高纯锗探测器颤噪声模拟计算及抑制策略研究

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作者 管庆来 位红燕 张智 《核电子学与探测技术》 北大核心 2025年第7期953-962,共10页

电制冷技术为高纯锗探测器提供了便捷且高效的冷却方案,但制冷过程中产生的机械振动导致的颤噪声干扰严重降低了探测器的能量分辨率。探测器内部具有高电势差的振动电极间寄生电容的微小变化是形成颤噪声的重要原因之一。在此前研究中,... 电制冷技术为高纯锗探测器提供了便捷且高效的冷却方案,但制冷过程中产生的机械振动导致的颤噪声干扰严重降低了探测器的能量分辨率。探测器内部具有高电势差的振动电极间寄生电容的微小变化是形成颤噪声的重要原因之一。在此前研究中,该特定部分的寄生电容未能实现解析表征,同时在确保探测器结构完整性的前提下,其值亦无法通过实验手段进行直接测量。本研究利用Ansys有限元分析软件对探测器在正弦振动作用下的内部寄生电容值进行了模拟计算,进而获得振动电容斜率,在该斜率基础上建立了颤噪声的理论计算方法。同时根据颤噪声影响因素分析结果提出两项降噪策略。实验显示,模拟计算结果准确反映了探测器在非共振状态下的颤噪声水平,所提出的降噪策略能够有效降低探测器的颤噪声输出。 展开更多

关键词 高纯锗探测器 机械振动 颤噪声 模拟计算 噪声抑制

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基于同轴型高纯锗探测器的CMOS电荷灵敏前置放大器设计

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作者 刘崭 何高魁 刘海峰 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第3期717-724,共8页

本文设计了一款多通道低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于输入电容较大的同轴型高纯锗探测器。大电容探测器会带来更大的输入噪声,为保证高能量分辨率,对前端电子学的噪声性能提出了较高的标准。在多级放大器中,总噪声受第一级噪声的影... 本文设计了一款多通道低噪声的电荷灵敏前置放大器,专用于输入电容较大的同轴型高纯锗探测器。大电容探测器会带来更大的输入噪声,为保证高能量分辨率,对前端电子学的噪声性能提出了较高的标准。在多级放大器中,总噪声受第一级噪声的影响最显著。因此,输入管必须具有优异的噪声性能,通过采用优化后的噪声模型、多次仿真迭代和特殊的版图结构得到低噪声输入管。当输入管尺寸较大时,会产生栅极漏电流,漏电流会改变前置放大器输出的基准位置。本文采用了一种带漏电流补偿的反馈电阻模块,该模块消除了反馈电阻对电源、温度和工艺变化的敏感性,同时可补偿几μA的泄漏电流,且电路为自偏置,无需外部偏压设定反馈电阻阻值。此前置放大器在10 pF的探测器电容下,上升时间不超过50 ns,且无任何震荡现象。在低温下前置放大器展示出仅5.6个电子的低噪声性能,具有5 mV/fC的输出转换增益和0.15%的线性度及12.5 mW的较低静态功耗。在特定的低能量辐射检测应用中,电路性能良好。 展开更多

关键词 高纯锗探测器 电荷灵敏前置放大器 低噪声 集成电路设计

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大尺寸超高纯锗单晶的生长和性能研究

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作者 赵青松 牛晓东 +1 位作者 顾小英 狄聚青 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期34-39,共6页

高纯锗探测器具有分辨率高、探测效率高、稳定性好等优点,应用越来越广泛,但是其关键原材料超高纯锗单晶需要满足极高的纯度和晶体结构要求,制备难度很大。国内超高纯锗单晶制备技术仍不成熟,制备的晶体质量仍不够高。利用直拉法和自制... 高纯锗探测器具有分辨率高、探测效率高、稳定性好等优点,应用越来越广泛,但是其关键原材料超高纯锗单晶需要满足极高的纯度和晶体结构要求,制备难度很大。国内超高纯锗单晶制备技术仍不成熟,制备的晶体质量仍不够高。利用直拉法和自制设备,在氢气气氛下生长了大尺寸的超高纯锗单晶,通过低温霍尔测试、位错测试和深能级杂质测试,对晶体性能进行了分析表征,结果表明其净载流子浓度小于1×10^(10)cm^(-3),深能级杂质浓度小于4.5×10^(9)cm^(-3),位错密度小于5000 cm^(-2),位错线数量小于3条,符合探测器级超高纯锗单晶的要求,最终得到直径85 mm和长度60 mm的合格晶体。 展开更多

