基于GEANT4模拟的γ能谱分析中放射化学分离要求的建模方法研究及其在检测限优化中的应用

本文推荐一种利用GEANT4工具包建立的高纯锗（HPGe）探测器模拟方法，通过自动谱分析软件评估放射化学分离中化学产率、纯度与时间因素对目标核素（如111Ag、115Cd）检测限（MDA）的影响。该研究为分离流程的设计与优化提供了量化依据，适用于核安全监测与核法证等领域。

　　

HPGe detector and sample

本研究模拟的高纯锗（HPGe）探测器为Mirion Technologies（美国佐治亚州）生产的p型宽能锗探测器（BEGe 5030），配备低本底铜外壳和铝窗。该探测器置于53.5厘米直径、21厘米厚的分级铅屏蔽体内，内置1毫米厚的镉和铜层，用于抑制背景辐射。

Initial investigations

通过模拟虚构样本组成，初步探究了化学产率和杂质活度对检测限的影响。表3列出了模拟中使用的核素及其活度，以及目标分析物和对应特征γ射线能量。选择¹¹¹Ag和¹¹⁵Cd作为低产额裂变产物核素，而¹⁴⁰Ba和¹⁴⁰La作为高活度杂质，用于对比研究分离效果。

Conclusions

GEANT4模拟的BEGe 5030 HPGe探测器已通过实测全能峰效率验证，对5毫升液体闪烁瓶样本在30–2500 keV能量范围内的模拟精度优于4%。开发的自动γ能谱分析工具整合了商业算法，实现峰定位、效率校正和Currie最小可探测活度（MDA）计算，为放射化学分离的设计空间提供了量化支持。