探测器的效率刻度是辐射定量测量的关键技术之一。效率刻度一般可分为参考源法和无源效率刻度两种方法。参考源法费用较大、耗费时间长、适用范围较小；无源效率刻度方法因其具有方便快捷、适用范围广等优点，近年来在就地γ谱测量技术中得到了广泛应用。当前国际上比较成熟的无源效率刻度软件是Canberra公司研制的就地物件效率刻度软件ISOCS(In-Situ Object Calibration Software)和实验室无源效率刻度软件LabSOCS(Laboratory Sourceless Calibration Software)^[1-2]。

在对高纯锗、碲化锌镉等γ辐射探测器进行无源效率刻度前，首先必须获得准确的探测器晶体尺寸数据，然后再进行模拟计算。但是研究表明，一般情况下厂家提供的晶体尺寸参数与实际尺寸有较大误差，直接使用厂家提供的尺寸对计算结果的准确性有较大影响^[3-4]。为了使计算结果和测量结果相符合，需要准确获取探测器的晶体尺寸参数，采用的方法主要有X射线成像法、源扫描测量法或晶体调整等。总的来看，晶体尺寸确定过程较为复杂，且花费时间也比较长。为了解决确定晶体尺寸中的问题，Moens等人于1981年引入了效率传递因子的概念，省略了无源效率刻度中的晶体尺寸调整过程，进一步提高了无源效率刻度的适用性^[5]。基于效率传递因子的无源效率刻度方法，不需要准确获得探测器晶体尺寸，利用效率传递因子对依据探测器说明书上粗略给出的晶体尺寸计算得到的效率曲线进行修正，即可得到探测器实际的刻度效率。该方法可快速、准确地实现探测器的无源效率刻度，具有方法简便、适用性强等优点，尤其适合于批量探测器的无源效率刻度问题。目前该方法已经应用到HPGe、CZT探测器的效率刻度方法中^[6-12]。

本文基于点源效率刻度实验，对基于效率传递因子的无源效率刻度方法进行了初步验证。

1 材料和方法 1.1 蒙特卡罗方法

蒙特卡罗(Monte Carlo)方法，又称随机抽样或统计试验方法，是用概率论来解决物理和数学问题的统计方法，能够较逼真地描述具有随机性质的事件的特点及物理过程，目前在粒子输运，统计物理，典型数学问题，真空技术，医学，生物学等方面都有广泛的应用。当前主要的蒙特卡罗程序有EGS，FLUKA，GEANT4，MCNP等。在本工作中使用的是MCNPX程序。

为了能够提高蒙卡计算的效率，减少计算时间，降低计算的统计偏差，在计算过程中的可以选择使用多种方差减小技巧。本文主要采用了角度偏倚抽样技巧^[13]。

1.2 溴化镧探测器

LaBr₃：Ce³⁺探测器是近几年新研制成功的闪烁探测器，具有密度大、原子序数高、发光衰减时间短、光产额大、能量分辨率好等优点，在γ谱测量等领域得到广泛应用。本文采用的LaBr₃:Ce探测器为圣戈班公司生产的BrilLanCe 380型溴化镧探测器，晶体尺寸为1.5×1.5英寸，掺杂有5%的Ce³⁺。该探头与Ortec公司的digiBASE-E型多道分析器配合使用，用于γ能谱的测量(图 1)，其主要的性能指标见表 1。

1.3 效率传递因子

基于效率传递因子的无源效率刻度方法是中国辐射防护研究院具有自主知识产权的专利技术(专利申请号：CN200510112535.9)^[14]。对某一特定能量(E)γ射线而言，辐射探测器的效率传递因子K_E定义为：在某测量位置(x, y, z)处的实验效率测量值ε_Mea.(E, x, y, z)与蒙特卡罗直接计算效率ε_MC(E, x, y, z)的比值，即：

$ {K_E} = \frac{{{\varepsilon _{Mea \cdot }}\left( {E, x, y, z} \right)}}{{{\varepsilon _{MC}}\left( {E, x, y, z} \right)}} $

1)

则，该探测器在其它位置(x′, y′, z′)对该能量(E)γ射线的探测效率ε(E, x, y, z)为：

$ \varepsilon \left( {E, x, y, z} \right) = {K_E} \cdot {\varepsilon _{MC}}\left( {E, x, y, z} \right) $

2)

辐射探测器蒙特卡罗效率传递的具体过程可参考专利文件。

2 结果 2.1 点源效率实验

在实验室对溴化镧探测器的全能峰效率进行了刻度，标准点源包括Eu-152、Cs-137和Co-60，放射源相关信息见表 2。点源效率实验方案见图 2，点源到探测器端面的轴向距离分别为d=10、15、20 cm等；径向距离r=0、5、10 cm等。实验测量过程中，为了降低统计涨落对全能峰计数的影响，一般情况下都保证每个能量的γ光子全能峰净计数在10 000以上。在121~1332 keV能量范围内，溴化镧探头的实验效率曲线如图 3。

2.2 效率传递因子

根据效率传递因子的定义(公式1)，将参考位置处(d=25 cm，r=0)的探测器点源效率测量值比上基于探测器原始尺寸的效率计算值，得到不同能量光子的效率传递因子(见表 3)。

2.3 效率计算与验证 2.3.1 点源实验效率的验证

基于表 3中的效率传递因子，计算了一系列该探测器对不同位置处入射光子的效率计算值，并将效率计算值与实验值进行了比较。如图 4和表 4、表 5所示，该探测器的计算效率在引入效率传递因子之后，在121.8~1332.5 keV能量范围内，探测器计算效率与实验效率的相对偏差都小于±5%。

2.3.2 与晶体尺寸调整方法的比较

本文在计算效率传递因子的同时，也根据点源效率实验的测量值，对生产厂家提供的晶体尺寸参数进行了调整^[15]。调整之后探测器晶体(圆柱体)半径为18.31 mm，长度为36.7 mm。图 5为基于效率传递因子的计算结果与基于晶体尺寸调整的效率计算结果之间的比较。结果表明，效率传递因子方法不仅计算流程简单，而且效率计算结果与基于尺寸调整的效率计算结果基本一致。

3 结论

无源效率刻度具有方便、快捷的优点，目前已在辐射测量中得到了广泛的应用。本文将蒙特卡罗效率传递因子引入到溴化镧探测器的无源效率刻度中，简要介绍了效率传递因子的计算方法，并进行了点源效率实验验证工作。实验验证结果表明：在121.8~1332.5 keV能量范围内，无源效率计算值与效率实验值的偏差在±5%以内。

效率传递因子方法省略了探测器晶体尺寸调整的步骤，缩短了无源效率刻度的时间，进一步提高了无源效率刻度方法的适用性。