关键词 锗探测器 超高纯锗单晶 霍尔测试 净载流子浓度 位错密度 深能级杂质浓度

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基于蒙特卡罗方法的点源、体源全能峰效率计算方法研究

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作者 张磊 《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期445-453,共9页

基于高纯锗探测器效率的积分表达式,通过理论计算全能峰线减弱系数,并结合γ光子在探测器内的不同路径长度,采用蒙特卡罗方法替代数值积分得到全能峰效率期望值。首先模拟验证了N型和P型两种高纯锗谱仪在点源距离探测器5 cm轴向位置处... 基于高纯锗探测器效率的积分表达式,通过理论计算全能峰线减弱系数,并结合γ光子在探测器内的不同路径长度,采用蒙特卡罗方法替代数值积分得到全能峰效率期望值。首先模拟验证了N型和P型两种高纯锗谱仪在点源距离探测器5 cm轴向位置处的全能峰效率,模拟结果和实验结果的偏差在±5.24%以内,证明了方法对点源全能峰效率计算的准确性;在点源基础上,通过效率传递方法对体源进行全能峰效率计算,通过树脂、二氧化硅、咖啡灰及气溶胶滤膜4种不同介质的标准源对本方法进行验证,除P型探测器低能端偏差较大外,其余能量的探测效率计算偏差均小于±6.67%。与全过程蒙特卡罗模拟方法相比,本方法不需要专业的建模程序和昂贵的商业软件,仅通过简单编程就可计算点源和体源的高纯锗探测器全能峰效率,对应急条件下的放射性定量分析有较大实际意义。 展开更多

关键词 高纯锗探测器 蒙特卡罗 全能峰效率 Γ谱仪

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高纯锗探测器探测效率的MCNP模拟 被引量：18

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作者 张建芳 赵广义 +3 位作者 王玉德 王明勇 马玉刚 张慧 《吉林大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期843-846,共4页

利用同轴型高纯锗(HPGe)探测器测量152Eu和133Ba在15cm处的探测效率,调节探测器死层厚度和冷指尺寸,利用Monte Carlo方法对同轴型HPGe探测器的全能峰效率进行模拟计算,并将计算效率与实验效率进行比较.结果表明,当HPGe探测器的死层厚度... 利用同轴型高纯锗(HPGe)探测器测量152Eu和133Ba在15cm处的探测效率,调节探测器死层厚度和冷指尺寸,利用Monte Carlo方法对同轴型HPGe探测器的全能峰效率进行模拟计算,并将计算效率与实验效率进行比较.结果表明,当HPGe探测器的死层厚度为0.22cm,冷指半径和长度分别为0.301cm和1.00cm时,模拟效率与实验效率相符。 展开更多

关键词 高纯锗探测器 全能峰探测效率 MONTE CARLO方法 死层厚度 冷指尺寸

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高纯锗多晶材料区熔速度优化的数值模拟 被引量：5

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作者 郝昕 孙慧斌 +4 位作者 赵海歌 胡世鹏 罗奇 谭志新 白尔隽 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期248-253,共6页

为提高探测器级高纯锗多晶材料的制备效率,开展对锗材料多次区熔过程的参数优化的数值模拟.利用分凝原理对高纯锗多晶材料制备的区熔过程进行数值模拟,针对杂质分凝系数小于1的情况,比较了不同区熔速度下,单次和多次区熔的提纯效果.结... 为提高探测器级高纯锗多晶材料的制备效率,开展对锗材料多次区熔过程的参数优化的数值模拟.利用分凝原理对高纯锗多晶材料制备的区熔过程进行数值模拟,针对杂质分凝系数小于1的情况,比较了不同区熔速度下,单次和多次区熔的提纯效果.结果表明,虽然速度越慢单次区熔效果越好,但对多次区熔的累计效果要采用相对快速多次的方法,以实现相同提纯效果下总时间最短,即多次累计的区熔效率最高.给出了区熔速度的优化方法,以指导实验提高区熔效率. 展开更多

