GB/T 43535-2023 高纯锗γ谱仪

　　ICS 17.240 CCS F 81

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43535—2023

　　高纯锗 γ 谱仪

　　High-puritygermanium γ spectrometer

　　2023-12-28发布 2024-07-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43535—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 分类 3

　　4. 1 概述 3

　　4. 2 固定式谱仪 3

　　4. 3 便携式谱仪 4

　　5 技术要求 4

　　5. 1 固定式谱仪要求 4

　　5. 2 便携式谱仪要求 7

　　5. 3 电气安全 10

　　5. 4 环境适应性 10

　　5. 5 电磁兼容 11

　　6 试验方法 12

　　6. 1 试验的一般规定 12

　　6. 2 固定式谱仪 13

　　6. 3 便携式谱仪 16

　　6. 4 电气安全 18

　　6. 5 环境适应性试验 19

　　6. 6 电磁兼容 20

　　7 检验规则 21

　　7. 1 出厂检验 21

　　7. 2 型式检验 21

　　7. 3 检验项 目 21

　　8 标志 、随行文件 、运输及贮存 22

　　8. 1 标志 22

　　8. 2 随行文件 23

　　8. 3 运输 23

　　8. 4 贮存 23

　　参考文献 24

　　Ⅰ

　　GB/T 43535—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SCA/TC30)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 同方威视技术股份有限公司 、清华大学 、中国计量科学研究院 、中国原子能科学研究院 。

　　本文件主要起草人 :李玉兰 、李元景 、赵崑 、何力 、付逸冬 、张智 、宫辉 、吴瑶 、黄训旺 、位红燕 、张彤 、张红 、梁珺成 、郝晓勇 、魏可新 、于海军 、潘洪伟 、李秀霞 、胡春煊 、阙子昂 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43535—2023

　　高纯锗 γ 谱仪

　　1 范围

　　本文件规定了高纯锗 γ谱仪(以下简称 “谱仪 ”)的分类 、技术要求 ,描述了试验方法 , 同时对检验规则 、标志 、随行文件 、运输及贮存进行了规定 。

　　本文件适用于具有同轴型半导体探测器(以下简称 “同轴型 ”)的高纯锗 γ谱仪的生产 、销售 、管理和检测等 。用于特殊或定制场景的其他类型高纯锗 γ谱仪参考使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 191 包装储运图示标志

　　GB/T 2423. 56 环境试验 第 2部分 :试验方法 试验 Fh:宽带随机振动和导则

　　GB/T 2900. 66—2004 电工术语 半导体器件和集成电路

　　GB/T 2900. 97—2016 电工术语 核仪器 物理现象 、基本概念 、仪器 、系统 、设备和探测器

　　GB/T 3785. 1 电声学 声级计 第 1部分 :规范

　　GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)

　　GB 4793. 1 测量 、控制和实验室用电气设备的安全要求 第 1部分 :通用要求

　　GB/T 4960. 6—2008 核科学技术术语 第 6部分 :核仪器仪表

　　GB/T 7167 锗 γ射线探测器测试方法

　　GB/T 8993—1998 核仪器环境条件与试验方法

　　GB/T 13306 标牌

　　GB/T 17626. 2

　　电磁兼容

　　测量技术 静电放电抗扰度试验

　　GB/T 17626. 3

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验

　　GB/T 17626. 4

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

　　GB/T 17626. 5

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验

　　GB/T 17626. 8

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验

　　GB 17799. 4 电磁兼容 第 4部分 :通用标准 工业环境中的发射

　　JJF 1850—2020 锗 γ射线谱仪校准规范

　　3 术语和定义

　　GB/T 2900. 66—2004、GB/T 2900. 97—2016、GB/T 4960. 6—2008和 JJF 1850—2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　杂质 impurity

　　单元素半导体中的其他元素的原子 ;化合物半导体中的其他元素的原子或与化合物半导体晶体理

　　1

　　GB/T 43535—2023

　　想配比成分相比多出或缺少的原子 。

　　[来源 :GB/T 2900. 66—2004,521-02-04] 3.2

　　电活性杂质 electro-active impurity

　　对材料的电学性质有显著影响的杂质 。

　　3.3

　　高纯锗 high-puritygermanium; HPGe

　　在室温下 , 电活性杂质净浓度稳定且典型值小于 3×1010 cm-3 的锗单晶 。

　　3.4

　　N 型半导体 N-typesemiconductor

　　导电电子密度超过空穴密度的非本征半导体 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,2. 4. 5] 3.5

