ISOTOPIC為放射性廢物分析和表征應(yīng)用中遇到的各種伽馬射線測量問題提供了實(shí)用的集成解決方案。它可分析高分辨率、高純鍺（HPGe）譜，以及確定大體積樣品的測定結(jié)果。

ISOTOPIC可以“開箱即用”，用于作為易操作移動系統(tǒng)（如ORTEC ISO-CART-85）的一部分，或者被集成到自動化系統(tǒng)中，例如，用于退役項(xiàng)目中大型容器的高通量測量。

適用性
適用于以下幾何形狀：

• 箱、桶、管或表面（準(zhǔn)直探測器）
• 封閉幾何小容器（例如帶端蓋的瓶子）
• 土壤和地表的大面積測定（非準(zhǔn)直探測器：M-1方法）

ISOTOPIC提供了許多標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀“模板”，可以從中開發(fā)出特定的測量配置。這些模板包括圓柱體（從頂部和側(cè)面；包括帶襯里的圓柱體（管道））、箱、點(diǎn)源（遠(yuǎn)場）、帶端蓋的封閉幾何小容器和無限平面。ISO-CART-85上的瓶計(jì)數(shù)選件是“帶端蓋”封閉幾何形狀的一個(gè)例子。無限平面（土壤）模式提供沖刷到無限平面內(nèi)或無限平面上污染、脫落或大面積泄漏的非準(zhǔn)直測量，見的是地面上土壤的測量。

方法
在容器模式中，對于包裹、管道和表面的計(jì)數(shù)，探測器通過單次點(diǎn)源測量進(jìn)行校準(zhǔn)，即使在使用準(zhǔn)直器時(shí)也是如此。該初級校準(zhǔn)符合任何探測器的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，可以外推或建模以匹配樣品的物理狀況、容器幾何形狀、材料和基質(zhì)組成。模型基于“點(diǎn) - 核”方法，它將整個(gè)測量問題分解為多個(gè)源/基質(zhì)像素，并計(jì)算它們對復(fù)合譜的貢獻(xiàn)并求和。該方法類似于蒙特卡羅方法，利用用戶提供的探測器參數(shù)（晶體直徑、晶體長度、死層和端蓋厚度）作為測量配置的一部分。除了一次點(diǎn)源校準(zhǔn)之外，不需要特殊的單獨(dú)測量來校準(zhǔn)探測器。

ISOTOPIC包括改進(jìn)的“封閉幾何”算法，其中探測器與容器之間的距離小于15厘米。

對于非準(zhǔn)直的大面積土壤計(jì)數(shù)，可以使用由美國DOE EML2和后來擴(kuò)展3開發(fā)的“1米”方法。它適用于許多情況：

• 對以前使用過的場地進(jìn)行凈化評估
• 對緊急情況下沉積的核素進(jìn)行評估
• 核設(shè)施附近的常規(guī)環(huán)境監(jiān)測

EML方法將復(fù)雜的測量問題簡化為三個(gè)易確定因子的乘積。伽馬射線峰面積通過三個(gè)因子的乘積與特定的核素活度相關(guān)。一系列探測器類型和土壤條件的因子已被確定，并在程序內(nèi)列出。效率校準(zhǔn)使用1.33MeV下ANSI/IEEE 325-1996所規(guī)定的效率以及晶體長度和直徑確定。

為了提高低能量下的精度，用戶可以使用與容器模式相同的校準(zhǔn)來代替EML方法。

不需要探測器的特殊（且昂貴）蒙特卡羅校準(zhǔn)。通過選擇土壤類型和核素分布類型來確定衰減校正：近期（表面）沉積物、較舊（沖入）沉積物或自然（均勻）沉積物。能量和峰形校準(zhǔn)使用多線源進(jìn)行，可以自動化。如果您使用ISOTOPIC，則不會出現(xiàn)意外的探測器校準(zhǔn)成本。

