基于Matlab核能谱数据处理软件的设计与研发

基于Matlab核能谱数据处理软件的设计与研发
杨悦;罗旭佳;李楚
【摘要】本文利用matlab软件在Windows系统上实现了核能谱数据的获取和处理.完成了γ能谱数据的读取、显示、平滑、寻峰和峰面积的计算,相比较其他软件更加简约,用户使用更加方便.
【期刊名称】《江西化工》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】3页(P77-79)
【关键词】Matlab;γ能谱;数据分析
【作者】杨悦;罗旭佳;李楚
【作者单位】东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌330013;东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌330013;东华理工大学核科学与工程学院,江西南昌330013
【正文语种】中文
在核反应和核衰变中，通常伴随着γ射线的发射，在核物理实验中，常通过γ能谱分析来确定放射性核素能量及活度，即对核素做出定性和定量分析。

γ能谱分析技术是快速、准确、非破坏性地确定待测样品中各具有γ辐射的放射性核素性质的重要手段，是一种相对简单仪器的分析方法[1]。

在γ谱分析技术中，国际上较为常用的软件包括：GamrnaVision 5.3、Ganaas
3.11、 Genie2000 2.1等。

但这些软件安装较为困难，且需对软件进行大量的校准后才能使用。

为了克服上述软件的不足，本文采用Maltab实现对γ能谱数据的读取、显示、处理以及分析。

Matlab在易于使用的Windows环境中集成了许多强大的功能，如数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等[2]。

应用Matlab进行软件的设计与研发可以充分发挥出其强大的数值分析及矩阵计算等功能，且可以让用户使用更加方便直接。

1 软件设计内容
1.1 γ能谱显示
本软件以.txt文件格式打开文件，用load和plot函数来读取和绘制谱数据，用于显示和分析γ能谱。

1.2 平滑处理
核衰变和测量具有统计涨落性，为了能够可靠识别峰的存在，并且准确确定峰的位置和能量，从而完成定性就需要进行谱平滑[2]。

本文采用的平滑方法是多项式最小二乘拟合法，其中包括5、7、9、11点多项式平滑。

1.3 寻峰的实现
在能谱的定性分析中，寻峰的目的是根据主峰和每个验证峰的能量确定能谱中所有峰的正确位置，以确定待测样品中是否存在某种核素[3]。

在本文中，使用的导数法包括5点平滑一、二、三阶导数。

1.4 峰面积计算
峰面积的计算是定量分析的基础。

实测γ能谱中，全能峰是叠加在环境本底和康普顿散射背景之上的[4]。

所图1所示，总面积是在一个指定左右边界的峰区内各道计数之和；本底面积B是由环境本底和散射造成的计数总和；净峰面积A可由峰总面积扣除本底面积后得出。

图1 峰面积计算
2 软件设计成果与测试
2.1 谱图显示
用Matlab打开spec.m文件，运行后点击界面上的“绘图”按钮。

如图2所示，在界面空白上部分完成原始谱图的显示。

2.2 平滑
点击平滑图，如图3所示，会出现“输入多项式最小二乘拟合平滑公式”的提示框，用户可根据平滑要求自行输入所用平滑公式的点数5或7或9或11和平滑次数。

图2 原始谱图显示
图3 平滑公式点数和平滑次数的输入
由图4和5可知，随着平滑次数的增加，得到的谱图更加平滑，但平滑后得到的
谱数据越来越小，故应根据具体要求选择合适的平滑次数。

图4 5点多项式最小二乘拟合平滑(1次后的谱图显示)
图5 5点多项式最小二乘拟合平滑(10次后的谱图显示)
2.3 寻峰
点击“寻峰”按钮，如图6所示，会出现“输入至少包含一个真峰的左右边界和
平滑阶数”的提示框，用户自行输入想要寻峰区域和寻峰函数阶数。

在本次设计中，为了方便只对全能峰区域进行求解。

从原始谱中可以很明显地看出全能峰大致所在位置，故左右边界分别设置为380、480，所用寻峰函数阶数为1。

点击OK，如
图7所示，在界面空白下部分会显示全能峰谱图，在界面顶部会显示全能峰的峰
位计数、峰位、左右边界、峰面积、本底和净峰面积的数值。

其中在进行寻峰中所用的γ能谱计数是原始计数经过11点多项式最小二乘拟合公式平滑一次后的计数。

图6 寻峰区域和寻峰函数阶数的输入
图7 全能峰寻峰结果的显示
3 结论
本核能谱数据处理软件利用Matlab在数值分析、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等上特有的优点来进行设计，相比较其它软件更加简约，使用更加方便。

参考文献
【相关文献】
[1]吴和喜，刘玉娟，严川，等.数字化核能谱仪教学平台设计[J].核电子学与探测技术，2015，
35(8)：814-836.
[2]唐朱皓.基于matlab核能谱数据获取与处理研究[D].湖南：南华大学，2017：1-86.
[3]谢希成.低本底γ能谱分析软件的研发[D].四川：成都理工大学，2012：1-79.
[4]唐应兵.基于Android的便捷式γ能谱仪测量分析软件的设计与研发[D].四川：成都理工大学，2014：1-69.。