《Applied Radiation and Isotopes》：Identification of Alpha-Emitting Radionuclides in Ambient Measurements Using Unfolding Method Based on Iterative and Maximum Likelihood Algorithms
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在环境测量中，对α粒子光谱学展开方法的性能进行了评估。
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使用239Pu/241Am/2
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在环境测量中，对α粒子光谱学展开方法的性能进行了评估。
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使用239Pu/241Am/244Cm复合源和148Gd/241Am/244Cm复合源获取能量谱
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展开谱的能量分辨率优于0.15 MeV。
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展开谱中的放射性活度在与认证源活度的不确定性范围内一致。
引言
核燃料中释放的α粒子放射性核素对工作人员构成了显著的内部暴露风险。因此，核设施必须严格监测人造放射性核素，以防止意外暴露。在福岛第一核电站（FDNPS）的退役现场，检测到了来自废弃核燃料的239Pu、241Am和244Cm等同位素（Yomogida等人，2022年）。空气中的颗粒物监测器通常在过滤器上收集放射性尘埃并测量α粒子排放。然而，环境中也存在天然α发射体（214Po、212Po、218Po和212Bi）（Becker等人，2021年）。因此，监测器必须区分人造和天然放射性核素，以准确评估人造源的放射性。
放射性核素识别的标准方法是α粒子能量谱学。虽然在真空条件下可以实现0.065 MeV的全宽半高（FWHM）的高分辨率谱学，但基于峰值能量可以更精确地识别放射性核素（P?ll?nen等人，2013年）。相比之下，空气中的监测器必须在常压下运行，并持续在现场收集尘埃。此外，探测器和样品之间需要放置保护层，以防止探测器受到污染。这些条件导致能量损失和散射，从而降低了能量分辨率（例如，FWHM为0.47 MeV）（P?ll?nen等人，2013年）。这种降低使得高分辨率谱学变得具有挑战性。尽管使用准直器可以将FWHM提高到0.12 MeV（P?ll?nen等人，2012年），但它通过屏蔽部分α粒子而显著降低了检测效率。
提高能量分辨率的另一种方法是展开方法。虽然该方法通常应用于中子和伽马射线光谱学（Guttormsen等人，1996年；Reginatto等人，2002年），但展开方法可以从测量数据和探测器响应计算出原始源谱。我们之前的工作表明，能量谱反卷积是空气监测的强大工具，因为我们使用原型监测器成功识别出了214Po、212Po、218Po和212Bi（Sasano等人，2025年）。如果探测器响应能够准确考虑保护层和空气中的能量损失，反卷积过程可以产生高能量分辨率的谱。
在本研究中，我们将反卷积方法应用于在常压下使用保护层获得的α粒子能量谱。我们进一步评估了该方法在放射性核素识别方面的分析性能，以证明其在实际监测场景中的有效性。
部分摘录
实验装置
一个Si-PIN光电二极管（Hamamatsu Photonics，S3590-09）用于检测α粒子，其厚度为300微米。保护层是EJ-590/B11（Eljen），这是一种厚度为3微米的镀铝聚合物薄膜。测量了241Am放射性源，以评估保护层对能量谱的影响。在评估展开方法的性能时，两层聚合物薄膜保护了探测器。图1显示了获取α粒子能量的测量系统。
结果与讨论
为了评估模拟的再现能力，我们比较了响应谱和测量谱，如图5所示。响应谱基于源活度进行了归一化，以便进行绝对比较。结果表明，模拟成功再现了实验数据。在2.0 MeV以上，70%的区间在10%的范围内一致，95%的区间在20%的范围内一致。模拟正确考虑了EJ-590/B11的影响以及测量结果。
结论
本研究评估了在实际监测条件下应用展开方法对α粒子能量谱的性能。评估使用了241Am和各种复合源（239Pu/241Am/244Cm和148Gd/241Am/244Cm）。尽管实验装置具有挑战性——常压和双层保护层，导致原始能量分辨率为0.5 MeV——模拟的探测器响应准确再现了实验中的241Am谱，准确度达到95%
CRediT作者贡献声明
Yuki Morishita：写作——审稿与编辑，资源准备。 Shunsuke Kurosawa：写作——审稿与编辑，项目管理，资金筹集，概念构思。 Tetsushi Azuma：写作——审稿与编辑，方法论。 Masateru Hayashi：写作——审稿与编辑，验证，监督，项目管理，方法论，概念构思。 Makoto Sasano：写作——审稿与编辑，原始草稿编写，可视化，验证，监督，软件开发，资源准备，方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们想感谢JAEA核燃料循环工程实验室的辐射防护部门成员，他们帮助我们获得了239Pu、241Am和244Cm混合源的谱数据。这项工作得到了JAEA核能技术部门和人力资源开发项目的支持，通过Number JPJA18P18071964集中智慧资助。
Makoto Sasano | Masateru Hayashi | Tetsushi Azuma | Yuki Morishita | Shunsuke Kurosawa