單個(gè)容器的多次測量
在測量任何大型廢物容器時(shí)，通常會從不同方向進(jìn)行多次測量，以確保獲得結(jié)果。如果只有一個(gè)硬件系統(tǒng)可用，則可以按順序完成測量，如果有多組硬件可用，則可以同時(shí)完成測量。ISOTOPIC可以根據(jù)用戶定義的加權(quán)平均值自動組合所得結(jié)果。當(dāng)同時(shí)使用多個(gè)探測器時(shí)，可以在屏幕上同時(shí)顯示每個(gè)探測器的實(shí)時(shí)譜，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)和自定義報(bào)告
ISOTOPIC可在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中提供靈活的報(bào)告。所有可更改的參數(shù)都可以包含在標(biāo)準(zhǔn)輸出報(bào)告中。分析結(jié)果存儲在MS Access兼容數(shù)據(jù)庫中，便于打印或?qū)С觯怨┻M(jìn)一步處理成總結(jié)報(bào)告。自定義的報(bào)告可以通過使用水晶報(bào)表生成。

硬件兼容性
與所有ORTEC CONNECTIONS應(yīng)用軟件產(chǎn)品一樣，ISOTOPIC與所有ORTEC MCA硬件兼容。特別是，它非常適合與IDM-200-V一起使用，這是一種完整的耐用型便攜式HPGe譜儀系統(tǒng)，不需要使用液氮。

支持系統(tǒng)集成商
系統(tǒng)集成商通常需要開發(fā)自動化系統(tǒng)，其中硬件控制和分析的細(xì)節(jié)在很大程度上都由人工操作員隱藏在軟件層下，該軟件層旨在提供簡化的用戶界面和/或允許無人值守的操作。標(biāo)準(zhǔn)用戶文檔集包含大量文檔，其中使用示例材料說明了如何從命令行控制分析引擎。分析參數(shù)和分析結(jié)果將保存到ACCESS兼容數(shù)據(jù)庫中。它提供了所有必需的文件結(jié)構(gòu)信息，包括ISOTOPIC數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu)。頻譜或“SPC”文件結(jié)構(gòu)提供在單獨(dú)的隨附手冊中。

ORTEC硬件控制通過所謂的UMCBI實(shí)現(xiàn)，它為所有受支持的譜硬件提供通用API。程序員工具包作為選件可向系統(tǒng)集成商提供有關(guān)如何從他/她自己開發(fā)的程序輕松控制MCA硬件的說明。通常，基本的ISOTOPIC程序用于設(shè)置系統(tǒng)硬件和校準(zhǔn)，然后集成商的應(yīng)用程序?qū)⒃诔Ｒ?guī)的操作周期內(nèi)控制系統(tǒng)。利用這些工具和提供的文檔級別，系統(tǒng)集成商可以輕松開發(fā)復(fù)雜的測量系統(tǒng)。

使用ISOTOPIC
ISOTOPIC有兩種模式：管理員和操作員。操作員只需要從管理員定義的系統(tǒng)選項(xiàng)的最小子集中做出選擇。管理員模式用于定義允許操作員執(zhí)行的操作。向?qū)⒅笇?dǎo)管理員設(shè)置操作員程序。向?qū)г谶壿嫹纸M的屏幕上顯示參數(shù)，并強(qiáng)調(diào)方法的可行性。

管理員/操作員分區(qū)使即使是半熟練的操作員也能在現(xiàn)場收集良好的數(shù)據(jù)，同時(shí)減少浪費(fèi)的重復(fù)時(shí)間（每個(gè)測量項(xiàng)目的成本更低）。當(dāng)然，熟練的用戶可以選擇運(yùn)行兩種模式。

管理員可校準(zhǔn)系統(tǒng)，創(chuàng)建庫，定義樣品幾何形狀、基質(zhì)、準(zhǔn)直器以及其他功能供操作員以后使用。管理員還可以定義允許操作員訪問的功能。

