核数据处理复习资料

第一章：能谱数据的获取

什么是核辐射探测器

核辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号(光、热、色或径迹)的转换器，即传感器或换能器。

利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器

核辐射探测器的工作原理

• 基于粒子与物质的相互作用。

• 带电粒子：与物质中原子的轨道电子直接相互作用；

• γ/X射线：光电效应，康普顿效应，电子对效应

• 中子：核反应产生带电粒子

核辐射探测器的分类

按工作原理分类：

• 利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器

• 利用射线通过物质产生的荧光现象做成的辐射探测器。闪

烁体探测器

N aI(Ti) C sI(Ti/Na) BGO LaBr3

• 利用辐射损伤现象做成的探测器。径迹探测器CR-39径迹片。

• 利用射线与物质的核反应或相互碰撞产生易于探测的次级。自给能探测器

利用射线与物质的相互作用的其它原理制成的辐射探测器切伦琴科夫探测器。热释光探测器谱仪中为什么需要前置放大器：

1.由于探测器输出的信号比较小，提高信号的差异匹配后续电路，必须对信号进行放大。

2.直接将两者连接在一起，系统笨重，且可能受周围环境（空间太小，辐射太强）的影响。

3.同时为减少探测器输出端到放大器间的分布电容、匹配传输线阻抗，减少外界干扰，提

高信噪比。

前置放大器的作用：

1.提高系统的信噪比

2.减少信号传输过程中外界干扰的相对影响

3.合理布局，便于调节和使用

4.实现阻抗转换与匹配

模拟式谱仪采集一个信号的过程

数字化谱仪与模拟式谱仪的区别与联系

数字化谱仪：对探测器输出脉冲信号进行采样

模拟式谱仪：

第二章：能谱数据的特征

线状谱转变成类高斯峰的原因

a)探测器产生离子对的统计涨落

b)探测器的边缘效应

c)电子线路的弹道亏损d)脉冲堆积效应

谱线“拖尾”形成的根源

低能拖尾：当探测器介质中存在缺陷时，该缺陷会复合或俘获电子(或空穴)，导致实际收集的电量减少，其结果使得计数从高能段向能端转移，峰偏离高斯分布，出现“低能拖尾”。高能拖尾:由于寄生电容的存在，信号传输后，输出端不会立即变为0，在回路中出现振荡，并缓慢恢复到0。如果恢复时间内又有另一个信号进入，就会使得第二个信号幅度增加，出现“高能拖尾”。

线状谱转变成连续谱的原因

1.光子与核外电子相互作用、瑞利散射—弹性散射、光电效应、康普顿散射—非弹性散射。

2.光子与核或核外电子发生库仑力相互作用、电子对效应、核的势散射。

3.光子与原子核(单个核子) 的作用、汤姆逊散射—弹性散射、核共振效应—非弹性散射光致核反应。

仪器谱中各峰形成的机理

全能峰：a)光电效应；b)多次康普顿散射，将入射光子的能量完全消耗在探测器灵敏体积中；

c )一次康普顿散射的反冲电子能量+散射光子的光电效应产生的光电子；

d )正负电子对的能量+正电子淹没产生的两个光子在探测器内发生上述相互作用将能量损失在探测器灵敏体积中。

康普顿平台：多次康普顿效应，使光子能量不断降低，形成能量从0--hv的连续分布。

反散射峰：入射射线穿过NaI晶体后打到光电倍增管上或晶体周围物质上产生了一些大角度的康普顿散射(>1500)，把大部分能量都传递给电子后又回到晶体内。由于射线能量低，极容易产生光电效应。对137Cs反散射光子能量在184kev

特征X射线峰：137Cs 32kev

1.许多放射源在β衰变过程中有轨道电子俘获或γ跃迁中有内转换电子发出，其结果即产生特征X射线。

2.且γ射线与周围物质发生光电效应，也可能产生特征X射线。

湮灭光子峰：高能光子与其它材料（屏蔽体、源、村托等）发生光电效应产生的511 kev 特征X射线逃逸峰：如用NaI探测器测量时，光电效应发生在靠近晶体表面处。产生的KX 射线容易逃逸出晶体，相应的输出脉冲幅度比入射射线能量完全被吸收减小28keV，这类脉冲在仪器谱上形成一个峰。I的特征X射线的能量是28 kev

