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ISOTOPIC為放射性廢物分析和表征應(yīng)用中遇到的各種伽馬射線測量問題提供了實用的集成解決方案。它可分析高分辨率、高純鍺（HPGe）譜，以及確定大體積樣品的測定結(jié)果。
ISOTOPIC可以“開箱即用”，用于作為易操作移動系統(tǒng)（如ORTEC ISO-CART-85）的一部分，或者被集成到自動化系統(tǒng)中，例如，用于退役項目中大型容器的高通量測量。
適用性
適用于以下幾何形狀：
- 箱、桶、管或表面（準(zhǔn)直探測器）
- 封閉幾何小容器（例如帶端蓋的瓶子）
- 土壤和地表的大面積測定（非準(zhǔn)直探測器：M-1方法）
ISOTOPIC提供了許多標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀“模板”，可以從中開發(fā)出特定的測量配置。這些模板包括圓柱體（從頂部和側(cè)面；包括帶襯里的圓柱體（管道））、箱、點源（遠場）、帶端蓋的封閉幾何小容器和無限平面。ISO-CART-85上的瓶計數(shù)選件是“帶端蓋”封閉幾何形狀的一個例子。無限平面（土壤）模式提供沖刷到無限平面內(nèi)或無限平面上污染、脫落或大面積泄漏的非準(zhǔn)直測量，見的是地面上土壤的測量。
方法
在容器模式中，對于包裹、管道和表面的計數(shù)，探測器通過單次點源測量進行校準(zhǔn)，即使在使用準(zhǔn)直器時也是如此。該初級校準(zhǔn)符合任何探測器的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，可以外推或建模以匹配樣品的物理狀況、容器幾何形狀、材料和基質(zhì)組成。模型基于“點 - 核”方法，它將整個測量問題分解為多個源/基質(zhì)像素，并計算它們對復(fù)合譜的貢獻并求和。該方法類似于蒙特卡羅方法，利用用戶提供的探測器參數(shù)（晶體直徑、晶體長度、死層和端蓋厚度）作為測量配置的一部分。除了一次點源校準(zhǔn)之外，不需要特殊的單獨測量來校準(zhǔn)探測器。
ISOTOPIC包括改進的“封閉幾何”算法，其中探測器與容器之間的距離小于15厘米。
對于非準(zhǔn)直的大面積土壤計數(shù)，可以使用由美國DOE EML2和后來擴展3開發(fā)的“1米”方法。它適用于許多情況：
- 對以前使用過的場地進行凈化評估
- 對緊急情況下沉積的核素進行評估
- 核設(shè)施附近的常規(guī)環(huán)境監(jiān)測
EML方法將復(fù)雜的測量問題簡化為三個易確定因子的乘積。伽馬射線峰面積通過三個因子的乘積與特定的核素活度相關(guān)。一系列探測器類型和土壤條件的因子已被確定，并在程序內(nèi)列出。效率校準(zhǔn)使用1.33MeV下ANSI/IEEE 325-1996所規(guī)定的效率以及晶體長度和直徑確定。
為了提高低能量下的精度，用戶可以使用與容器模式相同的校準(zhǔn)來代替EML方法。
不需要探測器的特殊（且昂貴）蒙特卡羅校準(zhǔn)。通過選擇土壤類型和核素分布類型來確定衰減校正：近期（表面）沉積物、較舊（沖入）沉積物或自然（均勻）沉積物。能量和峰形校準(zhǔn)使用多線源進行，可以自動化。如果您使用ISOTOPIC，則不會出現(xiàn)意外的探測器校準(zhǔn)成本。
單個容器的多次測量
在測量任何大型廢物容器時，通常會從不同方向進行多次測量，以確保獲得結(jié)果。如果只有一個硬件系統(tǒng)可用，則可以按順序完成測量，如果有多組硬件可用，則可以同時完成測量。ISOTOPIC可以根據(jù)用戶定義的加權(quán)平均值自動組合所得結(jié)果。當(dāng)同時使用多個探測器時，可以在屏幕上同時顯示每個探測器的實時譜，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
標(biāo)準(zhǔn)和自定義報告
