第５卷第７期 黑龙江科学 Ｖ０１．５ Ｎｏ．７ ２０１４年７月 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｊｕｌｙ ２０１４ 基于蒙特卡罗方法的ＮａＩ探测器模拟研究 关世荣，王振超，张慧，梅雪松，黄龙川 （黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室，哈尔滨１５００８６） 摘要：本文利用ＭＣ程序和低本底ＮａＩ＾ｙ谱仪对三种标准体源如Ｋ、２３２Ｔｈ、２２６Ｒａ发出的 射线分别进行模拟计算和实 验测量，结果一致性较好。利用ＭＣ程序对ＮａＩ探测器探测效率进行模拟计算，结果与文献一致，进而证明利用ＭＣ程序可 以实现全能谱效率刻度。 关键词：ＭＣ程序；ＮａＩ；效率刻度 中图分类号：Ｏ ５７１．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８６４６（２０１４）０７－０００８－－０３ ＮａＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｍｅｔｈｏｄ ＧＵＡＮ Ｓｈｉ—ｒｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｃｈａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ，ＭＥＩ Ｘｕｅ－ｓｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｌｏｎｇ—ｃｈｕａｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ＩＩＩ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ 胁 ｅ ｏｆＨｅｉｌｏｎｇ］ｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｌｏｗ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ＮａＩ ｇａｍｍａ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｂｏｄｉｅｓ ｓｏｕｒｃｅ柏Ｋ２３２Ｔｈ ２２６Ｒａ ，ｇａｍｍａｒａｙ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ＭＣ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ＮａＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＭＣ ｐｒｏｇｒａｍ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｆｕｌｌ ｓｃａｌｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｐｒｏｇｒａｍ；ＮａＩ；ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 谱分析技术的应用十分广泛，在核物理研究、原子能 决由于标准源不全带来的效率刻度误差，提高效率刻度的 利用、核防护、环境放射性分析等方面发挥了巨大的作用。 精度，有效、快速、准确地定性鉴别和定量分析放射性核素。 射线（包括Ｘ射线）的强度和能量的测量是核辐射探测 １实验测量 的一个重要方面 Ｊ。ＮａＩ探测器由于晶体密度大，组成元 利用低本底Ｎａｉｌ／谱仪对标准源。。 Ｒａ、 Ｔｈ、 。Ｋ进行 素的原子序数高，且价格低廉，探测效率高，在核辐射测量 定性和定量分析中有广泛的应用 。 测量，ＮａＩ高压为５２６ Ｖ，测量时间为２１ ６００ Ｓ。所测的 能 ＾ｙ谱仪探测器的探测效率是表征＾ｙ射线强度与探测器 谱如图１，２，３所示： 输出脉冲计数之间关系的一个重要物理量。通常对探测器 的探测效率的刻度是用已知 射线能量和强度的标准放射 源来实现的。但在实际的实验中，大量标准源的使用需要 投入大量的人力、物力和财力，并且由于生产工艺技术的限 制及放射性核素的半衰期长短的影响，各种能量的标准源 很难收集全。在当今计算机普遍应用的年代，采用计算机 模拟仿真无疑是最为明智的选择 。 