CN110941007B - 核能谱的处理方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核能谱的处理方法和设备。该设备包括：探测器，核脉冲处理模块和核能谱处理模块；探测器，用于探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；核脉冲处理模块，用于将核脉冲信号成形为窄脉冲，并对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；核能谱处理模块，用于降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱。本发明实施例提供的核能谱的处理方法和设备，在优先保证脉冲通过能力的条件下，实现了高性能分辨核能谱。

Description

核能谱的处理方法和设备
技术领域
本发明涉及核能谱测量分析领域，尤其涉及一种核能谱的处理方法和设备。
背景技术
核辐射是指放射源或射线装置以波或粒子的形式发射出的带有一种或多种能量的射线，例如α射线、β射线、γ射线、X射线或中子等。由于核辐射在军事、工业、农业、医疗卫生、科研、环保、公共安全等多领域具有重大的应用，因此对能够体现核辐射的能量分布状况的核能谱的测量分析至关重要。
目前，影响核能谱的测量分析的关键技术指标包括相对能量分辨率和脉冲通过能力。其中，相对能量分辨率定义为全能峰半高宽(Full Width at Half Maximum，FWHM)与峰位能量的比值，它表征了探测器对不同能量射线的分辨能力。能量分辨率的值越小，测量的能量分辨性能越好，谱线越容易分辨，越有利于提高测量分析的准确性。脉冲通过能力(Pulse Throughput)反应核脉冲处理速度，它主要取决于能够正确处理的核脉冲最小时间间隔，与探测器输出的核脉冲形状密切相关。脉冲通过能力越高，越能在高辐射水平下进行核能谱测量。
现有的核能谱测量技术主要采用信噪比优先的核脉冲处理技术，脉冲通过能力较差。虽然部分核能谱测量分析技术采用了速度优先的能谱测量技术，但是没有解决能量分辨率劣化问题。目前在核能谱的处理中，代表精度的能量分辨率与代表速度的脉冲通过能力这两个关键技术指标相互制约，不能满足在高脉冲计数率下高性能测量分析核能谱。
发明内容
本发明实施例一种核能谱的处理方法和设备，在保证高性能能量分辨的条件下，提升了脉冲通过能力，实现了高脉冲计数率下高性能分辨核能谱。
根据本发明实施例的一方面，提供一种核能谱的处理设备，该设备包括：探测器，核脉冲处理模块和核能谱处理模块；
探测器，用于探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；
核脉冲处理模块，用于将核脉冲信号成形为窄脉冲，并对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；
核能谱处理模块，用于降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种核能谱的处理方法，该方法包括：
探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；
将核脉冲信号成形为窄脉冲，并对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；
降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱。
根据本发明实施例中的核能谱的处理方法和设备，首先探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；然后将核脉冲信号转化为窄脉冲，并对窄脉冲的幅度进行分析，以测量核能谱；最后降低核能谱的能量分辨率，在保证了脉冲通过能力的同时，提高能谱分析的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明一实施例提供的核能谱的处理设备的结构示意图；
图2示出本发明一实施例提供的核脉冲处理模块的结构示意图；
图3示出本发明一实施例提供的核能谱处理模块的结构示意图；
图4示出本发明一实施例提供的核能谱的处理方法的流程示意图；
