CN101982795A - 用于检测伽马射线谱仪精确度的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测伽马射线谱仪精确度的方法和系统，该方法包括：利用伽马射线谱仪在预定的试验环境下探测试验样品，获得探测数据；根据获取的探测数据分析出伽马射线谱仪从所述试验样品中探测的元素含量；利用所得元素含量与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力。所述系统包括伽马射线谱仪、数据采集设备、数据分析设备、比较设备和显示设备。利用本发明的方法和系统，能够在将伽马射线谱在用于月球探测等领域之前，获知其探测元素的能力，从而确保在使用伽马射线谱仪时数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及对伽马射线谱仪进行检测的方法和系统，尤其涉及对伽马射线谱仪的元素探测能力进行检测的方法和系统。
背景技术
伽马射线谱仪用于在各种环境下探测元素的存在。一些元素(如钍、铀)本身就有放射性，发出γ射线，另外一些元素(如硅、镁、铝)在宇宙线轰击下会发出γ射线。不同元素发出γ射线的能量有所不同，或者说各种元素都具有特征能量γ射线。如果γ射线谱仪探测到某一元素的特征能量γ射线，就可以证明这种元素的存在。而这种特征能量的γ射线出现的几率越高，该元素的相对含量也越高。通过统计特征能量的γ射线出现的几率，就可以探测元素的相对含量。利用这种方法，就可以探测一些主要元素，如：氧、硅、镁、铝、钙、铁、钛、钠、锰、铬、钾、钍、铀及稀土元素等的含量与分布特征。
在对月球进行探测过程中，伽马射线谱仪是探测卫星搭载的重要载荷之一，主要用于探测月球表面的元素含量。在卫星发射前，应该了解伽马射线谱仪的元素探测能力。然而，现有技术却没有相关的检测方法或系统。如果在不了解伽马射线谱仪元素探测能力的情况下，将伽马射线谱仪直接用于探测月球表面的元素等，有可能导致探测结果不准确，使得探测月球的这种重要研究工作可能产生严重错误。
另外，伽马射线谱仪还可以监测环境。人类的活动(如开矿，城市建设等)可以改变当地的辐射环境。另外，核电站周围的环境，也必须用伽马射线谱仪进行监测。如果伽马射线谱仪不能准确探测环境中的放射性元素，进而不能采取有力的改善措施，则可能对人类的健康等产生灾难性后果。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种检测伽马射线谱仪元素精确度的方法和系统。
本发明的方法包括以下步骤：步骤1：利用伽马射线谱仪在预定的试验环境下探测试验样品，获得探测数据；步骤2：根据步骤1获取的探测数据分析出伽马射线谱仪从所述试验样品中探测的元素含量；步骤3：利用步骤2所得元素含量情况与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力。
本发明还提供了一种用于检测伽马射线谱仪的系统，该系统包括以下组成部分：伽马射线谱仪，用于在预定的试验环境下探测试验样品，并获得探测数据；数据采集设备，用于从伽马射线谱仪获取所述探测数据，将其转换为数据分析设备所能识别的格式并传送给数据分析设备；数据分析设备，用于根据从数据采集设备获取的数据，分析得到在预定试验环境下伽马射线谱仪探测到的元素的含量；比较设备，用于根据数据分析设备分析所得元素含量与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力；显示设备，用于对比较设备产生的比较结果进行显示。
利用本发明的方法和系统，能够检测伽马射线谱仪是否能有效进行元素探测，从而确保在用于月球探测等重要领域的伽马射线谱仪获得的数据更加准确。
附图说明
图1示出了本发明检测伽马射线谱仪元素精确度的方法流程图；以及
图2示出了用于检测伽马射线谱仪精确度的系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1示出了本发明检测伽马射线谱仪元素探测能力的方法，下面参照图1详细描述该方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：利用伽马射线谱仪在预定的试验环境下探测试验样品，获得探测数据。其中探测试验样品可以是模拟月壤样品，也可以是地球环境或其他空间环境中的任意试验样品。在本发明中选择模拟月壤样品作为探测试验样品，将所获取的探测数据作为试验原始数据。具体地，在以下两种环境中对该模拟月壤样品进行探测：
第一环境是野外探测环境，最好选择本底较低的环境，如周围空旷水面的船上。伽马射线谱仪与模拟月壤样品间的探测距离为10～20厘米，且模拟月壤样品需要铺设成半径为38.45～76.9厘米、厚度至少为5～10厘米的圆形探测区域。在该环境下的探测通过以下三个步骤来完成：伽马射线谱仪开机后观测1～3小时本底；对铺设好的模拟月壤样品后测量3～6小时的能谱；移走模拟月壤样品后，再测量1～3小时的本底，得到在第一环境下探测的试验原始数据。