操作員主屏幕由管理員授予的權(quán)限決定，比管理員屏幕簡單很多。在日常使用中，對于容器分析，操作員只需要啟動采集，選擇配置（的標(biāo)準(zhǔn)容器配置），然后輸入“記錄數(shù)據(jù)”，例如容器ID、類型、重量和關(guān)鍵測量數(shù)據(jù)（如探測器到容器的距離）。

標(biāo)準(zhǔn)容器配置和準(zhǔn)直器配置由管理員定義和指定。容器配置包括默認(rèn)尺寸、材料和基質(zhì)細(xì)節(jié)。在需要時(shí)，操作員可以指定和調(diào)用任何數(shù)量的這些配置。

分析工具
交互式結(jié)果圖
分析完成后，操作員可以通過使用核素圖調(diào)整容器/基質(zhì)物理參數(shù)（例如基質(zhì)密度或容器壁厚），以優(yōu)化結(jié)果。

該圖顯示了校正測量活度與所計(jì)算的每個(gè)核素參考峰值活度之間的百分比差異。管理員可選擇參考峰值。操作員可以優(yōu)化分析，調(diào)整容器、基質(zhì)和鈾的重量分?jǐn)?shù)，以優(yōu)化結(jié)果。如果來自多峰核素的點(diǎn)在“零線”附近呈正態(tài)分布，這意味著具有良好的結(jié)果。在分析鈾時(shí)，如果已知U-235濃縮，則可以輸入該值，以便更準(zhǔn)確地計(jì)算含有弱鈾活度樣品中的U-238和U-234值。通過該方法可以以更高的精度分析均勻和不均勻的樣品。對于材料分布不均勻的包裹，用戶將獲得可使一些核素活度圖變得較為平坦的參數(shù)組合。該圖與譜圖一起可以構(gòu)成輸出報(bào)告的一部分。

視場計(jì)算器
探測器視場是測量中的重要參數(shù)。軟件算法根據(jù)準(zhǔn)直器視場中“看到”的內(nèi)容進(jìn)行“校正”或調(diào)整，以分析整個(gè)容器的內(nèi)容。一般情況下，選擇視場以使其被容器填充，遠(yuǎn)于此位置將降低譜中的信噪比，近于此位置將導(dǎo)致測量更容易受到局部不均勻性的影響（通過在不同方向進(jìn)行多次測量，可以進(jìn)一步減小影響）。方便的視場計(jì)算器使操作員能夠評估容器的哪個(gè)部分實(shí)際上在準(zhǔn)直探測器的視場內(nèi)。

報(bào)告
完成微調(diào)后，操作員可為每個(gè)顯示活度和重量的核素選擇報(bào)告。然后打印這些結(jié)果并存檔。報(bào)告文件可以以數(shù)據(jù)庫摘要或完整報(bào)告的形式寫入，完整報(bào)告將顯示所有輸入和校正信息。使用報(bào)告生成器選項(xiàng)可以生成自定義報(bào)告。誤差估計(jì)的組件表格可用于幫助減少總體不確定性，例如，通過延長計(jì)數(shù)時(shí)間或重新定位探測器。如果任何校正看起來過大，用戶也會收到警告。計(jì)算每種核素的最小可檢測活性（MDA）。多次測量的活性、U或Pu的克數(shù)或MDA可報(bào)告為加權(quán)平均值。加權(quán)可由用戶定義。

結(jié)果的準(zhǔn)確性
單次測量的基本假設(shè)是整個(gè)物體包含與被測部分體積相同的基質(zhì)和比活度。通過從物體表面上的不同點(diǎn)進(jìn)行多次測量并比較相似性，可以減少由于該假設(shè)不正確導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性。這些比較可用于開發(fā)單個(gè)物體的測量策略，從而減少此類系統(tǒng)誤差。如果需要，ISOTOPIC可以提供加權(quán)平均報(bào)告，包括相關(guān)的最小可檢測活性。