关键词 半导体 高纯锗制备 高纯锗探测器 区熔提纯 杂质浓度 数值模拟 参数优化

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高纯锗能谱仪系统研制 被引量：2

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作者 何高魁 孙慧斌 +17 位作者 郝晓勇 刘义保 代传波 邓长明 王柱 廖辉 汪天照 胡世鹏 邵俊琪 张怀强 刘海峰 杨松 贾伟强 厉文聪 刘洋 阙子昂 田华阳 张向阳 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2021年第1期55-61,共7页

介绍了高纯锗能谱仪系统的研制。项目突破了探测器级高纯锗单晶提纯、高纯锗探测器表面钝化保护、高计数率数字化多道分析器以及无源效率刻度等关键技术,研制出高纯锗能谱仪系统样机。开展了高纯锗能谱仪在核燃料包壳破损在线监测、中... 介绍了高纯锗能谱仪系统的研制。项目突破了探测器级高纯锗单晶提纯、高纯锗探测器表面钝化保护、高计数率数字化多道分析器以及无源效率刻度等关键技术,研制出高纯锗能谱仪系统样机。开展了高纯锗能谱仪在核燃料包壳破损在线监测、中高放射性废物桶核素源项无损检测和材料点缺陷特性分析示范应用研究。性能测试表明:85%探测效率的能谱仪的能量分辨率为1.98keV(1.33 MeV伽马射线),峰康比好于61。 展开更多

关键词 高纯锗单晶 高纯锗探测器 离子注入 多道分析器

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高纯锗单晶的制备与位错密度分析 被引量：1

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作者 郝昕 甘林 +5 位作者 胡世鹏 罗奇 吴正新 钟健 赵海歌 孙慧斌 《深圳大学学报（理工版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期504-508,共5页

高纯锗探测器在辐射探测领域具有重要地位.经过区熔提纯和单晶生长2个阶段,成功制备了纯度为13N、位错密度介于100~10000 cm^(-2)之间的高纯锗.其中,区熔实验使用自制水平区熔炉,在高纯氢气环境下,通过20~50次区熔以达到提纯要求.单晶... 高纯锗探测器在辐射探测领域具有重要地位.经过区熔提纯和单晶生长2个阶段,成功制备了纯度为13N、位错密度介于100~10000 cm^(-2)之间的高纯锗.其中,区熔实验使用自制水平区熔炉,在高纯氢气环境下,通过20~50次区熔以达到提纯要求.单晶生长采用直拉法,在高纯氢气环境下,沿[100]晶向生长,单晶有效长度>50 mm,有效直径>30 mm.采用浸蚀法测量位错密度,利用酸性腐蚀液腐蚀锗单晶片(100)晶面,读取位错腐蚀坑数量.结果显示,距单晶棒头部25、50和72 mm处的位错密度分别为2537、3425和4075 cm^(-2),表明在晶锭头部72 mm前,位错密度满足高纯锗探测器制备的要求.研究可为高纯锗单晶的制备提供参考. 展开更多

关键词 半导体材料 晶体 高纯锗制备 高纯锗探测器 单晶生长 位错密度 直拉法

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铟活化诊断氘氘中子产额不确定度分析 被引量：1

9

作者 宋仔峰 陈家斌 +2 位作者 刘中杰 詹夏宇 唐琦 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期114-119,共6页

介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定... 介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定过程中加速器中子与聚变中子能量差异、大厅散射中子本底等因素对灵敏度标定的影响,并评估了宇宙射线本底对活化射线净计数测量的影响。分析了中子产额处于不同量级时起主要作用的不确定度分量,提出了减小灵敏度标定不确定度的方法。以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。结果表明:利用伴随粒子法在加速器中子源上标定出铟活化测量系统灵敏度的相对标准不确定度为4.3%。中子产额低于1010时,产额测量不确定度大于7%,活化射线净计数误差是产额测量误差的主要来源;产额大于1010时,测量不确定度好于7%,中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度引起。 展开更多

关键词 高纯锗谱仪 灵敏度标定因子 相对标准不确定度 加速器中子源

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GMX型同轴高纯锗探测器用于X射线荧光分析之性能评述 被引量：2

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作者 谢东 严振庄 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 1992年第1期35-40,共6页

本文以GMX型为例评述了同轴高纯锗探测器在X射线荧光分析中之应用情况,计算了锗的Kα逃逸所致之逃逸峰的强度。给出了能量分辨和逃逸峰的实验数据,并同Si(Li)探测器比较,提出了锗探测器的应用场合以及选择激发源的注意点。

