验
第４９卷第３期
原子能科学技术Vol ．４９，No ．３ ２０１５年３月Atomic Energy Science and Technology Mar ．２０１５
放射性氙叠层闪烁探测器的设计与初步实验
罗 飞，龚 建倡，向永春，向清沛，胡广春
（中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 ６２１９００）
摘要：放射性氙的４种同位素１３１Xe m 、１３３Xe 、１３３Xe m 和１３５Xe 是地下核试验最重要的示踪气体，是目前CTBTO 全球监测系统监测的主要核素。本文设计并研制了一种针对低水平放射性氙测量的叠层闪烁探测器，可实现放射性氙４种同位素的β‐γ符合测量，简化了探测器结构。利用MCNP ５工具包模拟了
两种结构的探测器，获得了β闪烁层的最佳厚度，１畅５mm 厚塑料闪烁体BC ４０４几乎完全屏蔽４种氙同
位素的β信号，１３５Xe 的９１０keV 特征β射线仅０畅８％沉积在γ闪烁层CsI （Tl ）中，而对１３３Xe 的８１keV 特征γ射线吸收低于６畅５％；观察到明显的氙气样品自吸收效应，氙气气压由０畅１M Pa 增加到０畅２５M Pa 时，氙气对１３３Xe 的３４６keV β射线吸收增加４５畅６％。基于模拟结构设计，研制了用于放射性氙测量的叠层闪烁探测器，初步实验结果表明叠层闪烁探测器能有效抑制本底计数，抑制因子约９６畅４±１畅０。关键词：放射性氙；叠层闪烁探测器；蒙特卡罗；自吸收效应
中图分类号：TL ８１２．１ 文献标志码：A 文章编号：１０００‐６９３１（２０１５）０３‐０５５２‐０８
收稿日期：２０１３‐１１‐２５；修回日期：２０１４‐０７‐１４
作者简介：罗 飞（１９８８—），男，四川北川人，研究实习员，从事军控技术及核技术应用研究
倡通信作者：龚 建，E ‐mail ：dr ＿g ong ＿j ian ＠１６３．com doi ：１０．７５３８／y zk ．２０１５．４９．０３．０５５２
Design and Preliminary Experiment of Phoswich Detector for Radioxenon Monitoring
LUO Fei ，GONG Jian 倡，XIANG Yong ‐chun ，XIANG Qing ‐p ei ，HU Guang ‐chun
（Institute o f N uclear Ph y sics and Chemistr y ，
China A cadem y o f En g ineering Ph y sics ，M ian y ang ６２１９００，China ）
Abstract ：
Several isotopes of xenon are sufficiently produced in fission and a few of them have suitable half ‐lives and radiation to be detected ．T hese are １３１Xe m ，１３３Xe ，１３３
Xe m and １３５Xe and they have been selected for continuous monitoring in CTBT O inter ‐national monitoring system ．Employing the phoswich technology with β‐γcoincidence counting capability accompanied by digital signal processing of PM T pulse ，the current coincidence detectors were simplified ．T he radiation transport simulations were p erformed using MCNP toolkit to determine the optimum design and estimate the detection efficiency of the βand γrays in phoswich detector ．T he results show that almost all of the beta particles deposite in plastic scintillator BC ４０４as its thickness is set to １畅５mm ．T he self ‐absorption of radioxenon sample was also observed ．T he absorption of ３４６keV βray increases by ４５畅６％as the pressure from ０畅１M Pa to