图5示出本发明另一实施例提供的核能谱的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面首先结合附图对本发明实施例提供的核能谱的处理设备进行详细说明。
图1示出根据本发明实施例提供的核能谱的处理设备100的结构示意图。如图1所示，核能谱的处理设备100包括：探测器10，核脉冲处理模块20和核能谱处理模块30。
探测器10，用于探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号。探测器10可以是气体探测器、闪烁探测器或半导体探测器等。一个核辐射粒子入射到探测器10中时，通过相互作用，使探测器输出一个核脉冲信号，其幅度与探测器10吸收到的核辐射能量成正比。
核脉冲处理模块20，用于将探测器10输出的核脉冲信号成形为宽度远小于原宽度而幅度正比于原幅度的窄脉冲，并对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱。
核能谱处理模块30，用于降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱。
在本发明的实施例中，降低能量分辨率即是减小能量分辨率的数值，能量分辨率的数值越小，能量分辨性能越好，核能谱的谱线越容易分辨，越有利于提高对核能谱测量分析的准确性。换句话说，降低核能谱的能量分辨率也就是改善核能谱的能量分辨率，即改善核能谱的品质和改善核能谱的测量分析性能。
作为一个示例，核能谱的处理设备为闪烁伽马(γ)谱仪，核辐射为伽马射线，探测器包括闪烁晶体、光电转换器以及前置放大器。闪烁晶体可以为碘化钠NaI(Tl)闪烁晶体、碘化铯CsI(Tl)闪烁晶体、氯化镧LaCl3(Ce)闪烁晶体、溴化镧LaBr3(Ce)闪烁晶体或锂基钾冰晶石型闪烁晶体，如Cs2LiYCl6(Ce)、Cs2LiYBr6(Ce)、Cs2LiLaCl6(Ce)、Cs2LiLaBr6(Ce)等。光电转换器可以为光电倍增管(PMT)或硅光电倍增管(SiPM)等。前置放大器可以为电荷灵敏前置放大器、电压灵敏前置放大器或电流灵敏前置放大器。
在需要测量核能谱的应用场景下，核辐射将入射至探测器中的闪烁晶体。核辐射通过与闪烁晶体的相互作用沉积能量，沉积的能量被转化为对应的光信号。光电转换器接收闪烁晶体发出的光信号，并将光信号转换为电信号。前置放大器对光电转换器输出的电信号进行匹配调整和初步放大。其中，核辐射与探测器相互作用并沉积能量后，探测器将输出具有对应幅度的核脉冲信号。核脉冲信号的幅度与探测器吸收的能量成正比。
在本发明的实施例中，探测器10将输出的核脉冲信号发送至核脉冲处理模块20。图2示出本发明一实施例提供的核脉冲处理模块20结构示意图。如图2所示，核脉冲处理模块20包括核脉冲预处理单元201和核脉冲幅度分析单元202。
其中，核脉冲预处理单元201，用于利用预先建立的核脉冲响应模型，将探测器10输出的核脉冲信号处理成窄脉冲。核脉冲响应模型是根据预先获取的大量标准核辐射粒子入射探测器产生的核脉冲信号经拟合建立的函数模型。
其中，核脉冲幅度分析单元202，用于对窄脉冲的幅度大小进行分析，并记录具有相同幅度大小的窄脉冲信号的数目，以测量核能谱。
在本发明的实施例中，核辐射入射探测器并沉积单位能量的事件可等效为一个理想冲击函数，该理想冲击函数的脉冲宽度为0，幅度为能量沉积。也就是说，每个标准单能核辐射对应的冲击函数是每个标准单能核辐射的能量沉积所等效的函数。例如，核辐射入射的理想冲击函数可以利用下面的表达式进行表示：E·δ(t)，其中E为能量沉积，δ为狄拉克函数，t为时间。假定经拟合得到探测器输出核脉冲响应模型为服从时间常数为τ的单指数衰减函数：f(t)＝E·e-t/τ。经采样周期为Ts的模数转换器采样后，得到数字核脉冲信号
Figure BDA0001809730700000051
在核脉冲预处理单元201，采用
Figure BDA0001809730700000052
这样一个无限冲击响应数字滤波器(Infinite Impulse Response，IIR)对探测器输出的核脉冲信号进行处理，处理后得到的窄脉冲序列就是E·δ(n)。其中，Vi为输入序列，Vo为输出序列。
在本发明的实施例中，核脉冲预处理单元201将核脉冲信号还原成近似冲击函数的尖锐窄脉冲，使核脉冲信号的到达时间和沉积能量这两方面信息得以复原。由于脉冲宽度减小，核脉冲堆积概率降低，从而提高核脉冲的通过能力，确保了信号完整性。在本发明的实施例中，脉冲通过能力可高达10Mcps。