关键词 X射线 荧光分析 锗 探测器 GMX型

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N型与井型HPGe探测器对核素^(137)Cs测量的比对分析 被引量：1

11

作者 魏欣 刘宝元 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2015年第12期1221-1226,共6页

利用N型和井型HPGe探测器以及中国原子能科学研究院提供的标准体源,分析了N型探测器和井型探测器井内与井上两种测量方式的重复性、稳定性和准确性之间的差异。结果表明,在达到同样的全能峰计数时,井型探测器井内测量时所需的时间是N型... 利用N型和井型HPGe探测器以及中国原子能科学研究院提供的标准体源,分析了N型探测器和井型探测器井内与井上两种测量方式的重复性、稳定性和准确性之间的差异。结果表明,在达到同样的全能峰计数时,井型探测器井内测量时所需的时间是N型探测器的6倍,井上测量的2.5倍。N型探测器和井型探测器井内与井上测量的重复性标准差为0.07、0.22和0.08 Bq/kg,探测效率年稳定性为2.74%、2.36%和3.07%,准确性的相对偏差为3.47%、6.57%和3.43%。井内测量时,由于样品质量过低引起的随机误差较大,因此建议在样品质量能够满足的情况下,选择N型探测器或井型探测器井上测量,可同时保证测量准确性和时间的需求。 展开更多

关键词 环境放射性核素 137Cs示踪技术 N型高纯锗探测器 井型高纯锗探测器

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同轴型HPGe探测器死层厚度和冷指尺寸的调整

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作者 张建芳 特木尔巴根 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期960-963,共4页

利用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法,对晶体死层厚度及冷指尺寸进行了修正。结果表明,当探测器的死层厚度为0.22 cm,冷指半径和长度分别为0.301和1.00 cm时,模拟效率与实验效率、模拟能谱与实验能谱符合很好。

关键词 蒙特卡罗方法 高纯锗探测器 死层厚度 冷指尺寸

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MC模拟高纯锗探测器准直器对X射线能谱测量的影响 被引量：3

13

作者 文玉琴 赵瑞 +2 位作者 吴金杰 赖万昌 王二彦 《计量学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期245-249,共5页

为了研究不同限束光阑准直器对测量结果的影响,使用MCNP5蒙卡模拟软件建立带准直器的高纯锗探测器模型。通过模拟分析准直器各项参数对高纯锗探测器测量X射线能谱的影响,确立了准直器的最佳尺寸,为实验室使用高纯锗探测器测量X射线能谱... 为了研究不同限束光阑准直器对测量结果的影响,使用MCNP5蒙卡模拟软件建立带准直器的高纯锗探测器模型。通过模拟分析准直器各项参数对高纯锗探测器测量X射线能谱的影响,确立了准直器的最佳尺寸,为实验室使用高纯锗探测器测量X射线能谱提供一定的参考依据。计算了透射等效孔径(TEA)准直器指标,分析了高纯锗探测器测量X射线得到的探测效率。结果表明:对于能量小于80 keV的低能量段X射线能谱测量,选择孔径小、屏蔽厚的准直器;对于80 keV以上中高能量段的X射线应选择较大孔径的准直器,以避免由于从铅准直器中产生小角散射线和铅的特征线而影响X射线能谱的质量。 展开更多

关键词 计量学 X射线能谱 高纯锗探测器 准直器 TEA MCNP5

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同轴型HpGe探测器离子注入工艺仿真 被引量：2

14

作者 阙子昂 郝晓勇 何高魁 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2020年第2期239-243,共5页

为了进--步优化同轴型高纯锗探测器离子注入工艺参数,利用Silvaco半导体仿真软件和SRIM离子注入仿真软件对离子注入过程进行模拟,研究不同注入角度、能量、剂量对注入的均匀性、深度、杂质浓度分布及损伤的影响,并根据模拟结果选择合适... 为了进--步优化同轴型高纯锗探测器离子注入工艺参数,利用Silvaco半导体仿真软件和SRIM离子注入仿真软件对离子注入过程进行模拟,研究不同注入角度、能量、剂量对注入的均匀性、深度、杂质浓度分布及损伤的影响,并根据模拟结果选择合适的工艺参数,为HpGe探测器的制备提供一定的指导。此外,研究了离子注入后退火的温度及时间对晶格损伤恢复和杂质激活的影响情况。 展开更多