第二环境是利用伽马射线谱仪探测中子活化后的模拟月壤样品。将模拟月壤样品放到核反应堆中，利用中子来激发模拟月壤样品中的元素释放γ射线，并测定所激发模拟月壤样品中元素的含量，待中子活化的模拟月壤样品冷却至少7天后进行探测，在该环境下的探测通过以下三个步骤来完成：伽马射线谱仪开机后观测1～3小时本底；测量3～6小时的中子活化后的模拟月壤样品；移走模拟月壤样品后，再测量1～3小时的本底，得到在模拟月壤样品被中子活化后这种情况下的试验原始数据。
步骤2：根据步骤1获取的试验原始数据分析出伽马射线谱仪从所述试验样品中探测的元素含量。具体地，对第一环境下获取的试验原始数据按照以下方式进行处理和分析：将测量模拟月壤样品前、后的本底测量能谱累计后，归一化为单位时间获取的能谱数据(如每秒的测量谱)，作为第一环境的本底测量能谱；将模拟月壤样品的测量能谱累计后，归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用所述本底测量能谱对模拟月壤样品的所述测量能谱数据进行第一环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出模拟月壤样品中各探测元素的含量。对第二环境下获取的试验原始数据按照以下方式进行处理和分析：将测量中子活化模拟月壤样品前、后的本底测量能谱累计后，归一化为单位时间获取的能谱数据(如每秒的测量谱)，作为第二环境的本底测量能谱；将中子活化模拟月壤样品的测量能谱累计后，归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用第二环境的所述本底测量能谱，对中子活化模拟月壤样品的所述测量能谱数据，进行第二环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出中子活化后模拟月壤样品中各探测元素的含量。
步骤3：利用步骤2所得元素含量情况与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力。在本发明中，利用上述在第一环境和第二环境下获得的探测元素含量结果，与第一环境的模拟月壤样品和中子活化后模拟月壤样品的实验室常规元素含量分析结果，即标准值，进行比较，并依据以下两个检测标准来检测伽马射线谱仪是否能有效进行元素探测。针对第一环境的检测标准是：当铀U、钾K、钍Th元素含量超过0.5ppm时，可以探测到三个元素的特征峰；当铀U、钾K、钍Th元素含量超过1ppm时，伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于15％。针对第二环境的检测标准是：在活化冷却至少7天后，能够探测到铁Fe、钪Sc、钴Co等元素，且伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于10％。当伽马射线谱仪在第一和第二环境下的探测结果都满足相应的检测标准时，认定被检测的伽马射线谱仪可以有效探测元素；否则，认定伽马射线谱仪无效。
图2示出了本发明用于检测伽马射线谱仪元素精确度的系统，该系统包括伽马射线谱仪，数据采集设备，数据分析设备、比较设备以及显示设备。
其中，伽马射线谱仪用于在预定的试验环境下探测试验样品，获得探测数据。其中探测试验样品可以是模拟月壤样品，也可以是地球环境或其他空间环境中的任意试验样品。在本发明中选择模拟月壤样品作为探测试验样品，将所获取的探测数据作为试验原始数据。具体地，在以下两种环境中对该模拟月壤样品进行探测：
第一环境是野外探测环境，最好选择本底较低的环境，如周围空旷水面的船上。伽马射线谱仪与模拟月壤样品间的探测距离为10～20厘米，且模拟月壤样品需要铺设成半径为38.45～76.9厘米、厚度至少为5～10厘米的圆形探测区域。在该环境下的探测通过以下三个步骤来完成：伽马射线谱仪开机后观测1～3小时本底；对铺设好的模拟月壤样品后测量3～6小时的能谱；移走模拟月壤样品后，再测量1～3小时的本底，得到在第一环境下探测的试验原始数据。
第二环境是利用伽马射线谱仪探测中子活化后的模拟月壤样品。将模拟月壤样品放到核反应堆中，利用中子来激发模拟月壤样品中的元素释放γ射线，并测定所激发模拟月壤样品中元素的含量，待中子活化的模拟月壤样品冷却7天后进行探测，在该环境下的探测通过以下三个步骤来完成：伽马射线谱仪开机后观测1～3小时本底；测量3～6小时的中子活化后的模拟月壤样品；移走模拟月壤样品后，再测量1～3小时的本底，得到在模拟月壤样品被中子活化后这种情况下的试验原始数据。
数据采集设备从伽马射线谱仪获取探测所得原始试验数据，将其转换为数据分析设备所能识别的格式传送给数据分析设备。
