[發(fā)明專利]一種基于高斯響應(yīng)矩陣的NaI(TI)閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103913764B
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何劍鋒;楊耀宗;瞿金輝;徐宏坤;何月順;葉志翔
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及γ儀器譜解析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于高斯響應(yīng)矩陣的NaI(TI)閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析過程及方法。

背景技術(shù)

γ射線的探測主要依賴于使γ光子與物質(zhì)的相互作用，將全部或部分光子能量傳遞給探測器介質(zhì)中的電子，該電子的最大能量等于入射γ光子的能量或與入射γ光子的能量成正比，而且將以任何其它類型快電子(如β粒子)的同一方式在探測器中慢化，并損失其能量。因此，γ射線的能量測量都是通過記錄沉積在探測器中的能量來實現(xiàn)。顯然，采用γ能譜儀獲得的γ能譜分布與入射到γ探測器之前的γ射線原始譜分布是不同的。通常，把γ射線入射到探測器之前的原始能譜稱為γ射線譜，把由γ能譜儀測得的γ能譜稱為γ儀器譜，而γ能譜解析正是針對γ儀器譜進(jìn)行解析的。

對于γ射線的能譜測量，首先，由于被測對象本身是多種放射性核素的混合樣品，樣品放出的γ射線譜是復(fù)雜的；其次，γ能譜測量系統(tǒng)受能量分辨本領(lǐng)的限制，尤其是受γ射線探測器的本征能量分辨本領(lǐng)的限制；再次，γ能譜測量系統(tǒng)的環(huán)境物體對γ射線的散射本底。所以，γ儀器譜是復(fù)雜的γ能譜。對于γ射線探測器而言，NaI(Tl)閃爍探測器具有探測效率高、價格低廉等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。但由于NaI(Tl)閃爍探測器的能量分辨率有限，使得能量相近的儀器譜峰相互重疊，導(dǎo)致尋峰困難；并且γ光子在NaI(Tl)晶體中產(chǎn)生康譜頓散射使譜線疊加了大量的低能成分，增加了低能區(qū)的γ射線總量，造成低能區(qū)的譜峰邊界模糊，特別在高本底環(huán)境下，核素識別率較低甚至錯判；進(jìn)而在對核素種類較多、譜線較復(fù)雜樣品進(jìn)行解析時，相應(yīng)的譜處理算法復(fù)雜度也顯著增加。實際上，根本原因是一定能量的γ射線與物質(zhì)相互作用時，由于康普頓散射與吸收使γ射線的譜成分發(fā)生了變化。對于復(fù)雜γ能譜解析，其傳統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括譜線平滑、尋峰、峰邊界確定、本底扣除、重峰分解、凈峰面積求取及其活度計算等一系列正演過程與方法，從而得到各種射線的能量和計數(shù)率，確定樣品的組成核素和含量，由于未考慮譜線多特征參數(shù)及放射源與γ能譜之間通用響應(yīng)矩陣的構(gòu)建等自上而下的關(guān)聯(lián)問題，其放射性核素定性定量分析結(jié)果與真實值存在較大差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對NaI(Tl)閃爍探測器能量分辨率低，導(dǎo)致γ能譜測量中譜參數(shù)提取復(fù)雜的問題，提供了基于高斯響應(yīng)矩陣的NaI(TI)閃爍探測器γ能譜反演解析過程及方法，從而實現(xiàn)更準(zhǔn)確的放射性核素定性定量分析的目標(biāo)。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了基于高斯響應(yīng)矩陣的NaI(TI)閃爍探測器γ能譜高分辨反演解析過程，根據(jù)NaI(TI)閃爍探測器特征及成譜過程的物理特性可知，不同能量的γ光子在探測器中的響應(yīng)對應(yīng)光電峰的半高寬(FWHM)不同；而由能譜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性知光電峰峰形可用高斯函數(shù)予以近似；因此，通過在放射源與γ能譜之間構(gòu)建一個通用的高斯響應(yīng)矩陣，來反演解析其它的γ儀器譜；γ儀器譜的解析過程包括譜線平滑濾波預(yù)處理模塊、尋峰與峰邊界處理模塊、分辨率刻度模型模塊、本底扣除模塊、高斯響應(yīng)矩陣生成模塊、反演解析模塊，其特征是：譜線平滑濾波預(yù)處理模塊分別連接尋峰與峰邊界處理模塊和本底扣除模塊，分辨率刻度模型模塊分別連接本底扣除模塊和高斯響應(yīng)矩陣生成模塊，本底扣除模塊和高斯響應(yīng)矩陣生成模塊連接反演解析模塊，反演解析模塊連接尋峰與峰邊界處理模塊。

本發(fā)明所述譜線平滑濾波預(yù)處理模塊，用于將輸入的被測樣品譜線數(shù)據(jù)，鑒于統(tǒng)計漲落較大的被測量譜線數(shù)據(jù)，首先考慮對譜線進(jìn)行濾波平滑預(yù)處理后分兩路輸出，一路輸出至尋峰與峰邊界處理模塊，另一路輸出至本底扣除模塊。

本發(fā)明所述尋峰與峰邊界處理模塊，用于譜線定性分析是根據(jù)準(zhǔn)確計算并找出各譜峰的峰位和各驗證峰的能量決定被測樣品中是否存在某種核素；對于譜線的定量分析而言，特征峰邊界的選取直接影響峰面積的計算，在有重峰或組合峰的情況下，還影響峰位的確定；根據(jù)譜線平滑濾波預(yù)處理模塊輸入的譜線數(shù)據(jù)，用常規(guī)方法確定峰位，然后根據(jù)反演解析模塊輸入的解析結(jié)果，計算并校正各譜峰的峰位和各驗證峰的能量，同時確定特征峰的峰邊界，并計算出譜峰面積，其輸出為被測樣品準(zhǔn)確的定性定量分析結(jié)果。

本發(fā)明所述分辨率刻度模型模塊，利用能量刻度中的單能γ射線源測得的全能峰，用高斯峰形函數(shù)擬合法求得峰的半高寬(FWHM)和能量分辨率，根據(jù)不同能量的γ光子在探測器中的響應(yīng)對應(yīng)光電峰的半高寬(FWHM)不同，且譜線的半寬高(FWHM)在不同能量處各不相同且與能量大小呈非線性關(guān)系，通過提取不同能量段所對應(yīng)的全能峰的半高寬(FWHM)，一路輸出至本底扣除模塊，另一路輸出給高斯響應(yīng)矩陣生成模塊。