全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0420230204
N YH21 型14C 核素高灵敏探测装置
曲　哲　时国庆　肖京城
(中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094)
摘　要 :本文描述了可测量低活度14 C 核素的高灵敏探测装置。在 FH2367 探头的基
础上进行了改装 ,更换了闪烁介质 ,增加了物质屏蔽和反符合屏蔽以及相应的电子线
路。本装置对14C 的探测效率 ,植物干样为 6193 % ,土壤样为 312 % ,装置的本底计数
为 2135cpm。
关键词 :14C 核素 ;效率 ;低本底
收稿日期 :2000201221
作者简介 :曲哲 (19722) ,男 ,山东龙口人 ,中国农业科学院原子能利用研究所研究实习员 ,研究方向 :生物物理。
低活度的β放射性核素的测量一般采用低本底测量装置[1 ,2 ] 。这些装置比较昂贵 ,为某
一课题研究而专购该仪器很不合算 ,另一方面这些装置并不是专门为低能14 C 核素测量而设
计的 ,需要做进一步的调整才能获得最佳的测量结果。为此我们利用现有的设备 FH2367 探
头 ,运用低本底技术[3 ]进行改装 ,通过提高对14C 核素探测的灵敏度 ,对实验样品不必做消化、
提取 (对液闪测量方法而言)等复杂的处理 ,便可直接对含14C 核素的固体样品进行测量 ,大大
简化了实验工作程序 ,并进一步提高了数据的可靠性。
1 　装置的基本组成及原理
111 　基本原理
主探测器接受样品发射的β粒子能量并转换成电脉冲 ,经过主放大器放大成可供分析的
大脉冲 ,经分析器去掉电子噪声产生的小脉冲和宇宙射线产生的大脉冲 ,经反符合单元去掉电
子干扰和宇宙射线产生的假脉冲 ,最后用定标器记录放射性样品产生的辐射事件。其原理图
如图 1 所示。
112 　基本组成
11211 　主探测器 　由探测介质和一个光电倍增管组成。在 FH2367 基础上改装。探测介质
由 ST401 改为 ST1221 ;光电倍增管由 GDB244P 改为 D GB244F ,使本装置具有更高的灵敏度、
能量线性响应和稳定性。
11212 　反符合探测器 　由 1 块Φ200 ×10mm3 的普通塑料闪烁体和一个 GDB242LD 光电倍
增管组成。
11213 　铅室和换样系统 　在 FH2367 基础上改装。保留原探头送样机构 ,去掉原样品位置可
032 　核 农 学 报　2000 ,14 (4) :230～233Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
升降部分 (因有碍反符合探头的放置) 。用 32 块 (50 ×100 ×200mm3) 铅砖围成 5～10cm 厚的
铅室 (图 2) 。样品盘为外径 <45cm ,厚度为 3mm 的小碟。
6 样品
　
反符合探测器7 反
符
合
放
大
器
8
　
高
压
电
源
9 　　
低
压
电
源
10
　
主
探
测
器
1
主
放
大
器
2
分
析
器
3
反
符
合
4
定
标
器
　
5
图 1 　装置的基本原理框图
Fig. 1 　The working principle of the detector
1. main probe ;2. main amplifier ;3. analyzer ;4. anticoincidence ;5. scaler ;6. samples ;
7. anticoincidence probe ;8. anticoincidence amplifier ;9. high voltage power supply 10. low voltage power supply
图 2 　探测器正视剖面图
Fig. 2 　The obverse side of
cutaway view of the detector
11 主探头 ;21 样品
31 反符合 ;41 铅砖
1. main probe ;2. samples ;
3. anticoincidence ;
4. lead brichs
11214 　电子路线 :所有电子线路 ,除了反符合
单元自制外 (做成标准插件形式) ,全部是北京
核仪器厂生产的标准插件 , 低压电源为
FH002B ,高压电源为 FH 1016A , 主放大器
FH1006A ,反符合放大器为 FH1040A ,分析器
为 FH1006A ,定标器为 FH463A。
本装置所使用的电子线路均为成熟的产
品 ,并且功耗较小 ,可以长期连续工作 ,性能稳
定可靠 ,在本实验室已正常运转 9 个多月。
2 　主要性能指标
211 　探测效率
采用标准模拟法制备样品 ,并测定其14 C
的探测效率 ,结果如表 1 所示。标记物使用14C
标记的甲磺隆 ,其放化活度采用 L KB21217 液
体闪烁计数器进行标定。该仪器使用中国计量院提供的标准源进行活度刻度。
212 　本底计数率
本装置在不同屏蔽措施下测得的本底计数率如表 2 所示。
132　4 期 N YH21 型14C 核素高灵敏探测装置
表 1 　对14C的探测效率
Table 1 　The detection efficiency to 14C
样品状态
sample
土壤
soil
玉米
corn
籽粒
seed
蕊
pistil
杆
stem
叶
leaf
探测效率
detection
efficiency
3119
±0117 312±0115 3135±0113 3191±0122 6193±0135
　
　　注 :表中数据偏差为 1σ
　　Note : The partial difference of the data in this table is 1σ
表 2 　本底计数率 (cpm)
Table 2 　The count per minute of background
无物质屏蔽
unshielded
有物质屏蔽
shielded
无反符合
without
anticoincidence
27 ±016 1211 ±015
　
有反符合
having
anticoincidence
1511 ±013 2135 ±0105
　　注 :表中数据偏差为 1σ
　　Note : The partial difference of the data in this table is 1σ
213 　稳定性
21311 　效率的稳定性 　采用苏联的 N2134 号14 C 表面标准源 ,本装置启动 30min 后 ,连续测
定其计数 ,每次测 1min 共测 13 次 ,待工作 950min 后 ,照上述条件再连续测定 11 次 ,二次测量
结果见表 3。
表 3 　14C标准源重复测量数据
Table 3 　The repeated detection of 14C standard source
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
X 6317 6124 6103 6005 6156 6042 6192 6309 6218 6257 6287 6252 6169
Y 6178 6223 6102 5971 6107 6215 6143 6245 6025 6122 6195
　　注 : X 为装置启动后 30min 连续测量 13 次的计数 ; Y 为工作 950min 后连续测量 11 次的计数
　　Note : X —The cpm measured 13 times 30 min after the apparatus started on.