ISOTOPIC可在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中提供靈活的報告。所有可更改的參數(shù)都可以包含在標(biāo)準(zhǔn)輸出報告中。分析結(jié)果存儲在MS Access兼容數(shù)據(jù)庫中，便于打印或?qū)С?，以供進一步處理成總結(jié)報告。自定義的報告可以通過使用水晶報表生成。
硬件兼容性
與所有ORTEC CONNECTIONS應(yīng)用軟件產(chǎn)品一樣，ISOTOPIC與所有ORTEC MCA硬件兼容。特別是，它非常適合與IDM-200-V一起使用，這是一種完整的耐用型便攜式HPGe譜儀系統(tǒng)，不需要使用液氮。
支持系統(tǒng)集成商
系統(tǒng)集成商通常需要開發(fā)自動化系統(tǒng)，其中硬件控制和分析的細(xì)節(jié)在很大程度上都由人工操作員隱藏在軟件層下，該軟件層旨在提供簡化的用戶界面和/或允許無人值守的操作。標(biāo)準(zhǔn)用戶文檔集包含大量文檔，其中使用示例材料說明了如何從命令行控制分析引擎。分析參數(shù)和分析結(jié)果將保存到ACCESS兼容數(shù)據(jù)庫中。它提供了所有必需的文件結(jié)構(gòu)信息，包括ISOTOPIC數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu)。頻譜或“SPC”文件結(jié)構(gòu)提供在單獨的隨附手冊中。
ORTEC硬件控制通過所謂的UMCBI實現(xiàn)，它為所有受支持的譜硬件提供通用API。程序員工具包作為選件可向系統(tǒng)集成商提供有關(guān)如何從他/她自己開發(fā)的程序輕松控制MCA硬件的說明。通常，基本的ISOTOPIC程序用于設(shè)置系統(tǒng)硬件和校準(zhǔn)，然后集成商的應(yīng)用程序?qū)⒃诔Ｒ?guī)的操作周期內(nèi)控制系統(tǒng)。利用這些工具和提供的文檔級別，系統(tǒng)集成商可以輕松開發(fā)復(fù)雜的測量系統(tǒng)。
使用ISOTOPIC
ISOTOPIC有兩種模式：管理員和操作員。操作員只需要從管理員定義的系統(tǒng)選項的最小子集中做出選擇。管理員模式用于定義允許操作員執(zhí)行的操作。向?qū)⒅笇?dǎo)管理員設(shè)置操作員程序。向?qū)г谶壿嫹纸M的屏幕上顯示參數(shù)，并強調(diào)方法的可行性。
管理員/操作員分區(qū)使即使是半熟練的操作員也能在現(xiàn)場收集良好的數(shù)據(jù)，同時減少浪費的重復(fù)時間（每個測量項目的成本更低）。當(dāng)然，熟練的用戶可以選擇運行兩種模式。
管理員可校準(zhǔn)系統(tǒng)，創(chuàng)建庫，定義樣品幾何形狀、基質(zhì)、準(zhǔn)直器以及其他功能供操作員以后使用。管理員還可以定義允許操作員訪問的功能。
操作員主屏幕由管理員授予的權(quán)限決定，比管理員屏幕簡單很多。在日常使用中，對于容器分析，操作員只需要啟動采集，選擇配置（的標(biāo)準(zhǔn)容器配置），然后輸入“記錄數(shù)據(jù)”，例如容器ID、類型、重量和關(guān)鍵測量數(shù)據(jù)（如探測器到容器的距離）。
標(biāo)準(zhǔn)容器配置和準(zhǔn)直器配置由管理員定義和指定。容器配置包括默認(rèn)尺寸、材料和基質(zhì)細(xì)節(jié)。在需要時，操作員可以指定和調(diào)用任何數(shù)量的這些配置。
分析工具
交互式結(jié)果圖
分析完成后，操作員可以通過使用核素圖調(diào)整容器/基質(zhì)物理參數(shù)（例如基質(zhì)密度或容器壁厚），以優(yōu)化結(jié)果。
該圖顯示了校正測量活度與所計算的每個核素參考峰值活度之間的百分比差異。管理員可選擇參考峰值。操作員可以優(yōu)化分析，調(diào)整容器、基質(zhì)和鈾的重量分?jǐn)?shù)，以優(yōu)化結(jié)果。如果來自多峰核素的點在“零線”附近呈正態(tài)分布，這意味著具有良好的結(jié)果。在分析鈾時，如果已知U-235濃縮，則可以輸入該值，以便更準(zhǔn)確地計算含有弱鈾活度樣品中的U-238和U-234值。通過該方法可以以更高的精度分析均勻和不均勻的樣品。對于材料分布不均勻的包裹，用戶將獲得可使一些核素活度圖變得較為平坦的參數(shù)組合。該圖與譜圖一起可以構(gòu)成輸出報告的一部分。