在本发明的实施例中，核脉冲幅度分析单元202与核脉冲预处理单元201相连接，用于对窄脉冲信号的幅度大小进行分析，并记录具有相同幅度大小的窄脉冲信号的数目，以测量核辐射的核能谱。
核脉冲幅度分析单元202通过将整个被测核脉冲幅度范围均匀地分成若干个区间，按照每个实际测量到的核脉冲幅度值以及上述区间，对核脉冲进行分类计数，在一定测量时间内累加落在每一幅度区间内的核脉冲个数，从而生成核能谱。
在本发明的实施例中，核脉冲处理模块20可以为模拟电路或数字电路。其中，数字电路包括数字信号处理器件。另外，核脉冲处理模块20也可以利用模拟电路和数字电路的结合实现对核脉冲信号的处理。
作为一个示例，用于数字核脉冲处理的数字信号处理器件，包括复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)或微处理器(Micro Processor Unit，MPU)。
在本发明的实施例中，核脉冲处理可以在线实时方式或离线非实时方式对采集的核脉冲信号进行处理，也可以利用多个核脉冲处理模块并联工作以提高核脉冲信号处理性能。
在本发明的实施例中，核能谱的处理设备还包括电源模块，用于为探测器10和核脉冲处理模块20提供工作所需的高低压电源。
在本发明的实施例中，核脉冲处理模块20与核能谱处理模块30通过数据接口连接，以将测量到的核能谱数据发送至核能谱处理模块30，以使核能谱处理模块30对该核能谱进行预处理，改善能量分辨率后再进行定量分析。
在本发明的实施例中，核能谱处理模块30，用于降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱，还用于定量分析降低能量分辨率后的核能谱，得到核辐射的特性信息。
在本发明的实施例中，核辐射的特性信息包括以下信息的至少一种：核辐射的能量、核辐射的强度、产生核辐射的放射性核素的种类、产生核辐射的放射性核素的活度。
在本发明的实施例中，核能谱处理模块30可以为嵌入式或独立的计算机系统。核能谱处理模块可以基于嵌入式处理器实现对核能谱的处理。其中，核能谱处理模块中的嵌入式微处理器可以为PXA270。当核脉冲处理模块20采用MPU作为数字信号处理器件时，MPU可以兼用作核能谱处理模块30的处理器。
图3示出本发明一实施例提供的核能谱处理模块的结构示意图。如图3所示，核能谱处理模块30包括能谱分析单元301，刻度单元302和测量控制单元303。
在本发明的实施例中，能谱分析单元301包括核能谱预处理子单元3011和定量分析子单元3012。其中，核能谱预处理子单元3011与核脉冲幅度分析单元202相连接，用于对测量的核能谱进行预处理，以降低核能谱的能量分辨率。
在本发明的实施例中，刻度单元302，用于对核能谱的处理设备进行系统刻度。
测量控制单元303，与核脉冲幅度分析单元202相连接，用于控制核能谱测量过程。
在本发明的实施例中，核能谱预处理子单元3011采用基于高斯函数的核能谱响应模型及直接解调(Direct Demodulation)计算方法降低核能谱能量分辨率。核能谱响应模型是根据多种已知能量单能核辐射粒子入射测量到的核能谱的特征峰拟合参数确定的高斯型函数模型。该核能谱响应模型需要从刻度单元302中获取。
在分析未知核能谱时，核能谱预处理子单元3011利用核能谱响应模型，将未知核能谱，通过直接解调等逆求解方法，改善未知核能谱的能量分辨率。
当核能谱预处理子单元3011改善了核能谱能量分辨率后，定量分析子单元3012进行定量分析，以得到放射性核素种类与活度等定量分析结果。
在本发明的实施例中，处理核能谱需要的特异性参数还包括能量刻度曲线和效率刻度曲线。定量分析子单元3012将结合能量刻度曲线和效率刻度曲线来对核能谱进行定量分析。
作为一个示例，当定量分析子单元3012获取待测核辐射的核能谱后，通过二阶差分法、对称零面积变换法等算法寻找特征峰峰位。根据能量刻度曲线将找到的特征峰峰位转换为特征峰能量。然后按能量在核素库中匹配最合适的特征峰，从而识别出待测核辐射信号中核素的种类。
本发明实施例提供的核能谱处理模块，通过利用核能谱响应模型改善能量分辨率，使特征峰半高宽降至低达6道以内，突破探测器和核脉冲处理模块对能量分辨率的限制，达到近似还原入射谱的分辨能力。并且，核能谱处理模块通过对核脉冲处理模块测量的核能谱进行预处理，保证了近距离重峰的峰位和峰面积的准确性。
