CN110515115B - 一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法 - Google Patents

一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，包括如下步骤：使用蒙特卡罗模拟碘化钠在海水中无限好的能谱，得到全能峰峰面积计数率；理论无限好的能谱通过蒙卡在线展宽或离线展宽得到符合实际情况下的能谱；分别使用高斯函数拟合、高斯+线性基底拟合、直接求和扣除线性基底法对在线展宽或离线展宽的能谱求解峰面积。使用不同的分析方法对实际能谱的全能峰面积进行求解。这样不同方法求解的结果和不确定度，都可以与理论上无限好的能谱进行比较，从而完成各种峰分析方法的评估，使用基于蒙特卡罗模拟的能谱作为标准值，可以很好的评估不同的峰面积求解方法。

Description

一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法
技术领域
本发明涉及伽马谱仪、伽马能谱分析、就地测量、水中放射性监测领域，尤其是一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法。
背景技术
传统的伽马谱仪能谱分析中有很多峰面积求解方法，这些方法的优缺点或准确度，如果进行预先评估，有利于选择合理的方法进行实际应用。
通常伽马谱分析中，往往遇到峰面积求解方法的选择问题，到底选择哪一种方法才能保证结果准确，是每一个伽马谱分析人员遇到的问题。然而，目前并没有规范的方法用来评估伽马谱全能峰面积求解方法，各种不同的方法计算出来的结果存在一定偏差，具体某一种计算方法是否精准没有一套完整的评估方法进行评估，导致准确度无法确定。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用蒙特卡罗模拟碘化钠在海水中无限好的能谱，探测器晶体为3*3英寸的碘化钠晶体，反射层为0.5mm的氧化镁，外壳为2mm厚的铝材料，碘化钠晶体与光电倍增管之间为2mm的光学玻璃，由于希望模拟无限好的γ能谱，所以碘化钠探测器不加封装材料直接于海水中进行模拟，使用f8计数卡记录，得到全能峰峰面积计数率；
理论无限好的能谱通过蒙卡在线展宽或离线展宽得到符合实际情况下的能谱；
分别使用高斯函数拟合、高斯+线性基底拟合、直接求和扣除线性基底法对在线展宽或离线展宽的能谱求解峰面积。
上述的一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，使用高斯函数进行拟合，拟合出来中心峰位，如果拟合不出合理的结果，采用重心法来确定，一旦拟合出中心峰位，再考虑峰面积，根据公式：
Figure BDA0001668928390000021
拟合得出在线展宽或离线展宽的能谱峰面积，得出的峰面积值与蒙特卡罗模拟的能谱峰面积值进行比较，计算出偏差。
上述一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，高斯+线性基底拟合的具体公式为：
Figure BDA0001668928390000022
上述一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，直接求和扣除线性基底法的具体公式及方法为：
设该全能峰的左右边道分别为L、R，则该全能峰所占的道数为R-
L+1。将峰内各道计数相加，可以得到以L和R为边界的曲线下的面积A，以L和R为边界的曲线本底面积为B，则
Figure BDA0001668928390000023
式中y1和y2分别为能谱中左右边道L，R的计数，全能峰的净面积为N＝A-B。
本发明的有益效果为：主要使用不同的分析方法对实际能谱的全能峰面积进行求解。这样不同方法求解的结果和不确定度，都可以与理论上无限好的能谱进行比较，从而完成各种峰分析方法的评估，使用基于蒙特卡罗模拟的能谱作为标准值，可以很好的评估不同的峰面积求解方法。
附图说明
图1为本发明评估方法的原理示意图；
图2为本发明高斯函数拟合的数据图；
图3为本发明高斯+线性基底拟合的数据图；
图4为本发明高斯函数拟合与线性基底拟合对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，如图1，波峰较宽的为使用碘化钠探测器活度的伽马能谱，而另一个是理论上分辨率无限好的碘化钠沉积能谱。两者的差别在于是否进行了高斯展宽。
基于该原理，可以使用蒙特卡罗模拟理论上无限好的碘化钠能谱，这样就可以直接求得全能峰的峰面积计数率。而理论无限好的能谱又可以通过蒙卡在线展宽或离线展宽得到符合实际情况下的能谱；
实际谱分析峰面积求解过程中，主要使用不同的分析方法对实际能谱的全能峰面积进行求解。这样不同方法求解的结果和不确定度，都可以与理论上无限好的能谱进行比较。从而完成各种峰分析方法的评估；
具体操作如下：
如图1，使用蒙特卡罗模拟碘化钠在海水中无限好的能谱可以看出全能峰是一条没有宽度的竖线，该竖线道数对应于纵坐标的计数即为全能峰面积的总计数。最终模拟得到全能峰峰面积计数率为2.16e-4，模拟的无限好的能谱进行离线展宽(图1中的另一个能谱)，这样的能谱求解峰面积方法有很多，分别使用高斯函数拟合、高斯+线性基底拟合、直接求和扣除线性基底法进行了分析。
如图2所示，首先使用高斯函数进行拟合，很容易拟合出来中心峰位，倘若拟合不出合理的结果，也可以采用重心法来确定，一旦拟合出中心峰位，再考虑峰面积，根据公式
Figure BDA0001668928390000041
可以看出还要知道c的值，为了拟合自然需要合理的初值，方法是根据662的分辨率公式给出，拟合的结果为。结果为2.16e-4，与真值相等，相对偏差为0。
