CN109765601B - 一种海水中放射性核素k40元素的计数率的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，包括以下步骤：对所寻找到的放射性核素K的峰，进行高斯拟合；然后遍历峰区间内的所有数据，对每个拟合后的数据进行累加，计算拟合峰区间内的面积；并比较原始数据中峰左右边界的二点和拟合后左右边界二点的数据值，选择最小值作为本底计算的边界值，计算本底面积；将得到的拟合峰区间的面积值减去本底面积，得到净拟合区间峰面积，最后将净拟合面积除以累积数据的时间，得到K40元素的计数率。本发明所公开的计算方法不受累积时间的限制，也不受海洋环境干扰的限制，以及能够自动屏蔽重叠峰带来的干扰，提高计算的准确度。

Description

一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法
技术领域
本发明涉及海水检测技术领域，特别涉及一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法。
背景技术
在海洋放射性物质综合测量过程中，如果存在相应的放射性物质，在所对应的能量区间会出现相应的峰。由于检测到放射性核素信号的峰会发生无规律的漂移、导致信号不平稳，放射性核素K40的计数率变化比较大。现有的海水放射性环境监测方法通常是以假定海水中待测放射性物质所对应的检测信号是平稳的或时不变的为前提，并不适用于复杂的海洋环境。
但是，实际的海洋现场检测环境是复杂多变的，干扰因素很多。在实际作业过程中发现，海洋环境的变化对海洋物质的测量存在干扰，其现象是检测到的电压信号的幅度会出现无规律的变化，很难快速准确判断出海水中放射性核素K40元素所对应真正的计数率。通常在放射性核素检测过程中，会出现很多的峰的波动，也有干扰数据引起的误差峰。因此，现场测量必须找到一种方法来检测海水中放射性核素K40元素的计数率。
基于以上原因，现有的用于海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，其检测不具有现场实时性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，以达到提高计算放射性核素K元素的效率和准确度的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，包括以下步骤：
(1)对所寻找到的放射性核素K40元素的峰，进行高斯拟合，得到高斯函数；
(2)遍历峰区间内的所有数据，对每个拟合后的数据进行累加，得到拟合峰区间的面积；
(3)选取本底的左边界数据值和右边界数据值，计算本底面积；
(4)将得到的拟合峰区间的面积减去本底面积，得到净拟合区间峰面积；
(5)最后将净拟合区间峰面积除以累积数据的时间，得到放射性核素K40元素的计数率。
上述方案中，所述步骤(1)中，高斯函数为：
Figure BDA0001919157770000021
其中，Ymax为最大峰的信号值，Xmax为最大峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值。
上述方案中，所述步骤(2)中，分别将峰区间内所有通道值Xi代入高斯函数公式，得到拟合后的数据值Yi，并将所有的Yi相加，得到拟合峰区间的面积。
上述方案中，所述步骤(3)中，对比原始数据的左边界的数据值和拟合后数据曲线左边界的数据值，取最小的作为本底的左边界数据值；对比原始数据的右边界的数据值和拟合后数据曲线右边界的数据值，取最小的作为本底的右边界数据值
上述方案中，所述步骤(3)中，本底面积等于梯形面积：
本底面积＝(本底的左边界数据值+本底的右边界数据值)×(右边界的通道-左边界的通道)/2。
通过上述技术方案，本发明提供的一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法通过对所寻找到的放射性核素K40元素的峰，进行高斯拟合，把一些干扰峰过滤掉，得到一条平滑的峰曲线，最后计算得到的K40元素的计数率准确度提高，具有实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法流程示意图；
图2为本发明实施例所公开的所有通道的能谱数据曲线；
图3为图2中K40峰部分放大的能谱数据曲线；
图4为拟合峰区间的面积和本底面积示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，如图1所示，具体流程如下：
S101、对所寻找到的放射性核素K40元素的峰，进行高斯拟合，得到高斯函数；
在本实施例中，所有通道的能谱数据曲线如图2，该数据曲线具有1024个通道，每个通道累积的时间为3个小时。图3所示放大显示峰的那一段数据，根据寻峰方法，找到放射性核素K40的峰的通道区间为890-934。
在本实施例中，为了真实稳定的计数率，对该范围内的数据曲线进行高斯拟合，目的得到真正数据值，并且该数据值是由于放射性核素K40所产生并在累积时间段完成的，而不是由于海洋环境变化等其他因素产生的干扰数据。