　　P 型半导体 P-typesemiconductor

　　空穴密度超过导电电子密度的非本征半导体 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,2. 4. 6] 3.6

　　同轴型半导体探测器 coaxialsemiconductordetector

　　其灵敏体积对称环绕中心轴的半导体探测器 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,2. 4. 27] 3.7

　　液氮回凝制冷系统 zero boil-offcryostat

　　将常规液氮与电气制冷相结合的制冷系统 。

　　注 : 将容器内气态的氮气冷凝为液氮 ,很大程度上减少了补充液氮的需求 。

　　3. 8

　　半高宽 fullwidth athalfmaximum; FWHM

　　在单峰构成的分布曲线上 ,峰值一半处曲线上两点的横坐标间的距离 。

　　注 : 如果曲线包含几个峰 ,则每个 峰 都 有 一 个 半 高 宽 。另 外 , 由 此 术 语 还 扩 展 定 义 了 1/10高 宽(FW 0. 1M) , 1/50高宽(FW 0. 02M )等 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 27,有修改] 3.9

　　全吸收峰 totalabsorption peak

　　全能峰

　　在辐射探测器中 ,能谱响应曲线对应光子能量全吸收的那部分 。

　　注 : 全吸收峰代表所有 相 互 作 用 过 程 所 产 生 的 光 子 能 量 全 被 吸 收 , 即 : a) 光 电 吸 收 , b) 康 普 顿 效 应 和 c) 电 子 对生成 。

　　[来源 :GB/T 2900. 97—2016,395-03-94]

　　3. 10

　　全能峰效率 full-energypeak efficiency

　　对给定的样品(放射源)-探测器距离 ,测得的能量为 E 的 γ 射线全能峰净面积计数与同一时间间隔内样品(放射源)发射该能量 γ射线数的比值 。

　　[来源 :JJF 1850—2020,3. 1. 2]

　　2

　　GB/T 43535—2023

　　3. 11

　　全能峰相对探测效率 relative full-energypeak efficiency

　　相对探测效率

　　在源-探测器距离为 25 cm 时 ,锗 γ射线探测器与 NaI(Tl)闪烁晶体(直径 7. 62 cm ,高度 7. 62 cm)探测器对60Co点源 1 332. 5 keV射线的全能峰效率之比 。

　　[来源 :JJF 1850—2020,3. 1. 3]

　　3. 12

　　(测量装置的)本底水平 background level(ofa measuring assembly)

　　本底

　　源于被测辐射之外的信号 。

　　注 : 本底可归因于 :

　　a) 探测器内 、外非测量所关注的源辐射产生的对测量有影响的信号 。

　　b) 由于该测量系统的电子电路及其电源的缺陷导致的信号 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 15]

　　3. 13

　　能量分辨力(辐射谱仪的) energy resolution(ofa radiation spectrometer)

　　辐射谱仪能分辨的两个粒子能量之间的最小差值 。

　　注 1: 通常情况下能量分辨率用一个因子表示 ,该因子是在单能粒子分布曲线峰的半高宽(能量)除以峰位的能量 。

　　注 2: 对于高纯锗 γ谱仪 ,能量分辨力一般用半高宽(FWHM )表示 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 26,有修改]

　　3. 14

　　峰康比 peak-to-Compton ratio

　　在单能 γ 辐射的脉冲高度谱上 , 全能吸收峰的峰位道计数与康普顿连续谱的康普顿端的道 计 数之比 。

　　[来源 :GB/T 4960. 6—2008,3. 2. 44]

　　4 分类

　　4. 1 概述

　　谱仪按照使用场景 ,可分为固定式谱仪和便携式谱仪 。

　　4.2 固定式谱仪

　　固定式谱仪为放射性物质分析设备 ,一般放置在固定场所使用 ,可匹配屏蔽装置 ,使探测器在低本底环境下使用 。集能谱采集 、能谱分析 、活度计算等功能于一体 。

　　固定式谱仪组成主要包括探测器 、多道分析器 、制冷系统 、屏蔽装置 、计算机 、能谱采集与分析软件等 。其中 ,制冷系统根据不同的制冷方式 ,可分为液氮制冷 、液氮回凝制冷以及电制冷 ;谱仪探测器可分为同轴型 、平面型 、井型等 , 同轴 型 又 分 为 P 型 半 导 体(以 下 简 称 “P 型 ”) 和 N 型 半 导 体(以 下 简 称 “N型 ”) 。

