基于Geant4模拟的 41 Ar β-γ符合探测器研究

41Ar是反应堆和加速器运行释放到环境中的主要放射性核素之一，具有半衰期短的特点。由于β-γ符合法能显著降低本底、提高探测器灵敏度，为了实现41Ar高灵敏度测量，设计了由BC404和CsI(Tl)组成的β-γ符合闪烁体探测器，并建立了以最小可探测活度浓度（Minimum Detectable Activity Concentration，MDC）为优化目标的探测器结构优化方法。首先，运用Geant4对β射线在CsI(Tl)中的泄漏率进行模拟，选择BC404厚度为3 mm，此时泄漏率为0.73%；其次，对不同的气体腔尺寸进行模拟，分析计算β探测效率、γ峰效率、气体腔体积和取样时间对MDC的综合影响，完成探测器的结构优化；最后，分析了本底计数率和测量时间对MDC的影响。当测量时间为200分钟、处理时间为30分钟、本底计数率为5×10-3 cps时，优化后的探测器对41Ar的MDC估算值为1.7 Bq/m3。