Применение метода Монте-Карло для градуировки сцинтилляционного спектрометра гамма-излучения

Цель: Разработка способа градуировки сцинтилляционного спектрометра гамма-излучения с применением метода Монте-Карло.

Материал и методы: Объектом исследования являлся спектрометр гамма-излучения, предназначенный для измерения энергетического распределения (спектра) и определения активности гамма-излучающих радионуклидов. Экспериментальные исследования проведены с набором образцовых мер активности специального назначения с радионуклидами ²⁴¹Am, ¹⁵²Eu, ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs, равномерно осажденными на ионообменную смолу. Градуировку спектрометра осуществляли с применением программы MCC 3D (Monte-Carlo Calculations 3D), моделирование аппаратурного спектра выполняли с применением программы MCA (MultiChannel Analyzer).

Результаты: Сравнение экспериментальных и смоделированных спектров проводили в следующих энергетических интервалах: интервал, соответствующий суммарному пику полного поглощения (ППП) для гамма-линий энергий 1173,2 кэВ и 1332,5 кэВ для ⁶⁰Co и ППП для гамма-линии энергии 661,7 кэВ для ¹³⁷Cs; интервалы, отвечающие комптоновскому рассеянию в диапазоне углов (30–60)°, (60–90)° и (90–180)°(для ⁶⁰Co рассматривалась средняя энергия гамма-излучения, равная 1252,9 кэВ); интервал, соответствующий многократному рассеянию гамма-квантов с энергией выше 100 кэВ. Установлено, что наибольшее отклонение смоделированного спектра от экспериментального составляет 12 % для интервала, соответствующего многократному рассеянию, что указывает на возможность идентичности спектров. Проверку данного предположения проводили для каждого энергетического интервала, используя критерий согласия Пирсона. Получено максимальное значение χ², равное 6,6 для энергетического интервала, отвечающего комптоновскому рассеянию в диапазоне углов (60–90)°, что говорит о приемлемости гипотезы об идентичности экспериментальных и смоделированных спектров.

Валидация предложенного метода показала, что расхождение между расчетным и паспортным значениями активности образца составило не более 13 %, что свидетельствует о возможности использования метода для градуировки гамма-спектрометра. Рассчитаны зависимости эффективности регистрации гамма-излучения в ППП от плотности счетного образца с использованием смоделированных аппаратурных спектров единичной активности.

Заключение: Предложенный метод позволяет проводить градуировку спектрометра для вычисления удельной активности в образцах при различных плотностях и энергиях с применением спектрометрического оборудования, оснащенного неорганическими сцинтилляционными кристаллами.