高斯函数为：
Figure BDA0001919157770000031
其中，Ymax为最大峰的信号值，Xmax为最大峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值。
根据此例的高斯拟合函数所拟合出来的各个系数如下：
s＝655.445698；Xmax＝912.964840；Ymax＝3157.212961；
因此，高斯函数如下：
Figure BDA0001919157770000032
S102、遍历峰区间内的所有数据，对每个拟合后的数据进行累加，得到拟合峰区间的面积；
在本实施例中，Xi分别为890，891，892，……，933，934，分别代入上述公式得到所对应的Yi。将Y890，Y891，Y892，……，Y933，Y934元素相加，得到放射性核素K峰的峰面积Stotal＝112535.867639。
S103、分别比较拟合曲线左右边界与原始数据左右边界的数据值，得到用于计算本底面积所用到梯形面积公式的上底和下底。
在本实施实例中，数据曲线的原始数据为y1，y2，……，y1024，共1024个通道，其中放射性核素K40峰区间的原始数据分别为y890，y891，y892，……，y933，y934。左边界为890通道，右边界为934通道。
本底面积计算所用到的左边界数据值为Y890和y890小的那个数据值，从图4中可以看出，在此例中890通道拟合后的数据值Y890小于890通道原始数据的数据值y890，所以使用890通道拟合后的数据值Y890，作为计算本底所用到的左边界数据值。
本实施例中，Y890＝1412.090147。
本底面积计算所用到的右边界数据值为Y934和y934小的那个数据值，从图4中可以看出，在此例中934通道拟合后的数据值Y934大于934通道原始数据的数据值y934，所以使用934通道原始数据的数据值y934，作为计算本底所用到的右边界数据值。
本实施例中，y934＝1548。
S104、左右二点最小的边界数据值相加再乘以左右边界的范围再除以2，作为本底的面积值。
本底面积为峰内部的小梯形面积，如图4中黑色线框显示区域，根据梯形面积公式：梯形面积S＝(上底+下底)*高/2；
在本实施实例中，上底和下底分别为左右边界的最小的数据值，使用890通道拟合后的数据值Y890，作为计算本底所用到的左边界数据值。高为放射性核素K40峰的左右边界之间的差，也就是934-890＝44；
本底面积Sbendi＝(Y890+y934)*(934-890)/2＝(1412.090147+1548)*(934-890)*0.5＝65121.983232。
S105、将得到的拟合峰区间的面积减去本底面积，得到净拟合区间峰面积。
拟合区间的峰面积为Stotal。本底面积为Sbendi。放射性核素K元素的净峰面积Sjing为拟合区间的峰面积-本底面积。Sjing＝Stotal-Sbendi＝112535.867639-65121.983232＝47413.884407。
S106、将净拟合区间峰面积除以累积数据的时间，单位为秒，得到放射性核素K40元素的计数率。
在本实施实例中，数据采集累积的时间为3小时，也就是3*60*60＝10800秒。放射性核素K元素的计数率为Sjing除以时间；Kcount＝Sjing/10800＝47413.884407/10800＝4.390174。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对所寻找到的放射性核素K40元素的峰，进行高斯拟合，得到高斯函数；
(2)遍历峰区间内的所有数据，对每个拟合后的数据进行累加，得到拟合峰区间的面积；
(3)选取本底的左边界数据值和右边界数据值，计算本底面积；
(4)将得到的拟合峰区间的面积减去本底面积，得到净拟合区间峰面积；
(5)最后将净拟合区间峰面积除以累积数据的时间，得到放射性核素K40元素的计数率；
所述步骤(1)中，高斯函数为：
Figure FDA0003790481170000011
其中，Ymax为最大峰的信号值，Xmax为最大峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值；
所述步骤(3)中，对比原始数据的左边界的数据值和拟合后数据曲线左边界的数据值，取最小的作为本底的左边界数据值；对比原始数据的右边界的数据值和拟合后数据曲线右边界的数据值，取最小的作为本底的右边界数据值。
2.根据权利要求1所述的一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中，分别将峰区间内所有通道值Xi代入高斯函数公式，得到拟合后的数据值Yi，并将所有的Yi相加，得到拟合峰区间的面积。
3.根据权利要求1所述的一种海水中放射性核素K40元素的计数率的计算方法，其特征在于，所述步骤(3)中，本底面积等于梯形面积：
本底面积＝(本底的左边界数据值+本底的右边界数据值)×(右边界的通道左边界的通道)/2。
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