优化 LaBr3探测器模型：差分进化算法助力 γ 射线能谱分析精准化

在 γ 射线能谱分析中，确定非标准源绝对探测器效率困难重重。研究人员针对 LaBr3(Ce) 1.5"×1.5″闪烁探测器展开研究，利用差分进化算法优化模型。优化后模型计算与实验结果偏差在误差范围内，为相关检测提供精准模型支持。

　　在科技飞速发展的当下，γ 射线能谱分析在众多领域都有着举足轻重的地位，比如核工业、环境监测以及医疗诊断等。在这些应用场景里，准确测定非标准源的绝对探测器效率是一个关键问题。要知道，不同化学组成的非标准源，在缺乏体积校准标准的情况下，想要精准确定其绝对探测器效率，难度超乎想象。以往的方法，要么依赖与样品几何和化学成分相似的校准标准进行实验测定，但实际中很难找到完全匹配的标准；要么采用计算和计算 - 实验相结合的方法，不过这些方法需要可靠的探测器计算模型，而开发精确的计算模型又面临诸多挑战，比如探测器的几何参数往往无法从制造商处获取全面信息，像晶体与探测器帽之间的距离，这个看似不起眼的参数，却会对建模结果产生重大影响 。正是在这样的背景下，为了攻克这些难题，来自哈萨克斯坦相关研究机构的研究人员开展了一项关于 LaBr₃(Ce) 探测器的研究。
研究人员致力于开发并优化一个晶体尺寸为 1.5"×1.5″的 LaBr₃(Ce) 探测器计算模型。他们通过一系列严谨的实验和分析，最终成功优化了模型，使得计算结果与实验结果之间的偏差控制在误差范围内。这一成果意义非凡，它为 γ 射线能谱分析中准确测定非标准源的绝对探测器效率提供了可靠的模型支持，极大地推动了相关领域的发展。该研究成果发表在《Applied Radiation and Isotopes》上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，使用 Canberra InSpector - 2000γ 能谱仪，结合¹³⁷Cs 和¹⁵²Eu 点标准源对探测器进行表征，获取不同能量和距离下探测器绝对效率的实验值。然后，基于蒙特卡罗方法，利用 MCNP6 代码进行建模。最后，运用差分进化算法对模型参数进行优化。

下面来详细看看研究结果：

• 探测器表征：研究人员借助 Canberra InSpector - 2000γ 能谱仪，使用¹³⁷Cs 和¹⁵²Eu 点标准源，覆盖 122 keV 至 1408 keV 的能量范围，对 LaBr₃(Ce) 探测器进行表征。通过这一操作，成功获得了探测器在不同能量以及点源到探测器侧面和端盖表面不同距离下的绝对效率实验值。
• 结果与讨论：基于探测器表征数据，研究人员运用差分进化算法对 LaBr₃探测器计算模型进行验证和优化。经过优化，模型参数发生了变化，晶体高度降至 32.2 mm，半径调整为 38.08 mm，探测器帽与晶体之间的距离约为 2 mm。为了验证优化后的模型，研究人员又使用体积 KCl 源进行了额外实验。实验结果表明，优化后的模型计算结果与实验结果的偏差在误差范围内，这充分证明了优化后模型的准确性和可靠性。
• 结论：在 122 - 1408 keV 能量范围内，研究人员对 LaBr₃(Ce) 闪烁探测器进行了表征和 MCNP 建模。通过实验确定了不同源位置相对于探测器帽时探测器效率的能量依赖性，同时也确定了晶体的几何中心。基于这些实验数据，研究人员开发并优化了探测器的计算模型。

综上所述，这项研究通过对 LaBr₃(Ce) 探测器的深入研究，成功优化了其计算模型，为 γ 射线能谱分析中准确测定非标准源绝对探测器效率提供了有力的支持。这不仅解决了长期以来在该领域面临的难题，还为后续相关研究和实际应用奠定了坚实的基础，具有重要的理论和实践意义。