視場計算器
探測器視場是測量中的重要參數(shù)。軟件算法根據(jù)準(zhǔn)直器視場中“看到”的內(nèi)容進行“校正”或調(diào)整，以分析整個容器的內(nèi)容。一般情況下，選擇視場以使其被容器填充，遠于此位置將降低譜中的信噪比，近于此位置將導(dǎo)致測量更容易受到局部不均勻性的影響（通過在不同方向進行多次測量，可以進一步減小影響）。方便的視場計算器使操作員能夠評估容器的哪個部分實際上在準(zhǔn)直探測器的視場內(nèi)。
報告
完成微調(diào)后，操作員可為每個顯示活度和重量的核素選擇報告。然后打印這些結(jié)果并存檔。報告文件可以以數(shù)據(jù)庫摘要或完整報告的形式寫入，完整報告將顯示所有輸入和校正信息。使用報告生成器選項可以生成自定義報告。誤差估計的組件表格可用于幫助減少總體不確定性，例如，通過延長計數(shù)時間或重新定位探測器。如果任何校正看起來過大，用戶也會收到警告。計算每種核素的最小可檢測活性（MDA）。多次測量的活性、U或Pu的克數(shù)或MDA可報告為加權(quán)平均值。加權(quán)可由用戶定義。
結(jié)果的準(zhǔn)確性
單次測量的基本假設(shè)是整個物體包含與被測部分體積相同的基質(zhì)和比活度。通過從物體表面上的不同點進行多次測量并比較相似性，可以減少由于該假設(shè)不正確導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性。這些比較可用于開發(fā)單個物體的測量策略，從而減少此類系統(tǒng)誤差。如果需要，ISOTOPIC可以提供加權(quán)平均報告，包括相關(guān)的最小可檢測活性。
總體而言，結(jié)果準(zhǔn)確性的主要影響因素是：統(tǒng)計和計數(shù)時間、校準(zhǔn)不確定性、對單個物體進行的重復(fù)測量次數(shù)（隨機不確定性）、基質(zhì)密度和核素分布的不均勻性以及從不同方向?qū)蝹€物體進行的測量次數(shù)（系統(tǒng)誤差）。
10至50％的準(zhǔn)確度范圍應(yīng)被視為具有代表性，范圍更小的是均勻和輕質(zhì)基質(zhì)中明確定義的幾何形狀。
分析庫管理器
ISOTOPIC包含一個用于構(gòu)建自定義分析庫的綜合庫編輯器。編輯器允許操作員從主庫中剪切和粘貼核素和峰，向各個峰添加識別標(biāo)記（單個逃逸峰、X射線或其他）和分析（關(guān)鍵線或從活度計算中排除），并將庫另存為任何名稱。它還集成了完整的Nuclide Navigator（核素導(dǎo)航器）庫工具。ISOTOPIC將使用“核素導(dǎo)航器”，讀取Microsoft Access數(shù)據(jù)庫格式的“核素導(dǎo)航器”庫（無需轉(zhuǎn)換），并以數(shù)據(jù)庫格式保存庫以供“核素導(dǎo)航器”使用。
質(zhì)量保證
ISOTOPIC的質(zhì)量保證符合ANSI N13.30的要求。對于每個探測器，會監(jiān)測以下內(nèi)容：
- 探測器總本底
- 所有校準(zhǔn)核素的總（衰變校正）活度
- 平均FWHM比（譜與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)）
- 平均FW1/10M比（譜與校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)）
- 與庫值的平均峰值偏移
- 實際峰值中心能量
計算細(xì)節(jié)
容器的同位素模式方法綜述
容器中同位素的活度由下式給出：
其中
Aisotope = 報告的同位素活度（Bq/μCi）。
PAmeas = 所測得的同位素參考伽馬射線的峰面積計數(shù)率（c/s）。該數(shù)量可直接從譜和采集活時時間確定。如果存在短半衰期同位素或流動樣品中的樣品活性快速變化，ORTEC的ZDT死時間校正算法將非常有用。