谱仪前加一层铝/铍窗的作用

1.对空气中天然放射性核素产生α粒子起屏蔽作用；

2.电子穿透能力弱，用铍极容易阻挡，且密度小，产生轫致辐射几率小；

3.采用源激发时，密度小的材料对初始射线衰减小，同时对产生的特征X射线衰减小，提高探测效率。

常见的仪器谱

能量较低时，主要是光电峰，包括出现的碘逃逸峰。对中等能量，除光电峰外还有康普顿坪。在较高能时，特别在1.5Mev以上，谱形上又出现单、双逃逸峰等。

第三章：能谱数据的平滑

能谱数据平滑的目的：减小统计涨落对能谱数据定性、定量分析的影响。

统计涨落影响主要有：丢失弱峰、出现假峰以及边界道难以确定。

平滑前后应保留的信息：峰位与峰面积尽可能保持不变；重峰出现几率尽可能低

常用的滤波方法(原理/区别与联系)

重心法；多项式最小二乘移动平滑法；离散函数褶积变换法；傅立叶变换法

傅立叶变换法的步骤：1.将整个射线能谱从能域变换到频域2.选择适当的频域滤波函数，乘以上述频域数据（过滤高频）3.将上述滤波后的频域逆变换得到滤波后能谱。

切断频率

1.从后1/4谱中找出最大幅度对应的ω1，即为噪声最大幅度。

2.设定R初始值，例如设R=5。

3.从后1/4处向前找出幅度大于R*|Y(ω1 )|的点，此点即为信号起主要作用的点。

4.若找到，从该点向后找第一个幅度低于ω1的点，此点即为切断频率MFC。

5.若找不到，则R=R-0.5，返回3 。

第四章：峰位与峰区的确定

能谱分析对寻峰的基本要求：

a)能识别弱峰；b)假峰出现的几率尽可能小；

c)较高的重峰分辨能力d)能精确确定小数道峰位

常用的寻峰方法：简单比较法；高斯乘积函数找峰法；导数法；协方差法

峰位的精确确定：重心法；对称零面积法；马尔科夫链法；卷积法；核素库峰型定位法；二阶插值多项式；多项式拟合

第五章：峰面积的确定

几种峰面积确定方法的演化：太复杂了

常用的本底扣除方法：梯形法；多项式拟合；指数法；SINP 法

常见的重峰分辨方法：分支比法；高斯函数拟合法

第六章：谱仪的刻度

谱仪的性能指标

1、道数与道宽：道数越多，道宽越精密，但特征峰被分成更多道，使得峰被展平，弱峰易丢失

2、谱仪的能量分辨力及半高宽（NaI探测器以137Cs 0.662 Mev 的能量分辨率，半导体探测器60Co 1.332Mev的半高宽为标准，X荧光仪55Fe 5.898Kev的半高宽）

3、谱仪的线性：积分线性，峰道址与射线能量之间的线性程度；微分线性，各道宽的均匀程度

4、谱仪的死时间

5、谱仪的稳定性(多次测量谱峰面积…概率大于0.683)

6、谱仪的峰康比：半导60Co的1.332Mev全能峰位计数÷（1.040~1.096Mev康普顿坪的平均计数）一般为60/ 1 。

谱仪的三大刻度

1、能量刻度（放射源(或选定的特征峰)的能量/活度，必须是精确已知的标准源与待测源基质、测量条件和几何结果均相同）

2、效率刻度（定准峰位/确定特征峰效率）

3、峰型刻度（确保谱仪的稳定性好，差值求FWHM）

谱仪的探测限

判断限(作为判断样品中“有”和“无”某中放射性核素的判界)

MDA(在给定置信概率下，谱仪能够探测到的放射性核素最小量)

第七章：定性/量分析

定性分析过程

1、建立核素库(元素的种类、半衰期、特征射线的能量、分支比、所生成的核素)。

2、对标准样品谱进行测量，并对谱仪进行能量刻度。

3、测量待分析样品谱，分析确定所测谱线中各峰能量。

4、确定所对应峰对应何种核素。

5、从低能端到高能端逐步分析，统计得出待测样品所含有的放射性核素的信息。