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核素识别前的能谱测量原理
发布时间: 2020/08/28  发布者: 原创  浏览量:
 
 
      γ射线是由原子核衰变所产生的,当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时,就可能会辐射出γ射线。γ射线强度按能量分布即为γ谱。可以通过γ能谱仪测量能谱,γ能谱仪可以将探测到的γ射线强度和能量绘制成γ谱,进行核素识别。HA3500便携式γ谱仪是一款基于数字化脉冲波形处理技术的核监测仪器。该仪器集成了NaI(Tl)探测器、G-M管探测器以及He-3中子探测器(可选),具有剂量当量率测量、核素识别、放射源搜寻等功能,可对特殊核材料、医用、天然、工业等核素进行甄别。可应用于海关、检验检疫、环保、核设施、院校等领域的剂量率快速检测与核素识别。
HA3500便携式γ仪
 
 
探测原理简介
      γ 射线照射到探测器晶体上,被转化为荧光信号,荧光经光电倍增管收集、转化后在光电倍增管的输出端(阳极)的形成电脉冲信号,因为电脉冲的峰值与入射 γ 光子的能量成正比,以及其计数率与入射 γ 射线的照射率(即 γ 强度)成正比,经过电脉冲信号经放大和成形后,由主机进行采集和处理,进而计算出相应的各种能量的 γ 射线的计数率和对应的核素的含量。
 
脉冲与能谱的关系: 
      脉冲高度分析器(PHA)是辐射测量中所使用的仪器,核辐射测量是一种将核电子学与计算机技术等学科相互结合、综合性很强的分析技术。在核辐射测量中,和探测器输出的脉冲信号高度和入射粒子的能量成正比,通过测量脉冲信号的高度就可以知道入射射线的能量。
HA-BASE数字多道分析器采用大规模集成电路,FPGA控制逻辑,功耗低,性能高;集成了高压调节,数字信号处理等功能,适合从低计数率到高计数率的各种谱分析。HA-BASE数字多道分析器可与碘化钠、碘化铯、溴化镧等闪烁探测器,高纯锗半导体探测器等各种探测器连接,通过多道能谱分析软件实现能谱分析功能,也可应用于辐射安全检查、环境辐射检测、核电站辐射检测、工业辐射检测等领域。


HA-BASE数字多道分析器
  
 
能谱处理内容: 
1、能谱平滑处理
      由于射线和探测器中固有的统计涨落、电子学系统的噪声影响等,谱数据有很大的统计涨落。在每道计数较少时,相对统计涨落更大。谱数据的涨落将会使谱数据处理产生误差。其主要表现为在寻峰过程中丢失弱峰或出现假峰、峰净面积计算的误差加大等等。谱数据的平滑就是以一定的数学方法对谱数据进行处理,减少谱数据中的统计涨落,但平滑之后的谱曲线应尽可能地保留平滑前谱曲线中有意义的特征,峰的形状和峰的净面积不应产生很大的变化。对于谱数据进行平滑处理通常使用数字滤波器。由信号分析理论的观点出发,我们可以把原始谱数据看成是噪声(即谱数据中的统计涨落)和信号(即峰函数和本地函数)的叠加,经过数字滤波器的处理可以提高信号噪声比。
 

平滑前能谱(图片来源于网络)
平滑后能谱(图片来源于网络)
 
2、寻峰
      在谱数据中精确地计算出各个峰的峰位是能谱分析中最关键的问题。在谱的定性分析中,只有正确地找到谱中全部峰的位置,才能根据主峰和各验证峰的能量来决定在被测样品中是否存在某种核素。
 
寻峰方法的基本要求:
(1)比较高的重峰分辨能力。能确定相互距离很近的峰的峰位
(2)能识别弱峰,特别是位于高本底上的弱峰
(3)假峰出现的几率要小
 
      主要通过谱变换和峰判定两个步骤,谱变换一般采用线性滤波技术,其目的是减少谱数据的统计涨落,消除本底的影响,突出峰位信息。峰判定主要是根据预先设置的条件来识别真峰和剔除假峰。
 
3、本底扣除
      在能谱曲线中,我们感兴趣的峰常常是叠加在很高的本底谱上。在谱定量分析的过程中,为了计算某种能量射线的强度需要求出峰的净面积。为了计算峰的净面积,必须扣除峰区内的本底。
扣除本底的方法可分为两种:一种是设法求出本底谱在整个测量能区的分布模式,从整个谱数据中逐道减去本底在该道的计数;另一种方法是在包含有我们感兴趣的峰的一个很窄的谱段中,认为本地谱是按直线或多项式规律分布,在这个谱段中从谱数据中逐道减去由直线或多项式模拟的本底数据。
 
4、复杂谱的解析
      当分析由多种放射性核素组成的混合样品谱时,能谱曲线的形状比较复杂。特别是相距很近的峰叠 加在一起,形成了重峰。用计算单峰净面积的方法不能计算出各个组分峰的净面积。这时必须对复杂谱进行解析才能求出各个组分峰的净面积,从而计算出各种射线的能量和强度,确定混合样品中各种核素的含量。


重峰解析(图片来源于网络)
5、刻度
      在进行谱分析之前,必须根据系统的配置情况和物理实验条件对系统进行刻度。这些刻度主要包括系统的能量刻度、效率刻度和峰行刻度。每当实验条件改变时,如更换探测器、调节探测器的高压、改变测量的几何条件或系统的总计数率有很大的变化时,都需要重新进行刻度。考虑到探测器或电子学系统的漂移,即使测量物理条件不变,也要定期地对系统进行刻度,以保证谱分析的精度。

      能谱测量技术广泛应用于实验室检测仪器中,HA4200低本底γ谱仪是一款基于数字化脉冲波形处理技术的核检测仪器。采用高分辨率NaI(Tl)探测器,可定量分析建筑材料及其制品中的γ放射性和空气、土壤中的氡气含量,可用于无机非金属材料如大理石、花岗岩、玻璃、陶瓷、水泥、砖瓦、砂石、混凝土及制品等放射性检测。广泛应用于海关、建材、地矿、环保、疾控、科研机构、高等院校、矿厂企业等领域和单位。


HA4200低本底γ谱仪
 
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参考文献
[1] 核行业协会《核测量仪器》2015讲义