　　本文件中的内容是对包含 P 型或 N 型同轴探测器 、多道分析器 、制冷系统 、能谱采集与分析软件的谱仪的要求 。

　　其余类型探测器的谱仪应用于特定场景 ,使用较少 ;计算机为成熟产品 ;屏蔽装置为选配件 。这些部分以及其他选配件的性能要求 ,均由用户和制造商自行约定 。

　　3

　　GB/T 43535—2023

　　4.3 便携式谱仪

　　便携式谱仪是方便直接携带到现场使用的谱仪 ,主要用于能谱采集 、核素识别和活度测量等 。探测器 、多道分析器 、制冷单元 、主控单元等部件均集于一体 。其中 ,制冷单元根据不同的制冷方式 ,可分为电制冷和液氮制冷 。

　　便携式谱仪可单独使用 ,也可配合小推车 、小尺寸屏蔽装置使用 。

　　目前 ,便携式谱仪的探测器一般使用 P 型同轴探测器 ,本文件是对配置 P 型同轴探测器便携式谱仪的要求 ,其他类型谱仪和选配件的性能要求由用户和制造商协商 。

　　5 技术要求

　　5. 1 固定式谱仪要求

　　5. 1. 1 外观

　　外观应完好无损 ,型号 、编号等信息清晰可辨 。

　　5. 1.2 功能

　　5. 1.2. 1 能谱采集

　　固定式谱仪应能够采集能谱 。

　　5. 1.2.2 能量刻度

　　固定式谱仪应能进行能量刻度 ,并显示能量刻度曲线 。

　　5. 1.2.3 效率刻度

　　固定式谱仪应能进行效率刻度 ,并显示效率刻度曲线 。

　　5. 1.2.4 活度测量

　　固定式谱仪应能测量样品所含核素的活度 ,给出活度 、不确定度等信息 。

　　5. 1.2.5 探测器晶体温度监测及高压保护

　　当探测器晶体温度高于温度阈值 , 固定式谱仪未加载高压状态下 ,应能阻止加高压 ;谱仪加载高压状态下 ,应能自动缓降探测器高压直至关断高压 。

　　固定式谱仪宜有探测器晶体温度监测功能 ,并能显示其状态 。

　　5. 1.2.6 液氮回凝制冷系统状态监测及报警

　　当固定式谱仪使用液氮回凝制冷系统时 ,系统应有状态监测功能 ,应能显示液位 、气压等信息 ,并能在发生液位 、气压等异常时触发声音以及光或字符报警 。

　　5. 1.2.7 安全泄压功能

　　液氮回凝制冷系统应设有安全泄压阀 , 当制冷腔内气压过高时 ,应能通过安全泄压阀自动泄压 。

　　5. 1.2. 8 软件基本功能

　　软件基本功能包括以下内容 。

　　a) 应能显示能谱采集过程及被测样品的 γ能谱 ,且宜可进行以下操作并显示对应信息 :

　　4

　　GB/T 43535—2023

　　1) 放大 、缩小能谱 ;

　　2) 自动寻峰 ,各能量峰上显示能量等相关信息 ;

　　3) 设置感兴趣区(ROI) ,显示 ROI范围及其范围内峰的峰位 、半高宽 、计数率等信息 ;

　　4) 显示采集起始时间 、实时间 、活时间及死时间等 ;

　　5) 显示总计数率 ;

　　6) 以线性或对数方式显示能谱 ;

　　7) 设置采集时长 ;

　　8) 设置自动循环采集能谱 。

　　b) 应能对参数进行设置 :

　　1) 高压设置 ;

　　2) 全谱道数选择 ;

　　3) 输入极性选择 ;

　　4) 增益调整 ;

　　5) 成形时间设置 ;

　　6) 自动/手动极零 ;

