LNE-LNHB研发γ-γ角关联数字测量系统及其在60Co衰变中的应用研究

　　本文报道了LNE-LNHB实验室基于CAEN DT5730数字化仪和LaBr3(Ce)探测器开发的γ-γ角关联测量系统。研究人员通过60Co衰变实验，精确测定了60Ni的角关联参数（a2=0.1030(31), a4=0.0097(36)），结果与已有研究高度一致。该研究为核素计量学提供了更精准的角关联修正方法，对放射性药物监测和核衰变机制研究具有重要意义。

　　

在核素计量学和放射性核素衰变数据研究领域，γ-γ角关联（gamma-gamma angular correlation）的精确测量长期以来是技术难点。角关联指原子核衰变中连续发射的两个γ光子之间存在方向相关性，这种各向异性现象对放射性活度测量、核医学显像剂研发乃至基础核物理研究均产生重要影响。例如，在单探测器γ能谱分析中，角关联效应会干扰峰和法（sum-peak method）的准确性；在放射性药物体内分布研究中，扰动角关联（PAC）技术需依赖精准的角关联参数才能解析分子环境信息。然而，由于测量设备复杂、分析流程繁琐，现有角关联数据多源于上世纪中期，且测量不确定度较大。近年来虽出现采用高纯锗探测器阵列的研究，但系统复杂性和本底干扰问题限制了精度提升。

为突破这一瓶颈，法国巴黎萨克雷大学CEA列表研究所的亨利·贝克勒尔国家实验室（LNE-LNHB）开发了一套基于数字化采集的γ-γ角关联测量系统。该研究以⁶⁰Co为模型核素，因其衰变链简单（99.85%衰变通过1173 keV和1332 keV级联γ射线）、中间态寿命短（<1 ps），可最大限度减少基质扰动效应。相关成果发表于《Applied Surface Science Advances》，为核数据精准化提供了新范式。

研究采用了两大核心技术方法：一是自主设计的旋转测角仪系统，支持探测器相对角度在35°–325°间精确调节；二是基于CAEN DT5730数字化仪的符合数据采集方案，通过恒分数甄别器（CFD）和时间戳列表模式实现ps级时间分辨。数据采集持续3个月，累计45组独立测量，并采用高斯混合聚类算法自动划分能窗，克服了探测器增益温漂问题。

2.1 Experimental setup

实验装置核心为两个Saint-Gobain BrilLanCe?-380型LaBr₃(Ce)探测器（5 cm×5 cm），耦合滨松R6231光电倍增管。放射源为800 kBq的⁶⁰Co，采用萜烯膜（Terphane?）密封制备。探测器距源35 cm，兼顾计数率（约1800 cps）和立体角均匀性（约8°覆盖）。数字化仪设置240 ns积分门宽和400 ns死时间，有效抑制随机符合。

2.2 Data analysis

能量校准显示探测器在662 keV处分辨率为2.5%–2.7%。本底分析表明LaBr₃固有放射性（主要来自¹³⁸La和²²⁷Ac）对1100–1400 keV能区干扰可忽略。符合事件筛选采用双阈值：时间窗1.4 ns（5σ置信区间）和能量窗（1173 keV/1332 keV特征峰）。最终从3.2亿事件中提取约1万组真符合，信噪比优于280:1。

3. Results and discussion

角分布数据显示90°时符合计数最低，180°时最高，符合E2跃迁理论预期。通过Legendre多项式拟合得到a₂=0.1030(31)、a₄=0.0097(36)，与Krane等1980年低温极化源测量结果（a₂=0.1005(13), a₄=0.0094(3)）一致，但精度优于近年HPGe阵列研究（如GRETINA阵列a₄不确定度达0.014(2)）。误差主要源于统计涨落，温度漂移仅使能展宽增加3%–30%。

研究结论表明，该数字化系统以简约设计实现了与复杂核物理装置相当的测量精度，验证了LaBr₃探测器在快符合测量中的优势。未来需解决增益漂移控制、统计量提升等问题，以适配更复杂核素（如¹⁵²Eu）的测量。这项工作不仅为DDEP（Decay Data Evaluation Project）提供了可靠数据，更为放射化学、核医学及核计量学提供了可推广的技术平台。