数据分析设备用于根据从数据采集设备获取的试验原始数据，分析得到在预定试验环境下各探测元素的含量。针对第一环境下获取的试验原始数据按照以下方式进行分析：将测量模拟月壤样品前、后的本底测量能谱累计后，归一化为单位时间获取的能谱数据(如每秒的测量谱)，作为第一环境的本底测量能谱；将模拟月壤样品的测量能谱累计后，归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用所述本底测量能谱对模拟月壤样品的所述测量能谱数据进行第一环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出模拟月壤样品中各探测元素的含量。针对第二环境下获取的试验原始数据按照以下方式进行分析：将测量中子活化模拟月壤样品前、后的本底测量能谱累计后，归一化为单位时间获取的能谱数据(如每秒的测量谱)，作为第二环境的本底测量能谱；将中子活化模拟月壤样品的测量能谱累计后，归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用第二环境的所述本底测量能谱，对中子活化模拟月壤样品的所述测量能谱数据，进行第二环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出中子活化后模拟月壤样品中各探测元素的含量。
比较设备用于根据数据分析设备分析所得元素含量与试验样品中元素含量的标准值按照一定的检验标准进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力。在本发明中，利用上述在第一环境和第二环境下获得的探测元素含量结果，与中子活化后模拟月壤样品的实验室常规元素含量分析结果，即标准值，进行比较，并依据以下两个检测标准来检测伽马射线谱仪是否能有效进行元素探测。针对第一环境的检测标准是：当铀、钾、钍元素含量超过0.5ppm时，可以探测到三个元素的特征峰；当铀、钾、钍元素含量超过1ppm时，伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于15％。针对第二环境的检测标准是：在活化冷却7天后，能够探测到铁、钪、钪等元素，且伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于10％。当伽马射线谱仪在第一和第二环境下的探测结果都满足相应的检测标准时，认定被检测的伽马射线谱仪可以有效探测元素；否则，认定伽马射线谱仪无效。
显示设备，用于对比较设备产生的比较结果进行显示。
利用本发明的方法和系统，对探测月球用伽马射线谱仪进行检测时，如果将检测条件具体设置为：第一环境中伽马射线谱仪与模拟月壤样品间的探测距离为10厘米，且模拟月壤样品需要铺设成半径为38.45厘米、厚度为5厘米的圆形探测区域。伽马射线谱仪开机后观测1小时本底；对铺设好的模拟月壤样品后测量3小时的能谱；移走模拟月壤样品后，再测量1小时的本底，得到在第一环境下探测的试验原始数据。第二环境待中子活化的模拟月壤样品冷却7天后进行探测，并且伽马射线谱仪开机后观测1小时本底，测量3小时的中子活化后的模拟月壤样品，移走模拟月壤样品后，再测量1小时的本底，得到在模拟月壤样品被中子活化后这种情况下的试验原始数据。在这样的检测环境下得到的具体数据如下表所示：
表1、伽马射线谱仪探测模拟月壤样品的分析结果
表2、伽马射线谱仪探测中子活化模拟月壤样品的分析结果
根据表1和表2的示出的分析结果，可确定该伽马射线谱仪具备元素探测能力，可以有效地探测元素含量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于检测伽马射线谱仪精确度的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：利用伽马射线谱仪在预定的试验环境下探测试验样品，获得探测数据；
步骤2：根据步骤1获取的探测数据分析出伽马射线谱仪从所述试验样品中探测的元素含量；
步骤3：利用步骤2所得元素含量与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力。
2.根据权利要求1所述的方法，所述预定的试验环境是第一环境和第二环境，第一环境是在本底较低的环境下探测模拟月壤样品，第二环境是中子活化后的模拟月壤样品探测环境。
3.根据权利要求2所述的方法，步骤2进一步包括对第一环境下获得的探测数据进行分析，该分析包括以下步骤：
对测量模拟月壤样品前、后的本底测量能谱进行累计，将累计结果归一化为单位时间获取的能谱数据，作为第一环境的本底测量能谱；
对模拟月壤样品的测量能谱进行累计，将累计结果归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；
利用所述本底测量能谱对模拟月壤样品的所述测量能谱数据进行第一环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；
利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出模拟月壤样品中各探测元素的含量。
4.根据权利要求2或3所述的方法，步骤2进一步包括对第二环境下获得的探测数据进行分析，该分析包括以下步骤：
对测量中子活化模拟月壤样品前、后的本底测量能谱进行累计，将累计结果归一化为单位时间获取的能谱数据，作为第二环境的本底测量能谱；