　　7) 虚拟示波器 。

　　c) 应能查看核素库内容(包括核素 、半衰期 、射线能量 、分支比等信息) ,可自定义用户核素库 。

　　d) 应能对采集的能谱进行分析 ,生成分析报告 ,报告应至少包括所用核素库名称 、操作员 、算法参数 、能量刻度和效率刻度等信息 ,并给出特征峰分析结果 ,包括峰位(道址和能量) 、半高宽 、面积 、对应核素 、置信度 、活度 、不确定度等信息 。

　　5. 1.3 性能

　　5. 1.3. 1 相对探测效率、能量分辨力、峰康比、峰形参数

　　对于不同相对探测效率的 P 型同轴探测器固定式谱仪 ,谱仪的能量分辨力 、峰康比 、峰形参数(FW 0. 1 M/FWHM 和 FW 0. 02 M/FWHM)应满足表 1 的要求 。对于电制冷固定式谱仪 ,在 122 keV 的能量分辨力要求可放宽 20% 。

　　表 1 P 型同轴探测器固定式谱仪指标要求

　　序号

　　相对探测效率 %

　　能量分辨力(FWHM)

　　keV

　　峰康比

　　峰形参数

　　FW 0. 1 M/FWHM

　　FW 0. 02 M/FWHM

　　@122keV

　　@1 332. 5 keV

　　1

　　∈[10,15)

　　≤1. 00

　　≤1. 95

　　≥33 ∶ 1

　　≤1. 9

　　≤2. 9

　　2

　　∈[15,20)

　　≤1. 05

　　≤1. 95

　　≥35 ∶ 1

　　≤1. 9

　　≤2. 9

　　3

　　∈[20,25)

　　≤1. 05

　　≤2. 00

　　≥40 ∶ 1

　　≤1. 9

　　≤2. 9

　　4

　　∈[25,30)

　　≤1. 08

　　≤2. 05

　　≥42 ∶ 1

　　≤1. 9

　　≤2. 9

　　5

　　∈[30,35)

　　≤1. 10

　　≤2. 10

　　≥48 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　6

　　∈[35,40)

　　≤1. 12

　　≤2. 10

　　≥52 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　7

　　∈[40,45)

　　≤1. 15

　　≤2. 15

　　≥55 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　8

　　∈[45,50)

　　≤1. 18

　　≤2. 15

　　≥58 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　9

　　∈[50,55)

　　≤1. 20

　　≤2. 15

　　≥60 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　5

　　GB/T 43535—2023

　　表 1 P 型同轴探测器固定式谱仪指标要求 (续)

　　序号

　　相对探测效率 %

　　能量分辨力(FWHM)

　　keV

　　峰康比

　　峰形参数

　　FW 0. 1 M/FWHM

　　FW 0. 02 M/FWHM

　　@122keV

　　@1 332. 5 keV

　　10

　　∈[55,60)

　　≤1. 25

　　≤2. 20

　　≥62 ∶ 1

　　≤2. 0

　　≤3. 0

　　11

　　∈[60,65)

　　≤1. 25

　　≤2. 20

　　≥65 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　12

　　∈[65,70)

　　≤1. 30

　　≤2. 20

　　≥68 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　13

　　∈[70,80)

　　≤1. 35

　　≤2. 30

　　≥70 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　14

　　∈[80,90)

　　≤1. 35

　　≤2. 30

　　≥70 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　15

　　∈[90,100)

　　≤1. 40

　　≤2. 40

　　≥72 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　16

　　∈[100,110)

　　≤1. 45

　　≤2. 50

　　≥75 ∶ 1

　　≤2. 1

　　≤3. 1

　　17

　　∈[110,120)

　　≤1. 50

　　≤2. 50

　　≥77 ∶ 1

　　≤2. 2

　　≤3. 2

　　18

　　∈[120,130)

　　≤1. 55

　　≤2. 50

　　≥79 ∶ 1

　　≤2. 2

　　≤3. 2

　　对于不同相对探测效率的 N 型同轴探测器固定式谱仪 , 当使用液氮回凝 制 冷 系 统 或 者 液 氮 制 冷时 ,谱仪的能量分辨力 、峰康比 、峰形参数应满足表 2 的要求 。

　　表 2 N 型同轴探测器固定式谱仪指标要求

　　序号