基于β/γ符合探测器的蒙特卡罗模拟校准技术在核爆炸放射性氙同位素检测中的应用研究

为解决核爆炸监测中放射性氙同位素（131mXe、133Xe、133mXe、135Xe）检测效率校准难题，法国原子能委员会（CEA）开发了SPALAX-NG系统与Gamma3谱仪，结合蒙特卡罗模拟（MCNP?）与实验数据，建立了β/γ符合探测效率的混合标定方法。该研究通过验证几何模型与实验效率曲线的一致性（差异<1%），显著提升了低活度样本的检测灵敏度，为《全面禁止核试验条约》（CTBT）核查体系提供了关键技术支撑。

　　

核爆炸的隐秘性使其监测成为国际安全领域的重大挑战。《全面禁止核试验条约》（CTBT）依赖国际监测系统（IMS）的放射性核素探测技术，其中氙同位素（^131mXe、¹³³Xe、^133mXe、¹³⁵Xe）因其半衰期特性成为关键指标。然而，传统γ能谱法在检测地下核试验释放的痕量气体时面临灵敏度不足的瓶颈，而符合测量技术（如β/γ符合）虽能提升信噪比，却因缺乏单同位素标准源导致效率标定困难。

法国原子能委员会的研究团队针对这一难题，利用其开发的SPALAX-NG气体采样系统和Gamma³高纯锗（HPGe）谱仪，结合Pipsbox?硅探测器，构建了多粒子符合探测平台。通过蒙特卡罗模拟（MCNP?）与实验数据的混合标定方法，研究人员突破了^133mXe和¹³⁵Xe等难以获取的同位素效率标定限制。

关键技术方法
研究采用Gamma³谱仪（配备3个BEGe5030P型HPGe探测器）与Pipsbox?β探测器进行β/γ符合测量，通过MCNP?建立几何模型并验证其与实验效率曲线的一致性（差异<1%）。利用已知活度的¹³³Xe和^131mXe源校准模型，再通过模拟推算^133mXe和¹³⁵Xe的符合探测效率。气体样本转移过程采用定量化控制确保活度溯源性。

Model validation
通过对比7种γ射线（如¹³³Xe的81 keV和^131mXe的164 keV）的实验与模拟效率，验证模型精度。结果显示所有能量点效率比介于0.99-1.01，标准偏差<1%，满足核计量学要求。

Conclusion
该研究建立了β/γ符合效率的混合标定体系，解决了稀有同位素实验标定缺失的难题。模拟与实验的误差控制在1%以内，使检测限降低1-2个数量级，显著提升了IMS实验室对地下核试验的监测能力。

这项发表于《Applied Radiation and Isotopes》的工作，为CTBT核查提供了可溯源的计量学方法，同时为环境放射性监测领域的模拟与实验结合提供了范式。其技术路线可扩展至其他稀有核素检测场景，具有重要的军控与环保应用价值。