关键词 同轴型HpGe探测器 硼离子注入 退火温度 退火时间

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高纯锗探测器应用于稀有事例探测的研究进展 被引量：1

15

作者 杜晟杰 吕沙沙 +3 位作者 刘圆圆 田阳 李秀霞 李玉兰 《北京师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期781-789,共9页

高纯锗探测器(HPGe)对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义.本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺,分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分,并讨论了降低本底的关键技术.对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变... 高纯锗探测器(HPGe)对于低本底稀有事例探测的发展具有重要的意义.本文介绍了HPGe的工作原理及其制备工艺,分析了对探测器起关键作用的钝化层和死层部分,并讨论了降低本底的关键技术.对于HPGe应用于包括暗物质探测和无中微子双贝塔衰变的稀有事例探测实验的进展,重点介绍了应用HPGe的CDEX、SuperCDMS、GERDA、MAJORANA等国际领先的稀有事例探测合作组相关实验技术和物理进展,进一步分析了HPGe用于下阶段国际稀有事例探测的发展方向. 展开更多

关键词 高纯锗探测器 稀有事例 暗物质 无中微子双贝塔衰变 本底

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基于低本底高纯锗γ谱仪测量茶叶和烟草中^(210)Pb和^(40)K的比活度 被引量：1

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作者 王宇 刘圆圆 +3 位作者 吴彬 王菁 熊莉萍 程建平 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1048-1056,共9页

茶叶和烟草中存在^(210)Pb和^(40)K等放射性核素,其放射性含量一直备受关注。本研究选择基于低本底高纯锗γ谱仪的γ能谱方法,并结合Geant4无源效率刻度技术,对典型的茶叶和烟草样本进行了^(210)Pb和^(40)K比活度测量。其中,低本底高纯... 茶叶和烟草中存在^(210)Pb和^(40)K等放射性核素,其放射性含量一直备受关注。本研究选择基于低本底高纯锗γ谱仪的γ能谱方法,并结合Geant4无源效率刻度技术,对典型的茶叶和烟草样本进行了^(210)Pb和^(40)K比活度测量。其中,低本底高纯锗γ谱仪由Canberra BEGe 5030高纯锗探测器和15 cm厚低本底钢+2 cm厚高纯无氧铜屏蔽室组成,在30~3 000 keV能量范围内,全谱计数率为1.98 s-1。基于以上实验设备,选择了4种茶叶和5种产地的香烟作为测量对象,测量结果显示,茶叶中^(210)Pb的比活度为8.15~49.67 Bq/kg,^(40)K的比活度为296.58~351.69 Bq/kg;烟草中^(210)Pb的比活度为21.74~31.16 Bq/kg,^(40)K的比活度为470.15~522.88 Bq/kg。根据样品中^(210)Pb的平均比活度估算,饮茶导致的^(210)Pb有效剂量应小于35.15μSv/a,吸烟导致的^(210)Pb有效剂量约为11.00μSv/a,饮茶和吸烟造成的相应核素的内照射剂量对人体健康的影响均较小。 展开更多

关键词 高纯锗探测器 Γ能谱法 无源效率刻度 比活度

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室内建材中Rn含量检测及其评估 被引量：1

17

作者 左卓 张泽青 +2 位作者 杨寒 颜瑜成 覃骏 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2020年第6期912-915,共4页

根据样品房所用建材,按照比例建立模型,然后密封各类建材40 d,最后设计两组分析实验。使用RAD-7测Rn仪测得各类建材中释放的Rn浓度,计算出样品房各建材释放^(222)Rn浓度比例,通过HPGe探测器测量密封后不同类型的同质量建材所释放的Rn子... 根据样品房所用建材,按照比例建立模型,然后密封各类建材40 d,最后设计两组分析实验。使用RAD-7测Rn仪测得各类建材中释放的Rn浓度,计算出样品房各建材释放^(222)Rn浓度比例,通过HPGe探测器测量密封后不同类型的同质量建材所释放的Rn子体γ射线粒子数,计算出建材释放的Rn浓度比例。将两组数据最后取均值得到红砖:水泥:大理石:腻子膏:沙子的Rn浓度贡献比为69:16:9:5:1,这对室内Rn浓度来源与防护具有重要意义。 展开更多

关键词 Rn 室内建材 RAD-7测Rn仪 HPGE探测器 Rn浓度

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