针对这种情况，本文提出采用ＭＣ程序对探测器探测 Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅｙ 效率模拟标定，施行无源效率刻度，并将模拟数据与实验数 图１ Ｒａ标准源实验谱 据进行对比研究，验证ＭＣ模拟效率刻度的可行性，从而解 Ｆｉｇ．１ ２２６ Ｉ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ 收稿日期：２０１４－０５－２９ 基金项目：黑龙江省科学院青年创新基金项目（放射性核素分析中 谱仪效率刻度模拟的研究） 作者简介：关世荣（１９８３一），女（蒙古族），内蒙古通辽人，硕士研究生，助理研究员，从事放射评价研究。 ８ ｓ１ 基０ １ ０目０Ｕ 啪枷伽瑚 湖枷伽瑚 ０ ０ ０ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅｙ 图２ Ｔｈ标准源实验谱 Ｆｉｇ．２ ２３２ Ｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ 甚 ；００ Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅｙ ８６４２０８６４２ ０ ８ ６ ４ ２ 图３ ＯＯ０Ｏ００ＯＯ０Ｏ０ＯＯ０ＯＯ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ Ｏ Ｏ ＯＯ０Ｋ标准源实验谱 ０Ｏ０ＯＯ００ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｆｉｇ．３ Ｋ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ￣ｔｒｕｍ 依据放射性核素衰变纲图来判断出标准源的放射性核 素如图所示 ］。 ２模拟结果及分析 根据实验测量中所用的ＮａＩ探测器几何结构，建立ＭＣ 模拟模型。图４为建立ＮａＩ探测器模型。 图４ ＮａＩ探测器的ＭＣ模型 Ｆｉｇ．４ ＭＣ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＮａＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ２．１ １２６Ｒａ 射线能谱实验与模拟对比 图５为 Ｒａ标准源实验和模拟对比能谱图，体源４１Ｔ 方向发射，图５．ａ为实验谱，图５．ｂ为模拟谱。通过对比， 模拟谱标准体源 。Ｒａ及其衰变子体所放射的能量（谱中心 峰位）与实验谱能够很好的吻合，说明ＭＣ模拟中所选用的 物理模型正确。模拟谱的形状和ＮａＩ实验测得的能谱有如 下几点差异：第一，实验谱图５．ａ中６０９．９８ ｋｅＶ全能峰的半 宽度ＦＷＨＭ＝４６．８１ ｋｅＶ，而模拟谱图５．ｂ中的６０９．９８ ｋｅＶ 全能峰的半宽度ＦＷＨＭ＝１７．２８ ｋｅＶ，实验中的半宽度比模 拟中的高些，造成这种现象主要是由于模拟为理想环境，未 考虑ＮａＩ探测器中的电子元器件（光电倍增管、多道脉冲分 责任编辑：姜洋１３２０４９３８７２＠ｑｑ．ｃｏｒｎ 析器、线性放大器等）对能谱的影响。第二，在ＮａＩ实验谱 低能侧ａｌ峰与其他峰出现重叠的现象，由于ＮａＩ探测器的 能量分表率低造成的，而理想环境下的模拟谱能够很好地 区分低能侧的峰位。 Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅｙ 图５ ２６Ｒａ标准源 能谱实验与模拟对比 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｒａ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ２．２模拟ＮａＩ探测效率刻度曲线 源峰探测效率ｓ ＝ ／Ⅳ， 全能峰内的脉冲数，Ⅳ为 源的发射率。 经过ＭＣ模拟计算，得到 。Ｋ、∞Ｃｏ １３７Ｃｓ、。 Ｒａ ２３２Ｔｈ五 种核素所选择全能峰的探测效率，计算结果见表ｌ。 表１柏Ｋ、６０Ｃｏ￣１３７Ｃｓ、２２６Ｒａ￣２３２Ｔｈ核素的探测效率 模拟值与相关文献比较 Ｔａｂ．１舯Ｋ６０Ｃｏ￣、ｌ３７Ｃｓ２Ｔｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 、２２６Ｒａ２３、ｖａｌｕｅ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ 源种类 射线能量（ｋｅＶ） 射线来源 模拟（％）文献（％Ｓ） 图６为ＭＣ模拟ＮａＩ效率刻度曲线４０Ｋ、∞Ｃｏ、” Ｃｓ、 。 Ｒａ ２３２Ｔｈ五种核素能量，能量范围５３．