基于双关联方法的γ-γ符合角关联分析在152Eu衰变中的应用研究

本研究针对中子活化分析(NAA)中放射性核素检测灵敏度不足的问题，通过双关联系数法系统测量了152Eu电子捕获(121 keV + 244 keV)和β-衰变(344 keV + 778 keV)的γ-γ符合角关联特性。发现电子捕获衰变在180°探测器布局时角关联最强，而β-衰变在90°时最优，为NAA中特定核素检测的几何优化提供了重要依据。

　　

在核分析技术领域，中子活化分析(NAA)长期面临复杂样品中痕量核素检测的挑战。当样品中存在多种活化产物时，传统γ能谱法常因康普顿散射和峰重叠导致误判。γ-γ符合测量技术虽能通过时间关联过滤干扰信号，但标准180°探测器布局可能并非所有核素的最佳选择。这一技术瓶颈促使德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队将目光投向核衰变过程中级联γ射线的角关联现象，以¹⁵²Eu为模型核素展开系统性研究。

研究团队创新性地将Marin等人提出的裂变中子角关联双关联分析方法迁移至γ-γ符合测量领域。通过两台相对效率34.5%的ORTEC高纯锗探测器(HPGe)，在1-13 cm间距和30-180°角度范围内，精确测量了¹⁵²Eu两种特征衰变路径的角关联特性。实验数据经Legendre多项式拟合后揭示出颠覆性发现：电子捕获产生的121 keV + 244 keVγ射线对在180°共线布局时双关联系数最高，而β^-衰变产生的344 keV + 778 keVγ射线对却在90°垂直布局时展现最强关联性。

关键技术方法包括：1) 基于双关联系数法的角关联分析框架；2) 可调几何的HPGe探测器系统；3) XIA Pixie-16数据采集系统；4) 符合时间窗优化技术。实验样本采用标准¹⁵²Eu放射源，通过精确控制探测器空间构型获取原始数据。

【结果部分】
Detector specifications
采用ORTEC GMX30P4-70型HPGe探测器，能量分辨率达1.84-1.88 keV（1.33 MeV处FWHM），集成ICS制冷系统确保测量稳定性。

Results
电子捕获衰变的角关联曲线显示180°时信号增强40%，而β^-衰变在90°时计数率提升35%。该现象源于两种衰变路径中核自旋态差异：电子捕获通过0⁺→2⁺→0⁺跃迁产生各向异性辐射，β^-衰变则涉及更复杂的角动量耦合。

Conclusion
研究证实通过优化探测器角度可显著提升特定核素的检测灵敏度。对含¹⁵²Eu的NAA样品，采用差异化的几何布局可使计数统计优化2-5倍。该成果为复杂基质中痕量核素检测提供了新思路，特别适用于核燃料监测和环境样品分析领域。

讨论指出，该方法可扩展至其他具有级联γ发射的核素如¹⁵³Sm和¹⁷⁵Yb。未来结合LaBr₃:Ce闪烁体探测器的高速特性，有望实现高活度样品的实时监测。研究团队特别强调，该方法不需要升级硬件设备，仅通过几何优化即可获得显著效益，具有极高的实用价值。论文成果发表在《Radiation Measurements》期刊，为核分析技术发展提供了重要方法论参考。