对中子活化模拟月壤样品的测量能谱进行累计，将累计结果归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；
利用第二环境的所述本底测量能谱，对中子活化模拟月壤样品的所述测量能谱数据，进行第二环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；
利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出中子活化后模拟月壤样品中各探测元素的含量。
5.根据权利要求4所述的方法，步骤3进一步包括：利用上述在第一环境和第二环境下探测所得元素含量，分别与第一环境试验样品的元素含量标准值和中子活化后模拟月壤样品的元素含量标准值进行比较，当符合检测标准时，认定伽马射线谱仪有效，否则认定伽马射线谱仪无效。
6.根据权利要求5所述的方法，所述检验标准包括第一检测标准和第二检测标准，其中第一检测标准为：在第一环境下，当铀U、钾K、钍Th元素含量超过第一预定值时，能够探测到三个元素的特征峰，当铀U、钾K、钍Th元素含量超过第二预定值时，伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于第一预定百分比；第二检测标准为：在第二环境下，在活化冷却预定时间后，能够探测到铁Fe、钪Sc、钴Co元素，且伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于第二预定百分比，其中第二预定值大于第一预定值；
当伽马射线谱仪同时满足上述两个检测标准时，认定被检测的伽马射线谱仪能够有效探测元素；否则，认定伽马射线谱仪无效。
7.一种用于检测伽马射线谱仪精确度的系统，该系统包括以下组成部分：
伽马射线谱仪，用于在预定的试验环境下探测试验样品，并获得探测数据；
数据采集设备，用于从伽马射线谱仪获取所述探测数据，将其转换为数据分析设备所能识别的格式传送给数据分析设备；
数据分析设备，用于根据从数据采集设备获取的数据，分析得到在预定试验环境下伽马射线谱仪探测到的元素的含量；
比较设备，用于根据数据分析设备分析所得元素含量与试验样品中元素含量的标准值进行比较，根据比较结果判断所述伽马射线谱仪是否具备元素探测能力；
显示设备，用于对比较设备产生的比较结果进行显示。
8.根据权利要求7所述的系统，所述预定的试验环境是第一环境和第二环境，第一环境是在本底较低的环境探测模拟月壤样品，第二环境是中子活化后的模拟月壤样品探测环境。
9.根据权利要求8所述的系统，数据分析设备对第一环境下获得的探测数据进行分析，该分析具体为：对测量模拟月壤样品前、后的本底测量能谱进行累计，将累计结果归一化为单位时间获取的能谱数据，作为第一环境的本底测量能谱；对模拟月壤样品的测量能谱进行累计，将累计结果归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用所述本底测量能谱对模拟月壤样品的所述测量能谱数据进行第一环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出模拟月壤样品中各探测元素的含量。
10.根据权利要求8或9所述的方法，数据分析设备对第二环境下获得的探测数据进行分析，该分析具体为：对测量中子活化模拟月壤样品前、后的本底测量能谱进行累计，将累计结果归一化为单位时间获取的能谱数据，作为第二环境的本底测量能谱；对中子活化模拟月壤样品的测量能谱进行累计，将累计结果归一化为与本底数据相同的单位时间获取的测量能谱数据；利用第二环境的所述本底测量能谱，对中子活化模拟月壤样品的所述测量能谱数据，进行第二环境本底的扣除，获得元素的伽马射线流量；利用伽马射线谱仪提供的元素定量方法，即各元素伽马射线流量与其含量间的关系，计算出中子活化后模拟月壤样品中各探测元素的含量。
11.根据权利要求10所述的系统，比较设备利用上述在第一环境和第二环境下探测所得元素含量，分别与第一环境试验样品的元素含量标准值和中子活化后模拟月壤样品的元素含量标准值进行比较，当符合检测标准时，认定伽马射线谱仪有效，否则认定伽马射线谱仪无效。
12.根据权利要求11所述的系统，所述检验标准包括第一检测标准和第二检测标准，其中第一检测标准为：在第一环境下，当铀U、钾K、钍Th元素含量超过第一预定值时，能够探测到三个元素的特征峰，当铀U、钾K、钍Th元素含量超过第二预定值时，伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于第一预定百分比；第二检测标准是：在第二环境下，在活化冷却预定时间后，能够探测到铁Fe、钪Sc、钴Co元素，且伽马射线谱仪元素含量探测结果与标准值偏差小于第二预定百分比，其中第二预定值大于第一预定值；
当伽马射线谱仪同时满足上述两个检测标准时，认定被检测的伽马射线谱仪能够有效探测元素；否则，认定伽马射线谱仪无效。
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