CFitem = 容器、基質(zhì)和樣本自衰減校正因子。ISOTOPIC根據(jù)配置中提供的物理數(shù)據(jù)計算這些數(shù)據(jù)。
CFcol= 準(zhǔn)直器校正因子。一些伽馬射線將穿透鍺探測器周圍的準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器校正因子在很大程度上取決于準(zhǔn)直器的直徑、準(zhǔn)直的深度和準(zhǔn)直器的壁厚以及輻射的角度及其能量。
通過先計算未被準(zhǔn)直器遮蔽的活度部分，然后計算剩余活度穿透準(zhǔn)直器的長度，可以確定準(zhǔn)直器校正因子。這針對被測物品的每個體素確定。
如果沒有準(zhǔn)直器，則設(shè)置為1。
BR?ray = 伽馬射線分支比。該信息包含在核素庫中。
det = 使用NIST可追蹤點源測得的探測器效率（cps/Bq、μCi）。典型的校準(zhǔn)距離是30厘米，在該距離處，探測器和源可以被視為點對象。在近距離處，不能忽視探測器長度和直徑尺寸。通過在校準(zhǔn)過程中提供這些尺寸，可以自動校正簡單的“點探測器”假設(shè)。ISOTOPIC管理員手冊1中描述了封閉幾何形狀的校正。
當(dāng)需要報告同位素的克數(shù)量Massisotope時，這些由下式給出：
其中
N = 報告同位素的原子數(shù)。
λisotope = 報告同位素的衰變常數(shù) (秒–1)。
At = 被測量同位素的原子序數(shù)（g/Av）。
Av = 阿伏伽德羅常數(shù)。
平均多次測量的結(jié)果
將多次測量結(jié)果組合在一起后，可根據(jù)下式計算加權(quán)平均值：
Aaverage = ∑ Ai wi/∑wi
其中
Ai = 各活度（克或MDA）結(jié)果。
wi = 用戶定義的加權(quán)因子。
土壤方
比活度A (Bq/m2或Bq/g) 與凈峰值計數(shù)率Nf 有關(guān)：
其中
Nf /N0 = 對于土壤中給定源分布，探測器在該能量下的角度校正因子。
N0 /Φ = 對于垂直于探測器面入射的峰值能量的平行伽馬射線束，每單位未經(jīng)碰撞通量的峰值計數(shù)率 (cpm/γ s–1)。
Φ/A = 每單位庫存在峰值能量下到達探測器的總未經(jīng)碰撞通量或土壤中的核素濃度 (γ cm–2 s–1) 或 (γ g–1 s–1)。
估算校準(zhǔn)因子的方法使用了有關(guān)探測器的信息和被測放射性核素的分布：
- 探測器效率（表示為％）
- 探測器方向（向上或向下）
- 探測器長寬比（以晶體長度/晶體直徑計算）
- 沉積剖面參數(shù)α/ρ值
對于所有自然發(fā)射體，假設(shè)α/ρ為0（均勻分布）。對于原狀土上的沉降，假設(shè)α/ρ為無窮大（僅用于表面分布）。
通過計算每個校準(zhǔn)參數(shù)的值，在ISOTOPIC中應(yīng)用Beck方法。將對所有被識別核素的每個伽馬射線進行計算。
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1Hagenauer，R.C.，“對表征不佳放射性同位素的無損檢測定量分析”，第四次無損檢測和非破壞性廢物表征會議論文集，鹽湖城，1995年。
2H.L.Beck等人，“原位Ge（Li）和NaI（Tl）γ射線能譜測量”，美國能源部，環(huán)境測量實驗室，HASL-258，9月（1972）。
3I.K.Helfer和K.M.Miller，“用于現(xiàn)場光譜測定的Ge探測器的校準(zhǔn)因子”，健康物理，第55卷，第1號，第15-29頁（1988）。
42012年NPL核工業(yè)能力測試練習(xí)。NPL報告IR 30 2013（英國國家物理實驗室）。ORTEC系統(tǒng)在其中的編號為9。
5對于M-1模式下的土壤表征，建議使用晶體長度/直徑在0.5到1.3范圍內(nèi)的HPGe。80％的HPGe探測器符合此標(biāo)準(zhǔn)。ORTEC PROFILE M系列探測器非常適合這種和ISOTOPIC容器測量。規(guī)格-