總體而言，結(jié)果準(zhǔn)確性的主要影響因素是：統(tǒng)計(jì)和計(jì)數(shù)時(shí)間、校準(zhǔn)不確定性、對單個(gè)物體進(jìn)行的重復(fù)測量次數(shù)（隨機(jī)不確定性）、基質(zhì)密度和核素分布的不均勻性以及從不同方向?qū)蝹€(gè)物體進(jìn)行的測量次數(shù)（系統(tǒng)誤差）。

10至50％的準(zhǔn)確度范圍應(yīng)被視為具有代表性，范圍更小的是均勻和輕質(zhì)基質(zhì)中明確定義的幾何形狀。

分析庫管理器
ISOTOPIC包含一個(gè)用于構(gòu)建自定義分析庫的綜合庫編輯器。編輯器允許操作員從主庫中剪切和粘貼核素和峰，向各個(gè)峰添加識別標(biāo)記（單個(gè)逃逸峰、X射線或其他）和分析（關(guān)鍵線或從活度計(jì)算中排除），并將庫另存為任何名稱。它還集成了完整的Nuclide Navigator（核素導(dǎo)航器）庫工具。ISOTOPIC將使用“核素導(dǎo)航器”，讀取Microsoft Access數(shù)據(jù)庫格式的“核素導(dǎo)航器”庫（無需轉(zhuǎn)換），并以數(shù)據(jù)庫格式保存庫以供“核素導(dǎo)航器”使用。

質(zhì)量保證
ISOTOPIC的質(zhì)量保證符合ANSI N13.30的要求。對于每個(gè)探測器，會監(jiān)測以下內(nèi)容：

• 探測器總本底
• 所有校準(zhǔn)核素的總（衰變校正）活度
• 平均FWHM比（譜與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)）
• 平均FW1/10M比（譜與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)）
• 與庫值的平均峰值偏移
• 實(shí)際峰值中心能量

計(jì)算細(xì)節(jié)

容器的同位素模式方法綜述
容器中同位素的活度由下式給出：

其中

A_isotope = 報(bào)告的同位素活度（Bq/μCi）。

PA_meas = 所測得的同位素參考伽馬射線的峰面積計(jì)數(shù)率（c/s）。該數(shù)量可直接從譜和采集活時(shí)時(shí)間確定。如果存在短半衰期同位素或流動樣品中的樣品活性快速變化，ORTEC的ZDT死時(shí)間校正算法將非常有用。

CF_item = 容器、基質(zhì)和樣本自衰減校正因子。ISOTOPIC根據(jù)配置中提供的物理數(shù)據(jù)計(jì)算這些數(shù)據(jù)。

CF_col= 準(zhǔn)直器校正因子。一些伽馬射線將穿透鍺探測器周圍的準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器校正因子在很大程度上取決于準(zhǔn)直器的直徑、準(zhǔn)直的深度和準(zhǔn)直器的壁厚以及輻射的角度及其能量。

通過先計(jì)算未被準(zhǔn)直器遮蔽的活度部分，然后計(jì)算剩余活度穿透準(zhǔn)直器的長度，可以確定準(zhǔn)直器校正因子。這針對被測物品的每個(gè)體素確定。

如果沒有準(zhǔn)直器，則設(shè)置為1。

BR?ray = 伽馬射線分支比。該信息包含在核素庫中。

det = 使用NIST可追蹤點(diǎn)源測得的探測器效率（cps/Bq、μCi）。典型的校準(zhǔn)距離是30厘米，在該距離處，探測器和源可以被視為點(diǎn)對象。在近距離處，不能忽視探測器長度和直徑尺寸。通過在校準(zhǔn)過程中提供這些尺寸，可以自動校正簡單的“點(diǎn)探測器”假設(shè)。ISOTOPIC管理員手冊1中描述了封閉幾何形狀的校正。

當(dāng)需要報(bào)告同位素的克數(shù)量Mass_isotope時(shí)，這些由下式給出：


其中
N = 報(bào)告同位素的原子數(shù)。
λ_isotope = 報(bào)告同位素的衰變常數(shù) (秒–1)。
At = 被測量同位素的原子序數(shù)（g/Av）。
Av = 阿伏伽德羅常數(shù)。

