[发明专利]一种基于蒙卡响应矩阵的低分辨率γ能谱反演解析过程及方法

说明书

技术领域

本发明涉及γ仪器谱解析技术领域，具体涉及一种基于蒙卡(Monte Carlo)响应矩阵的低分辨率γ能谱反演解析过程及方法。

背景技术

在国际原子能机构（IAEA）应用需求的推动下，放射性能谱测量仪已成为核设施等各种核辐射场所、核电站、防化部队、核应急与核查、反核恐怖必不可少的装备。针对机场、港口、海关、车站等大型公共场所，用于环境辐射检测、反核恐怖安检、辐射源清理及天然放射性核素信息探测等核技术应用场合。因此，研究γ能谱解析方法对满足谱仪市场需求、发展核探测与能谱测量技术具有广阔的应用情景和社会现实意义。

由于采用γ能谱仪获得的γ能谱分布与入射到γ探测器之前的γ射线原始谱分布是不同的。通常，把γ射线入射到探测器之前的原始能谱称为γ射线谱，把由γ能谱仪测得的γ能谱称为γ仪器谱，而γ能谱解析正是针对γ仪器谱进行解析的。对于γ射线的能谱测量而言，γ仪器谱是复杂的γ谱。这是因为：首先，由于被测对象本身是多种放射性核素的混合样品，样品放出的γ射线谱是复杂的；其次，γ能谱测量系统受能量分辨本领的限制，尤其是受γ射线探测器的本征能量分辨本领的限制；再次，γ能谱测量系统的环境物体对γ射线的散射本底。相对于半导体探测器而言，NaI(Tl)闪烁探测器具有探测效率高、价格低廉等优势被广泛应用。但由于NaI(Tl)闪烁探测器的能量分辨率有限，使得能量相近的仪器谱峰相互重叠，导致寻峰困难；并且γ光子在NaI(Tl)晶体中产生康谱顿散射使谱线叠加了大量的低能成分，增加了低能区的γ射线总量，造成低能区的谱峰边界模糊，特别在高本底环境下，核素识别率较低甚至错判；进而在对核素种类较多、谱线较复杂样品进行解析时，相应的谱处理算法复杂度也显着增加。对于复杂γ仪器谱的解析，其传统关键技术主要包括谱线平滑、寻峰、峰边界确定、本底扣除、重峰分解、净峰面积求取及其活度计算等一系列正演解析过程与方法，由于正演解析过程及方法繁琐，并未考虑探测器与谱仪是否匹配、谱线中多特征参数的提取及放射源与γ能谱之间响应矩阵的构建等自上而下的关联问题，使其放射性核素定性定量分析结果与真实值存在较大差异。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于蒙卡响应矩阵的低分辨率γ能谱反演解析过程及方法，主要针对NaI(Tl)闪烁探测器能量分辨率低，正演解析过程及方法繁琐，并未考虑探测器与谱仪是否匹配、谱线中多特征参数的提取及放射源与γ能谱之间响应矩阵的构建等自上而下的关联问题，进而实现准确的放射性核素定性定量分析的目标。

为了达到上述目标，本发明提供了基于蒙卡(Monte Carlo)响应矩阵的低分辨率γ能谱反演解析过程，依据核素衰变释放γ光子形成仪器谱的物理过程，建立探测器的几何模型，运用蒙特卡洛方法模拟NaI(Tl)闪烁探测器对γ光子的响应函数，确定探测器响应函数中的全能峰，康普顿边缘，康普顿平台，反散射峰，逃逸峰等特征参数，通过综合仿真和插值算法在放射源与γ能谱之间构建一个蒙卡响应矩阵，结合Gold算法与改进的Boosted Gold算法，实现在该响应矩阵下反演解析其它被测样品的γ仪器谱；其特征是：γ仪器谱的解析过程包括仪器谱探测模块、探测器几何模型模块、模拟探测器响应函数模块、响应函数特征参数提取模块、蒙卡响应矩阵生成模块和反演解析模块。

所述仪器谱线探测模块，用于将输入的待测样品经NaI(Tl) γ探测谱仪探测后转换为γ仪器谱数据，确定探测器的几何参数，并将所获得的γ仪器谱数据及探测器几何参数分为两路输出，一路输出连接探测器几何模型模块，一路输出连接反演解析模块。

所述探测器几何模型模块，用于根据仪器谱线探测模块中的样品谱线中的全能峰，康普顿边缘，康普顿平台，反散射峰，逃逸峰等特征参数，并用另一输入标准源的探测器响应函数中全能峰，康普顿边缘，康普顿平台，反散射峰，逃逸峰等特征参数予以比对和校正，进而确定探测器的几何模型，使构建的探测器几何模型与被测样品谱线数据的测量条件和参数一致。同时，将几何模型参数输出连接至模拟探测器响应函数模块。

所述模拟探测器响应函数模块，用探测器响应函数来反映出全能峰，康普顿边缘，康普顿平台，反散射峰，逃逸峰等特征参数和能量的依赖关系，而解析结果的准确性依赖于向解析算法提供的响应矩阵。根据构建的探测器几何模型，采用蒙特卡洛模拟软件模拟探测器响应函数，输出连接至蒙卡响应矩阵生成模块。