Y —The cpm continusly measured 11 times after the apparatus had worked for 90 min.
X平 = 6187 　S 1 = 99 　n1 = 13
Y平 = 6139 　S 2 = 85 　n2 = 11 　N = 22
通过 t 检验得 t = 1126 ,当 N = 22 时 t0105 = 2107 ,可见 t < t0105 ,说明二次测量结果无差异 ,本
装置对计数效率有较好的重复性。
21312 　效率和本底的长期稳定性 　本装置作长期考核。使用 N2134 号源 ,开机后 30min 测
该源的计数 5min ,然后测本底计数 ,连续开机 3 个昼夜 ,交替作上述测量 ,其结果见表 4。
从表 4 中可算出放射源的计数平均值为 5948cpm , S源 = 81cpm :本底计数平均值为
2123cpm , S本 = 0105cpm。可见所有的数据都落在 ±2σ范围内 ,其相对标准偏差也比较小 ,分
别为 114 %(效率)和 213 %(本底计数) ,说明本装置的效率和本底的稳定性能比较好。
214 　与同类仪器的比较
本装置与当前国内同类仪器BH1216α、β低本底装置进行了比较测量 (这些仪器对14C核
素过去未给出指标) ,其结果见表 5。
3 　结果与讨论
本装置虽然专为14C 核素测定而设计 ,但由于采用 ST1221 高浓度有机闪烁体作为本探测
232 核　农　学　报 14 卷
器介质 ,与 BH1216 仪器的完全相同 ,因而本装置也完全适用于其它β核素和α核素的测量。
表 4 　长期效率与本底数据 (3 昼夜)
Table 4 　Long term efficiency and background. (three days and nights)
时间
time
第 1 日
晚
night of
the
first
day
第 2 日
早
morning
of the
second
day
第 2 日
晚
nhght of
the
second
day
第 3 日
早
morning
of the
third
day
第 3 日
晚
night of
the
third
day
第 4 日
早
morning
of the
fourth
day
第 4 日
晚
night of
the
fourth
day
14C 源计数 (cpm)
count of 14C
standard source
5973 5952 5917 5938 5801 5988 6069
本底计数 (cpm)
background
2125 2116 2128 2128 2121 2122
　
表 5 　本装置与一些当前国内的仪器的比较
Table 5 　Comparing of N YH21 highly sensitive detector to some analogous apparatus in China
本装置
N YH21 highly
sensitive detector
BH1216 α、β低本底装置
BH1216 α、βlow background apparatus
本所
from Institute for Application
of Atomic Energy
核仪器厂
from Nuclear instrument
factory
14C N2134 号源计数 (cpm)
count of 14C N2134 source 4948 ±81 763 ±29 270
本底计数率 B(cpm)
background
2123 ±0105 1198 ±0135 114
4π探测效率 E( %)
4πdetection efficiency
9132 1120 0143
E2/ B 3819 0173 0613
　　优质因子 E2/ B 高表明本装置具有较高的探测灵敏度。
参考文献 :
[ 1 ] 　潘仲韬 ,等. BH1216 型低本底 ,α、β测量装置. 核电子学与探测技术. 1991 ,11 (2) :104
[ 2 ] 　潘仲韬 ,等. BH1227 型电路低本底α、β测量装置. 核电子学与探测技术. 1992 ,15 (5) ,257
[ 3 ] 　汲长松编著. 核辐射探测器及其实验技术手册. 北京 :原子能出版社. 1990 ,525
NY H21 HIGHLY SENSITIVE DETECTOR TO 142CARBON
QU 　Zhe 　　SHI Guo2qing 　　XIAO Jing2cheng
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 　100094)
ABSTRACT:A highly sensitive detector for determining the 14 C in low activity has been devel2
oped. Its background is 2135cpm , and its detection eff iciencies to the dry samples of corn and
soil are 6193 %and 312 %, respectively.
Key words :14C ; detection efficiency ; low background
332Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (4) :230～233