氚管的辐射组成探究
巨大橘子2024/12/21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:

TRITIUMtube.png


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。


trizio.gif

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。

IMG_20241221_174757.jpg


开始采集,等待约2000s,得到了如下谱图:

241d6e58-6ba1-4cc0-b302-0561d0a9ccff.png


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https://physicsopenlab.org/2016/02/07/tritium/

其中同样有人给出了氚管的能谱,和这次得到的结果很像:

tritiumSpectrum.png

附金属锌的X射线荧光谱图:

Spectrum_Zn.gif

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
UICalc
20时21分前 IP:上海
940584

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
14时59分前 修改于 14时57分前 IP:四川
940589

赶紧翻出毕业那年买的表

20241222_011407.jpg

近距离照射

20241222_011316.jpg

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。

20241222_011326.jpg

看起来,用8.6keV作为校准的设想,不太行得通。


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kura
14时23分前 IP:广东
940590

我也来试试

1734803749542.jpg


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UICalc
3时24分前 IP:上海
940597
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
2时3分前 IP:上海
940605
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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