MGA++ γ射線同位素比錒系元素分析

• 三個高級分析程序套件：
  • MGA用單平面或一平面和一同軸的Ge探測器分析Pu
  • MGAHI用單個同軸Ge探測器分析Pu
  • U235僅使用一個平面Ge探測器分析U
• LLNL算法用于分析錒系元素。
• 無需校準標準來校正基質或容器效應。
• 快速操作，可顯示譜、結果和峰值擬合殘差。
• 可輕松修改參數集以獲得結果。
• 靈活的報告：即時結果和歸檔副本保持到Access數據庫中。
• 綜合數據收集和分析。
• 易于使用的Windows圖形用戶界面。
• 符合ORTEC CONNECTIONS標準。
• 可與所有ORTEC和許多非ORTEC MCA一起運行。
• 開發人員工具包選件有助于自定義系統開發。

MGA++由三個軟件程序（MGA、U235和MGAHI）組成，用于分析鍺探測器獲得的錒系元素譜。MGA++是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室多年持續研發的結果。1

原始MGA代碼被開發用于確定鍺探測器所獲得的伽馬射線數據的钚同位素豐度。MGA-B32包括 1) 原始MGA代碼的升級版本，它依賴于100 keV區域；2) U235，一種使用小于300 keV伽馬射線的鈾同位素分析代碼；以及 3) MGAHI，一種使用200 keV-1 MeV能量區域的钚同位素分析代碼。這些代碼分析了使用HPGe探測器收集的伽馬射線數據。

這些程序不需要特殊的校準源或計算，僅使用從樣品譜中獲得的信息來確定同位素比率。

作為CONNECTIONS軟件系列的正式成員，MGA++可以顯示正在采集的數據，然后快速分析和報告結果 - 所有這些都由一個易于使用的程序完成。

用戶界面
對于每種操作模式，單獨的“查看器”程序（MGAView、MGAHIView和U235View）和分析模塊（MGA.EXE、MGAHI.EXE和U235.EXE）確保了分析方法的完整性。Viewer程序提供用戶界面和硬件控制功能。在MGA++中，可以抑制所有譜顯示。

MGAView、MGAHIView和U235View提供了同樣友好的用戶界面。探測器的當前狀態顯示在右側。特殊計數率計模式顯示所選區域的瞬時計數率。可以在采集期間查看譜。

啟動/保存/報告功能可以通過鍵盤或鼠標進行一鍵式收集和分析，簡化了穿戴的操作員的任務！當認為有必要進行額外計數時，“重新啟動/保存/報告”將繼續當前計數。

從磁盤或MCB中重新分析譜非常簡單 - 只需單擊并選擇即可。MGA++程序收集的所有譜都以ORTEC標準譜（SPC）格式存儲，可由許多程序讀取。該文件包括分析參數和硬件描述記錄 - 即包括驗證結果所需的一切數據。

除了主要的ORTEC SPC文件格式之外，存儲在磁盤上的各種輸入文件格式譜還可以通過MGA++進行分析。

分析結果可以使用縮放功能顯示，以便直觀地確認分析。

峰值擬合結果可以與擬合殘差一起檢查以確保分析質量。為了幫助理解，可以打開或關閉顯示器上的各個峰值。

靈活的分析
分析參數可在清晰、易于理解的對話框中進行指定。分析參數可以保存到磁盤上，以便在類似的樣品上使用，并根據需要進行調用。

在每次分析結束時，結果將自動存儲在Access格式數據庫中，并為操作員打印或顯示。MGAView（使用記錄功能）或Access可以查看三個數據庫表（分析、采集和同位素）。這種強大的數據存儲方法可以輕松創建匯總報告、異常報告和其他有用的輸出。

CONNECTIONS集成
在Windows 2000/XP下運行的MGA++程序被集成到ORTEC CONNECTIONS環境中。支持所有ORTEC多通道緩沖硬件，包括聯網以及獨立的DigiDART和DSPEC MCA。