２—１ ４６１ ｋｅＶ，实现 效率刻度覆盖全能谱。与文献 对比，结果几乎一致。通 过效率与能量的关系曲线，得到效率在某一能量出现极值， 随着能量的增加，探测效率逐渐降低并趋于稳定。 ３结论 本文通过实验测量和ＭＣ模拟，得到ＮａＩ探测器对 （下转第ｌｌ页） ９ 责任编辑：刘夏的释放，来实现抑制心肌缺血再灌注性室颤，起到抗心肌缺 血的作用。 ｍｕｍｉａｎ２１４＠１６３．ｔｏｍ ［ｓ］．北京：中国医药科技出版社，２０１０：９２． ［２］周珏．北豆根总碱的药学研究，提取工艺和指纹图谱的研究 ［Ｄ］．哈尔滨：黑龙江中医药大学，２００４． ［３］ 刘全宇，李守鹏，刘文义．北豆根中蝙蝠葛碱的稳定性研究 ［Ｊ］．时珍国医国药，２０１１，２２（Ｏ１）：１７２－－１７３． ２．４ 对大脑局部缺血的保护作用 大量的药理研究表明，蝙蝠葛碱能够抑制血栓的形成。 动物试验证明，蝙蝠葛碱能够抑制血小板活化因子的释放， 从而抑制动脉血栓的形成。其具有改善大脑局部缺血、缩 小大脑局部缺血的脑梗塞范围，进一步改善神经运动功能。 ［４］郑晓敏，杨官娥，郑佳林．山豆根类生药研究进展［Ｊ］．山西职 工医学院学报，２００１，１１（１），５９－－６１． ２．５抗肿瘤作用 蝙蝠葛碱对多种肿瘤细胞具有抑制作用。在抗肿瘤的 ［５］ 郭东林，夏敬生，顾世芬，等．蝙蝠葛碱对奎尼丁诱发的豚鼠 乳头肌早后去极化及触发活动的作用［Ｊ］．中国药理学与毒 理学杂志，１９９８，１２（４）：２５３－－２５５． 体外实验中，蝙蝠葛碱能够有效抑制人早幼粒细胞白血病 和人红白血病细胞株。蝙蝠葛碱对鼻咽癌细胞株有细胞毒 ［６］郝铁来，曹剑英，张辉，等．蝙蝠葛碱抗缺血／再灌注性室颤及 其机制［Ｊ］．中国医院药学杂志，２００２，２２（３）：１４２一ｌ４３． ［７］李艳红，黄向江，卢浩浩，等．蝙蝠葛碱对大鼠局灶性脑缺血 及线粒体氧化损伤的保护作用［Ｊ］．华中科技大学学报， ２００５，３４（３）：２７０． 作用，能有效抑制高分化型鼻咽癌细胞。 ３临床应用 另外，蝙蝠葛碱还具有抗炎镇痛、抗高血压、免疫调节、 抑制血小板聚集等作用。现阶段临床主要用于治疗心血管 疾病、疗慢性气管炎、辅助麻醉剂、镇咳怯痰等。通过临床 应用的经验，反向指导蝙蝠葛碱的药理试验，通过更加广泛 和深入的研究，蝙蝠葛碱将拥有研发新药的广阔前景。 ［８］ 丁航，唐旭东，周克元．蝙蝠葛碱和胡椒碱对两株鼻咽癌细胞 增殖的影响［Ｊ］．广东医学院学报，２００３，２１（１）：１，１６－－１７． ［９］ 苏飞，刘恭植，关雄泰，等．北豆根总碱、多酚羟基碱和蝙蝠葛 碱的抑菌效果试验［Ｊ］．中草药，１９８６，１７（９）：１２． 参考文献： ［１］ 国家药典委员会．中华人民共和国药典（２０１０年版）一部 ［１０］李延忠，孙晓波，张殿文，等．北豆根化学成分及其药理作用 研究进展［Ｊ］．特产研究，１９９９（３）：６１－－６２． （上接第９页） 中的误差。 参考文献： ［１］吴治华，赵国庆，路福全，等．原子核物理实验方法［Ｍ］．北 § 京：原子能出版社，１９９７． 墓 ［２］ 张明，王仁仲．蒙特卡罗方法模拟放射源位置对井型ＮａＩ（Ｔ１） 晶体探测器效率的影响［Ｊ］．核电子学与探测技术，２０１２， ３２（１）：５０－５３． ［３］ 吴祥余，朱迪．ＭＯＮＴＥ ＣＡＲＬＯ方法对不同尺寸ＮＡＩ（ＴＬ）晶 Ｅｎｅｒｇｙ／ｋｅｙ 体探测效率的刻度［Ｊ］．核电子学与探测技术，２００９，（１）： ４１—４６． 图６ ＭＣ模拟ＮａＩ效率刻度曲线 Ｆｉｇ．６ ＭＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｃｕｒｖｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ［４］刘运祚．衰变纲图［Ｍ］．北京：原子能出版社，１９８２． Ｋ、６０Ｃｏ１３７ Ｃｓ、 Ｒａ、啦Ｔｈ五种核素能谱。通过对比 。 、［５］复旦大学，清华大学，北京大学．原子核物理实验方法［Ｍ］． 北京：原子能出版社，１９９７． Ｋ、１３７ Ｃｓ、 。 Ｒａ实验谱和模拟谱，得到ＭＣ模拟Ｎａｌ探测 器与实验数据具有较好的一致性。通过模拟 。Ｋ、 。ｃｏ、 １３７ Ｃｓ、。蜘Ｒａ、［６］ 彭帮保，颜强．ＮａＪ探测效率的ＭＣＮＰ模拟和东北地区土壤及 建筑材料中天然放射核素含量的抽样测量［ｃ］∥第十六届全 国核电子学与核探测技术学术年会论文集（下册），２０１２： ３７８＿３８２． ２３２Ｔｈ五种核素不同能量的探测效率与文 献 对比，均较好地吻合，说明利用ＭＣ程序可以实现全 能谱效率刻度，进而提高刻度的精度，降低放射性核素分析
