放射性氙叠层闪烁探测器的设计与初步实验

放射性氙的4种同位素131 Xem 、133 Xe、133 Xem 和135 Xe是地下核试验最重要的示踪气体，是目前CTBTO全球监测系统监测的主要核素。本文设计并研制了一种针对低水平放射性氙测量的叠层闪烁探测器，可实现放射性氙4种同位素的β‐γ符合测量，简化了探测器结构。利用MCNP5工具包模拟了两种结构的探测器，获得了β闪烁层的最佳厚度，1.5 mm厚塑料闪烁体BC404几乎完全屏蔽4种氙同位素的β信号，135 Xe的910 keV特征β射线仅0.8％沉积在γ闪烁层CsI（Tl）中，而对133 Xe的81 keV特征γ射线吸收低于6.5％；观察到明显的氙气样品自吸收效应，氙气气压由0.1 M Pa增加到0.25 M Pa时，氙气对133 Xe的346 keV β射线吸收增加45.6％。基于模拟结构设计，研制了用于放射性氙测量的叠层闪烁探测器，初步实验结果表明叠层闪烁探测器能有效抑制本底计数，抑制因子约96.4±1.0。