CONNECTIONS結構有助于開發自定義應用，例如自動測量系統。（ORTEC可提供開發人員工具包，以幫助此開發過程。）

所有CONNECTIONS產品的共同特點是支持Windows 2000/XP下多任務、多線程的并發分析過程，同時支持本地連接和遠程連接的以太網鏈路MCA，以及探測器的安全密碼鎖定。

先決條件
MGA++將在Windows 2000/XP下支持ORTEC多通道緩沖硬件的任何系統上運行。雖然MGA++可以直接控制兼容的MCA硬件，但MAESTRO是儀器設置的先決條件。

MGA分析模式

• 產生238,239,240,241Pu、241,243Am、237,239Np和235,238U的重量百分比結果。
• 確定242Pu。
• 可使用單平面HPGe探測器（0-300 keV）或一平面和一同軸HPGe探測器（0-1000 keV）進行操作。
• 無需校準標準來校正基質或容器效應。
• 自動能量和峰形重新校準。

MGA模式有兩種數據分析配置：單探測器模式和雙探測器模式。在單探測器模式下，MGA設計用于能量范圍為0-300 keV的平面HPGe探測器，以獲得Pu同位素信息。在用于高衰減樣本的雙探測器模式下，可以使用能夠提供高達~1000 keV更高能量數據的同軸HPGe探測器來輔助測量。該同軸探測器可測量~1 MeV的伽馬射線能量。利用這些附加信息，可以改善樣品均勻性和同位素含量。然而，在雙探測器模式下，需要來自平面探測器的信息，僅有同軸信息是不夠的。當將原始MGA代碼應用于嚴密屏蔽樣本的伽馬射線能譜時，此要求會更加明顯。這一問題在某種程度上可以通過引入ORTEC SGD GEM探測器得到解決，在某些情況下，該探測器可以通過使用兩個獨立的譜（低能量和高能量）執行平面和同軸探測器的功能。

钚γ射線能譜中有大約10個能量區域，可用于計算同位素豐度。在94-104 keV區域的同位素豐度和129和148 keV的峰值明顯。盡管這些區域難以分析，但可以實現1％或更高的精度。

處理后的樣本年齡
MGA可處理新鮮分離和陳置的樣品 - 這一點很重要，因為最近加工的钚樣品的237U和241Am含量通常非常低。在處理后的約2個月內237U活度增加，此時它與其241Pu親本的α衰變率達到平衡。任何假定這兩種同位素之間已建立衰變平衡的分析方法都不能用于新加工的樣品。

存在其他放射性物質
其他放射性物質可能作為衰變產物、作為來自先前工藝的污染物或作為混合后的產物存在于钚樣品中。鈾是一種常見的放射性物質，與钚混合可形成混合氧化物（MOX）燃料。MGA可以準確地確定樣品中235U的相對豐度。有時遇到的其他放射性物質是237Np-233Pa、243Am-239以及一些低水平的裂變產物（如95Zr-95Nb和137Cs）。如果采用雙探測器系統，通過分析233Pa的312 keV峰值（237Np的子體），可以檢測到低至約50 ppm的237Np。MGA可自動識別243Am和239Np同位素的干擾、樣品中釷的X射線熒光以及存在的137Cs（如果使用雙探測器系統）。

MGAHI模式
MGAHI使用物理參數來考慮伽馬射線的衰減和發射，并且不需要探測器的效率校準。不需要50 keV和200 keV之間的伽馬射線信息。當源被嚴密屏蔽，并且處在高本底、空間有限的環境中時，MGAHI將非常有用。如果屏蔽太多，100 keV能量區域可能衰減。在高本底環境中，探測器可能看到來自其他附近源的伽馬射線。此外，譜測定系統可能有非常高的死區時間。在這種情況下可以使用鉛屏蔽來減少死時間，但這也可能削減低能伽馬射線。MGAHI采用原始的MGA方法：1）使用物理參數來考慮伽馬射線的衰減和發射，以及2）不需要探測器效率校準。但是，與“原始MGA”不同，它不再需要平面信息。MGA分析非常依賴于100 keV能量區域探測器效率，吸收器厚度和Pu厚度使用來自²³⁹Pu衰變的已知伽馬射線峰值的譜數據計算而得。