平均多次測量的結(jié)果
將多次測量結(jié)果組合在一起后，可根據(jù)下式計(jì)算加權(quán)平均值：

A_average = ∑ A_i w_i/∑w_i

其中
A_i = 各活度（克或MDA）結(jié)果。
w_i = 用戶定義的加權(quán)因子。

土壤方
比活度A (Bq/m2或Bq/g) 與凈峰值計(jì)數(shù)率Nf 有關(guān)：

其中
N_f /N₀ = 對于土壤中給定源分布，探測器在該能量下的角度校正因子。
N₀ /Φ = 對于垂直于探測器面入射的峰值能量的平行伽馬射線束，每單位未經(jīng)碰撞通量的峰值計(jì)數(shù)率 (cpm/γ s^–1)。
Φ/A = 每單位庫存在峰值能量下到達(dá)探測器的總未經(jīng)碰撞通量或土壤中的核素濃度 (γ cm^–2 s^–1)  或 (γ g^–1 s^–1)。

估算校準(zhǔn)因子的方法使用了有關(guān)探測器的信息和被測放射性核素的分布：

• 探測器效率（表示為％）
• 探測器方向（向上或向下）
• 探測器長寬比（以晶體長度/晶體直徑計(jì)算）
• 沉積剖面參數(shù)α/ρ值

對于所有自然發(fā)射體，假設(shè)α/ρ為0（均勻分布）。對于原狀土上的沉降，假設(shè)α/ρ為無窮大（僅用于表面分布）。

通過計(jì)算每個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)的值，在ISOTOPIC中應(yīng)用Beck方法。將對所有被識別核素的每個(gè)伽馬射線進(jìn)行計(jì)算。
________________________________________

1Hagenauer，R.C.，“對表征不佳放射性同位素的無損檢測定量分析”，第四次無損檢測和非破壞性廢物表征會議論文集，鹽湖城，1995年。

2H.L.Beck等人，“原位Ge（Li）和NaI（Tl）γ射線能譜測量”，美國能源部，環(huán)境測量實(shí)驗(yàn)室，HASL-258，9月（1972）。

3I.K.Helfer和K.M.Miller，“用于現(xiàn)場光譜測定的Ge探測器的校準(zhǔn)因子”，健康物理，第55卷，第1號，第15-29頁（1988）。

42012年NPL核工業(yè)能力測試練習(xí)。NPL報(bào)告IR 30 2013（英國國家物理實(shí)驗(yàn)室）。ORTEC系統(tǒng)在其中的編號為9。

5對于M-1模式下的土壤表征，建議使用晶體長度/直徑在0.5到1.3范圍內(nèi)的HPGe。80％的HPGe探測器符合此標(biāo)準(zhǔn)。ORTEC PROFILE M系列探測器非常適合這種和ISOTOPIC容器測量。規(guī)格-

一般規(guī)格
采集控制和定量分析功能被整合在一個(gè)簡練的程序包中，適用于基于PC的原位γ光譜測量系統(tǒng)，可測定容器、物體、表面和土壤的放射性含量。

操作系統(tǒng)
Windows 7 64位硬件兼容性適用于所有使用USB和TCP/IP連接協(xié)議的ORTEC儀器。Windows 7和XP 32位操作系統(tǒng)也支持這些儀器以及其他傳統(tǒng)硬件。

譜測量硬件支持
建議將ISOTOPIC與ORTEC IDM-V-200集成HPGe譜儀結(jié)合使用。但它與所有ORTEC MCB（過去和現(xiàn)在）以及受ORTEC CONNECTIONS支持的所有其他設(shè)備兼容。支持高級操作（需要硬件支持）：放大器增益/整形控制、自動PZ、“優(yōu)化”和InSight™模式、digiDART現(xiàn)場模式、MCB頻譜穩(wěn)定器的圖形設(shè)置和統(tǒng)計(jì)不確定性峰值。一般建議將IDM-200-V用于現(xiàn)場測量。