本发明实施例提供的核能谱的处理设备，从整体上为一个信息处理系统，该系统的输入是服从理想分立能谱的核辐射，输出是实测谱。若系统设计以确保信息完整性为优先，核辐射的物理信息通过该系统后，利用足够精准的系统模型并设计适当的算法，可以从实测谱中还原出物理信息，从而彻底解除由探测器10、核脉冲处理模块20中的硬件对核能谱测量分析的物理约束。
本发明实施例提供的核能谱的处理设备具体划分为两级，即由探测器和核脉冲处理模块组成的能谱测量级，以及核能谱处理模块的能谱分析级，两级构成相互配合的级联关系。能谱测量级主要通过核脉冲处理模块还原核脉冲的信息，以实现高保真地获取和处理核脉冲，在高计数率情况下主要体现为尽可能快地通过核脉冲而尽可能避免舍弃有用信息。由速度优先带来的能量分辨率损失，连同探测器的固有分辨率限制，由能谱分析级中的核能谱处理模块，通过能谱分析弥补，实现核能谱信息的复原，从而较完美地解决了能谱测量分析过程中兼顾脉冲通过能力与能量分辨率的难题，极大地提高了能谱获取和解析能力。
在本发明的实施例中，核能谱的处理设备从信息复原的视角，通过对核脉冲的信息复原和核能谱的信息复原这两级处理，化解了脉冲通过能力和能量分辨率之间的矛盾，实现了高计数率下高性能分辨核能谱的应用需求。
本发明实施例提供的核能谱的处理设备，显著降低了对探测器、核脉冲处理模块和核能谱处理模块中的硬件配置要求，有利于用廉价的硬件配置获得优异的测量分析性能，而且硬件通用性强，有利于降低设计、生产与维护成本。并且，核脉冲处理模块和核能谱处理模块中的固件与软件均易于升级，可移植性和可扩展性好，支持用户二次开发。
在本发明的实施例中，核能谱的处理设备可以为应用于脉冲式工作的核能谱仪，该设备可以为以下设备中的任意一种：伽马能谱仪、中子活化瞬发伽马辐射分析仪、阿尔法能谱仪、X射线谱仪和中子谱仪等。
在本发明的实施例中，核能谱的处理设备中的探测器种类以及核脉冲处理模块中的测量参数和核能谱处理模块中的分析参数，可根据需要测量的核辐射信号的种类确定。
作为一个示例，核能谱的处理设备为基于闪烁探测器的γ能谱仪。探测器可以选用碘化钠NaI(Tl)闪烁晶体、碘化铯CsI(Tl)闪烁晶体或溴化镧LaBr3(Ce)闪烁晶体等闪烁探测器。光电转换器可以为光电倍增管或硅光电倍增管。γ射线入射闪烁晶体后，产生光脉冲信号，光脉冲信号进入光电倍增管或硅光电倍增管，产生电脉冲信号，然后经前置放大器输出至核脉冲处理模块。光电转换器及前置放大器所需的高低压电源由电源供电电路提供。
根据所用闪烁探测器的不同，在核能谱处理模块中设置核脉冲幅度分析单元的转换增益为512、1024、2048或4096，设置高压为探测器标称电压值。适当调整核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数，使得核能谱测量范围为0～1.5MeV、0～3MeV或实际应用所需的其它能量范围；并调整核脉冲处理模块中的成形参数使其输出为窄脉冲。
采用常用γ刻度源照射探测器以测量γ能谱，利用刻度单元完成能量刻度、能谱响应刻度和效率刻度。对未知放射源，在相同源距上测量核能谱，并通过核能谱处理模块分析能谱，可识别出放射性核素的种类并计算出放射性活度。
作为另一示例，核能谱的处理设备为基于半导体探测器的γ能谱仪。半导体探测器可以选用碲锌镉(CdZnTe)室温半导体探测器或高纯锗半导体探测器(HPGe)。γ射线入射半导体探测器后，通过电离效应产生电子-空穴对。在外加电场作用下，电子和空穴被电极收集形成核脉冲信号。经前置放大器成形并放大后输出至核脉冲处理模块。半导体探测器所需的高低压电源由电源供电电路提供。
根据所用半导体探测器的不同，在核能谱处理模块中设置核脉冲幅度分析单元的转换增益为2048、4096、8192或16384，设置高压为探测器标称电压值；适当调整核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数，使得能谱测量范围为0～1.5MeV、0～3MeV或实际应用所需的其它能量范围；调整核脉冲处理模块中的成形参数使其输出为窄脉冲。
采用常用γ刻度源测量γ能谱，利用刻度单元完成能量刻度、能谱响应刻度和效率刻度。对未知放射源，在相同源距上测量γ射线能谱，并通过核能谱处理模块分析能谱，可识别出放射性核素的种类并计算出放射性活度。