MGAHI模式性能
兩個Pu（PIDIE）標準的MGAHI Pu重量％結果。使用75％同軸探測器收集3小時數據。使用兩個吸收器（5mm不銹鋼（ss）和2mm Pb）。破壞性分析（DA）的結果也在表中列出。

U235分析模式

• 235U、234U和238U的相對比率。
• 使用129 keV峰值自動檢查是否存在Pu。
• 使用0-300 keV的單平面HPGe探測器進行操作。
• 無需校準標準來校正基質或容器效應。
• 校正內部樣品吸收和放置在樣品和探測器之間的吸收器。
• 峰形校準由用戶定義的譜峰值（可從文件加載）或默認值確定。

U235使用單平面HPGe探測器，工作能量范圍為0-300 keV。它可確定鈾的相對同位素比率。以與MGA和MGAHI類似的方式，對于效率或基質或樣品容器中的吸收器，不需要基本校準。

典型的U235模式性能
U235給出了234、235、238U的重量百分比結果。

U235分析模式給出了235U、234U和238U的相對比率；當在這種模式下操作時，它可以警告用戶可能存在Pu。

精度取決于樣本的統計數據。

一般考慮因素

樣本量和基質
實際上，樣本量的下限約為100毫克 - 由計數時間和所需的統計精度決定。原則上沒有樣本量上限，實際上只測量大樣品的表面，因為钚和鈾的低能射線具有較短的平均自由路徑。樣品厚度超過“飽和厚度”將不會增加計數率，因為來自樣品背面的射線已被吸收。

鈾或钚通過其自身α或γ發射的熒光程度遠低于固體材料。輸入有關該溶液的詳細信息將有助于分析處理X射線。

屏蔽
屏蔽或準直器可以用來減少或消除附近材料的譜計數。鎘、銅、鉛或鉭箔用于減少低能γ射線的存在，特別是那些在59 keV的射線。這減少了钚樣品無法計數的死區時間。這些低能伽馬射線幾乎不存在于鈾樣品中。除非它們存在，否則不需要對低能射線進行優先濾波。

鍺探測器
對于使用MGA或U235進行的高達300 keV的測量，需要一個122 keV下標稱分辨率為550 eV的平面HPGe探測器。雖然在某些情況下可以放寬此要求，但122-keV分辨率不應超過700 eV。

較厚的平面探測器將具有較高的峰康（p/C）比，因此，假設它具有符合其他測量要求的面積和122-keV分辨率，則可以在低能量下提供優異的性能。

為了在僅含钚的樣品分析中使用較高的能量區域，在兩個探測器MGA模式或MGAHI模式下，可以使用1332 keV下分辨率小于2.0 keV的同軸探測器。對于MGAHI，則需要208 keV下分辨率為1.1 keV或更高的探測器。來自239Pu的203-keV伽馬射線必須可見。可在探測器前放置最多5 mm的Pb吸收器。

ORTEC的安全保障（SGD）系列同軸和平面探測器專門針對此目的進行了優化，強烈建議與MGA++一起使用。

ORTEC與LLNL簽署了MGA++許可和開發協議
ORTEC和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室已簽訂核保障應用專用軟件領域的許可和開發協議。該許可證涵蓋MGA++代碼套件的現有版本，可用于分析來自各種核保障樣品的HPGe探測器伽馬射線能譜，以確定相對钚同位素豐度和/或鈾濃縮。開發協議（CRADA）涉及對代碼的進一步改進以及對ORTEC CONNECTIONS Windows 2000/XP譜測定環境下“無縫”集成的改進，以實現的易用性和可靠性。

¹ 它是ORTEC與加州大學之間的合作研發協議（CRADA TSV-1368-96）和許可證（許可證編號TL-1375-96）的對象，ORTEC正在試圖將這些程序集成到ORTEC軟件環境中，以提高可用性。

² K. Debertin and R.G.Helmer，“使用半導體探測器進行的γ射線和X射線能譜測量”，第185頁，Elsevier科學出版社B.V.，荷蘭，1988年。