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论坛>物理高能技术>核技术与核仪器>X射线荧光光谱

文号940583

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氚管的辐射组成探究

巨大橘子2024/12/21原创

发表人本人原创核技术与核仪器 IP:上海

中文摘要

对于市售氚管的泄露射线进行了简单分析。

省流版结论：

作为生活中最安全易得的同位素产品之一，氚管的辐射一直是无法绕开的话题，这次难得想起来，东西也都在手边，直接一探究竟。

氚的β能谱，可以看到平均能量约5.7keV，最大能量约18.6keV，该能量的β射线在低Z低ρ固液体中射程约6μm。

之前已经有不少朋友用云母端窗盖革管和KC761测过氚管的辐射，而前者毕竟定性都算不上，只能指示射线确实存在；后者给出提示：氚管发射出了X-γ段的低能光子。

这次探测器使用amptek的Si-pin电制冷XRF探头，灵敏面积25mm²，分辨率约185eV@5.89keV，25.4μm厚度的铍窗保证了低能射线可以以较高的效率抵达探测器；能量由4.51keV的TiKα和烟感的13.95/17.74keV三点拟合。

将氚管尽量靠近探头，以降低空气对于低能射线的衰减并增大立体角。

开始采集，等待约2000s，得到了如下谱图：

可以看到在较为平缓的连续谱中出现了两个尖锐的峰，一眼盯针，鉴定为锌的Kα和Kβ荧光峰。

接下来，可以将氚管可能发出的射线大致分为三部分考虑：

a）氚本身衰变直接产生的β射线；

b）氚发出的β射线与拦截物质作用产生的轫致辐射连续谱；

c）由以上两者激发原子产生的X射线荧光峰；

a）实际并不太会到达氚管外部，这是因为它们的最大射程只有几μm，而氚管壁厚至少几百μm，严重的衰减使得能到达管外的β射线微不可测；

b）在谱图中清晰可见，范围约6keV~18keV，在x射线管的应用中，可知轫致辐射的峰值往往在最大能量的1/3处，而这里的峰值明显高很多，这是由于玻璃管壁对于这部分射线产生了过滤作用，低能量的部分无法到达探测器，峰值向高能端移动；

c）荧光峰同样清晰，但氚管内壁的荧光涂料明显不会只含锌一种元素，含有锌的荧光材料应为掺杂的硫化锌，黄光应为掺锰导致，查资料得硫的Kα＝2.31keV，Kβ＝2.46keV，锰的Kα约为5.89keV，Kβ约为6.49keV，从b）中可以看到，低于6keV的射线几乎都被氚管管壁吸收，无法射出，因此只剩锌的X荧光峰显示了出来，此外，锌的Kβ产额约为其Kα的12%，但在谱图中Kα比例明显大幅衰减，这也主要是由于管壁等的滤过导致的。

此外，参考XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

其中同样有人给出了氚管的能谱，和这次得到的结果很像：

附金属锌的X射线荧光谱图：

至此，氚管的辐射组成可以比较确定地认为是不含β射线的、经管壁过滤过的极低能量的X射线，而这些X射线又由荧光涂层中锌的X荧光以及来自氚的β射线产生的轫致辐射连续谱组成。

来自：物理高能技术 / 核技术与核仪器动手实践：实验报导

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~~空空如也

UIMicro

7个月28天前 IP:上海

940584

1楼

很好的探究。所以想知道氚管辐射对人体是否有害？

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虎哥

7个月28天前 修改于 7个月28天前 IP:四川

940589

2楼

赶紧翻出毕业那年买的表

近距离照射

计数率不高，不过可以明显看到x射线峰，看起来是两个荧光峰合在一起显示了。

看起来，用8.6keV作为校准的设想，不太行得通。

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kura

7个月28天前 IP:广东

940590

3楼

我也来试试

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UIMicro

7个月27天前 IP:上海

940597

4楼

引用虎哥发表于2楼的内容

赶紧翻出毕业那年买的表近距离照射计数率不高，不过可以明显看到x射线峰，看起来是两个荧光峰合在一起显示

如果分辨率的卷积kernel本身漂移不高的话，是否合并后的峰也可能可以作为标定基准？

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巨大橘子作者

7个月27天前 IP:上海

940605

5楼

引用虎哥发表于2楼的内容

赶紧翻出毕业那年买的表近距离照射计数率不高，不过可以明显看到x射线峰，看起来是两个荧光峰合在一起显示

实际应该是两条K线+全部轫致辐射谱堆成了一个峰，而在之前测试中可以知道这个能量段的射线受氚管管壁厚度为主的过滤影响很大，估摸着这个合峰的峰值位置对于不同氚管以及测试环境可能会有一点偏差，考虑到这个点本身的能量很低且接近kc761能量探测下限，偏差很大，不便直接引入线性拟合，也许以后可以对60keV以下这段考虑低能分段校准？

也许我应该先去把Am的x段峰弄清楚，那个至少用761外壳材料可以直接测出吸收补偿后的x谱，并且没有轫致辐射连续谱的干扰，理论上是可以通过手动对经pin效率补偿+外壳过滤补偿+分辨率劣化展宽后的加和峰计算出期望显示峰值位置的，好在kc761是γ能谱仪，闪烁体对于这种低能射线默认效率100%，简化效率补偿计算了。

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邵康桔

7个月18天前 IP:四川

940843

6楼

很棒的低能X射线能谱研究，换算生物组织剂量估计还需要进一步研究。以下是常见荧光材料

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oraclelp

7个月12天前 IP:山东

940993

7楼

2015年杨海兰，戴军，侯雪莉在<辐射防护>杂志发表的<氚自发光标志牌轫致辐射特性的实验测定> 做过相似的研究， 能谱也类似。可以一同参考下。

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巨大橘子作者

3个月8天前 IP:上海

943894

8楼

补充：情况（能谱变化）确实复杂，但闪烁体相对低的分辨率弥补了这一点。

增加了一枚玻璃壁的氚气安瓿，对比上文同为玻璃壁的氚管，缺少了荧光粉的x荧光，kc761峰位没有明显区别；高分辨率下的x谱附下。

氚钛靶峰位有降低，是滤过变薄+TiKα荧光加强低能的结果。

大氚管峰位有升高，推测是更厚的管壁滤过了更多的低能光子。

尽管对于一些变量展现出了明显有规律的趋势，整体绝对值的变化是相当小的。

1、玻璃安瓿

si-pin探头下，能量经过精细刻度，此次测试时在4.5keV-120keV保证线性良好，能量准确。

可以看到无荧光粉对于能谱的影响，典型的荧光峰缺失，几乎只剩下滤过后的轫致辐射谱。

2、氚管（壁厚0.5mm）

氚管（壁厚1mm）

3、氚钛靶

绝对能量没有意义，因为尚不清楚经由管壁+761外壳滤过之后能谱的组成，也还没有好的标准办法对761的此能量段直接做出刻度，此补充仅仅可以用来参考能量可能的变化范围。

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