支持的文件格式
ORTEC .SPC和.CHN以及ASCII“.SPE”為文件保存、調(diào)用和比較功能中的標(biāo)準(zhǔn)格式。可以使用A49-B32 Data Master導(dǎo)入其他文件格式。

定量譜分析方法

峰值搜索
指定核素按庫方向的峰值搜索以及非指定核素的Mariscotti峰值搜索，主庫和補(bǔ)充（“可疑”）庫都被使用。

交互式批量樣本參數(shù)調(diào)整
交互式基質(zhì)和容器調(diào)整以及新基質(zhì)的自動衰減校正。易于使用的相關(guān)分析結(jié)果的圖形顯示，可顯示基質(zhì)。

解卷積方法
峰值查找器和庫都可用于指導(dǎo)解卷積過程。在可能的情況下，根據(jù)識別的峰值自動重新校準(zhǔn)能量/通道。

選擇檢測限形式

• ORTEC傳統(tǒng)
• ORTEC臨界水平
• 無MDA（如果低于MDA則報(bào)告為零）
• KTA規(guī)則
• 檢測限2西格瑪 - 日本
• 檢測限3西格瑪 - 日本
• 居里檢測限
• RISO MDA
• ORTEC LLD
• 峰面積
• 空氣監(jiān)測 - Gimrad方法
• 監(jiān)管指南4.16方法
• 計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)室 - 美國
• DIN 25 482.5檢出限
• DIN 25 482.5檢測限
• GTN5/CEA/EDF（法國）
• Nureg 0472

衰變校正

• 對任何日期/時(shí)間進(jìn)行后退或前進(jìn)的衰變校正

譜校正

• 峰值本底校正
• 隨機(jī)求和（高速率計(jì)數(shù)損失）
• 基于庫的峰值干擾校正

報(bào)告
選擇ORTEC標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告選項(xiàng)：

• 直接打印
• 自動寫入數(shù)據(jù)庫
• 以Crystal Report的格式輸出
• 以HTML格式報(bào)告。可以從那里將它保存為磁盤文件。

校準(zhǔn)

能量校準(zhǔn)

• 多點(diǎn)，能量和FWHM的二次方
• 自動能量校準(zhǔn)（號6,006,162）

半經(jīng)驗(yàn)效率校準(zhǔn)擬合選項(xiàng)：

同位素模式
通過以下其中一種方法建立點(diǎn)源校準(zhǔn)：

• 單功能多項(xiàng)式（x點(diǎn)）
• “拐點(diǎn)”上方和下方的插值
• 用戶設(shè)置“拐點(diǎn)”上方或下方的二次方
• 用戶設(shè)置“拐點(diǎn)”上方或下方的線性

通過程序內(nèi)部的點(diǎn)源內(nèi)核計(jì)算，將點(diǎn)源校準(zhǔn)外推到基質(zhì)物理幾何形狀的情況。

無限平面模式（適用于土壤和表面：非準(zhǔn)直探測器）
Beck21米方法可擴(kuò)展到大型探測器尺寸3，由美國能源部環(huán)境測量實(shí)驗(yàn)室（EML）使用。EML方法基于探測器尺寸和IEEE效率值生成效率曲線。土壤密度和衰減在用戶可編輯的α/ρ文件中指定。

土壤衰減因子
在土壤中，衰減取決于土壤厚度和密度，其由參數(shù)α/ρ建模（其中α是弛豫長度的倒數(shù)，定義為將特定能量下的通量減少e倍所需的土壤厚度，ρ是土壤密度，單位為gm/cc）。對于表面分布，α/ρ為無窮大，而對于均勻（自然發(fā)射體）分布，α/ρ為0。在0.05到0.5范圍內(nèi)的α/ρ值被發(fā)現(xiàn)能夠準(zhǔn)確地描述真實(shí)的沉降分布，時(shí)間更久的沉降由更小的α/ρ值表示。

α/ρ值與特定核素有關(guān)，存儲在表中，該表可以由用戶編輯以反映測量條件。