高斯+线性基底拟合的数据如图3所示，其拟合公式为：
Figure BDA0001668928390000042
通过结果可以明显看出高斯加线性基底拟合的效果远好于单独用高斯拟合的效果。
直接求和扣除线性基底计算方法为：设该全能峰的左右边道分别为L、R，则该全能峰所占的道数为R-L+1。将峰内各道计数相加，可以得到以L和R为边界的曲线下的面积A，以L和R为边界的曲线本底面积为B，则
Figure BDA0001668928390000043
式中y1和y2分别为能谱中左右边道L，R的计数，全能峰的净面积为N＝A-B。
计算结果为2.10e-4。相对标准偏差为-2.67％。
如图4，通过上述过程，可以看出使用基于蒙特卡罗模拟的能谱作为标准值，可以很好的评估不同的峰面积求解方法。
本发明主要使用不同的分析方法对实际能谱的全能峰面积进行求解。这样不同方法求解的结果和不确定度，都可以与理论上无限好的能谱进行比较，从而完成各种峰分析方法的评估，使用基于蒙特卡罗模拟的能谱作为标准值，可以很好的评估不同的峰面积求解方法。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、使用蒙特卡罗模拟碘化钠在海水中无限好的能谱，探测器晶体为3*3英寸的碘化钠晶体，反射层为0.5mm的氧化镁，外壳为2mm厚的铝材料，碘化钠晶体与光电倍增管之间为2mm的光学玻璃，由于希望模拟无限好的γ能谱，所以碘化钠探测器不加封装材料直接于海水中进行模拟，使用f8计数卡记录，得到全能峰峰面积计数率；
b、理论无限好的能谱通过蒙特卡罗在线展宽或离线展宽得到符合实际情况下的能谱；
c、分别使用高斯函数拟合、高斯+线性基底拟合、直接求和扣除线性基底法对在线展宽或离线展宽的能谱求解峰面积。
2.根据权利要求1所述的一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，其特征在于，使用高斯函数进行拟合，拟合出来中心峰位，如果拟合不出合理的结果，采用重心法来确定，一旦拟合出中心峰位，再考虑峰面积，根据公式：
Figure FDA0003831582690000011
其中，f(x)为能谱函数，代表每个道址对应的计数；
x代表能谱峰内道址；
σ代表标准偏差，为半峰高宽的1/2.355；
A为常数；
μ代表能谱峰的中心道址。
拟合得出在线展宽或离线展宽的能谱峰面积，得出的峰面积值与蒙特卡罗模拟的能谱峰面积值进行比较，计算出偏差。
3.根据权利要求2所述一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，其特征在于，高斯+线性基底拟合的具体公式为：
Figure FDA0003831582690000021
其中，f(i，b)为能谱函数，代表每个道址对应的计数；
i代表能谱峰内道址；
b和b4均代表能谱峰的中心道址。
b1代表能谱峰基底的水平高度；
b2代表能谱峰基底倾斜部分的斜率；
令b5＝σ，代表标准偏差，为半峰高宽的1/2.355；
Figure FDA0003831582690000022
4.根据权利要求3所述一种用于伽马谱峰面积求解的评估方法，其特征在于，直接求和扣除线性基底法的具体公式及方法为：
设该全能峰的左右边道分别为L、R，则该全能峰所占的道数为R-L+1，将峰内各道计数相加，可以得到以L和R为边界的曲线下的面积A，以L和R为边界的曲线本底面积为B，则
Figure FDA0003831582690000023
式中y1和y2分别为能谱中左右边道L，R的计数，全能峰的净面积为N＝A-B。
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PHOTOPEAK EFFICIENCY RESPONSE FUNCTION OF AN UNDERWATER GAMMA-RAY NaI(Tl) DETECTOR USING MCNP-X;William L. Salgado.et;《2015 International Nuclear Atlantic Conference 》;20151031;第1-13页 *
Radioactivity measurements in the aquatic environment using in-situand laboratory gamma-ray spectrometry;G. Eleftheriou.et;《Applied Radiation and Isotopes》;20131231;第268-278页 *
基于蒙特卡罗模拟和人工神经算法的伽马射线能谱数据处理技术;李飞;《中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》;20160415;第C030-2页 *
海水原位γ能谱快速检测方法初步研究;喻杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅰ辑)》;20180315;第B027-916页 *
海水就地γ能谱的MC模拟;汪栋等;《核电子学与探测技术》;20141231;第34卷(第09期);第1045-1050页 *
海水就地γ谱仪能谱温漂修正研究;方登富等;《核电子学与探测技术》;20170630;第37卷(第06期);第564-568页 *
辐射环境下HPGe-LaBr3双探测器系统的能谱修正算法研究;曹叶;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》;20170315;第C040-134页 *

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