作为再一示例，核能谱的处理设备为α谱仪。探测器选用钝化注入平面硅探测器(Passivated Implanted Planar Silicon detector，PIPS)或金硅面垒探测器(Gold-Silicon Surface Barrier detector，GSSB)等，探测器所需的偏压由电源供电电路提供。
可在核能谱处理模块中设置核脉冲幅度分析单元的转换增益为512或1024；设置偏压为探测器标称电压值；适当调整核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数，使得核能谱测量范围为0～10MeV；并调整核脉冲处理模块中的成形参数使其输出为窄脉冲。
采用常用α刻度源测量α能谱，利用刻度单元完成能量刻度、能谱响应刻度和效率刻度。对未知放射源，在相同源距上测量核能谱，并通过核能谱处理模块分析能谱，可识别出放射性核素的种类并计算出放射性活度。
作为再一示例，核能谱的处理设备为X射线谱仪。探测器选用离子注入型Si-PIN探测器或硅漂移探测器(Silicon Drift Detector，SDD)等，探测器所需的偏压由电源供电电路提供。
对于Si-PIN探测器和SDD，可在核能谱处理模块中设置核脉冲幅度分析单元的转换增益为1024，设置偏压为探测器标称电压值；适当调整核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数，使得能谱测量范围为0～100keV；调整核脉冲处理模块中的成形参数使其输出为窄脉冲。
采用常用X射线刻度源测量X射线能谱，利用刻度单元完成能量刻度、能谱响应刻度和效率刻度。对相同规格的未知放射源，在相同源距上测量X射线能谱，并通过核能谱处理模块分析能谱，可分析入射X射线能量及其强度。
作为再一示例，核能谱的处理设备为中子谱仪。探测器可以选用氦3管(He-3)气体探测器或碘化锂(6LiI)闪烁探测器等中子谱探测器，探测器所需的电源由电源供电电路提供。
对于上述两种中子谱探测器，可在核能谱处理模块中设置核脉冲幅度分析单元的转换增益均为1024，设置偏压为探测器标称电压值；适当调整核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数，使得能谱测量范围为0～15MeV；调整核脉冲处理模块中的成形参数使其输出为窄脉冲。
采用常用中子刻度源测量中子能谱，利用刻度单元完成能量刻度、能谱响应刻度和效率刻度。对未知放射源，在相同源距上测量中子能谱，并通过核能谱处理模块分析能谱，可分析入射中子能量及其强度。
在本发明的实施例中，对于探测器种类的选择、核脉冲幅度分析单元的转换增益、核脉冲预处理单元中幅度调整电路的放大倍数、核脉冲处理模块中对核脉冲的成形参数以及能谱的测量范围，可根据需要测量的核辐射种类以及所采用的核辐射探测器进行适应性调整，本发明实施例不做具体限制。
本发明实施例提供的核能谱的处理设备，应用广泛，可实现对多种不同核辐射的核能谱的测量分析。
基于上述过程，本发明实施例提供的核能谱的处理方法，可以归纳为如图4示出的步骤。图4示出根据本发明实施例提供的核能谱的处理方法400的流程示意图。如图4所示，本发明实施例中的核能谱的处理方法包括以下步骤：
S410，探测核辐射，并将核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号。
S420，将核脉冲信号成形为窄脉冲，并对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱。
S430，降低核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱。
在本发明的一些实施例中，如图5所示，核能谱的处理方法还包括以下步骤：
S440，定量分析降低能量分辨率后的核能谱，得到核辐射的特性信息；
其中，核辐射的特性信息包括以下信息的至少一种：
核辐射的能量、核辐射的强度、产生核辐射的放射性核素的种类、产生核辐射的放射性核素的活度。
在本发明的实施例中，S420包括以下步骤：
利用预先建立的核脉冲响应模型，将核脉冲信号成形为窄脉冲；
对窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；
核脉冲响应模型是根据预先获取的标准核辐射粒子所对应的核脉冲信号拟合建立的函数模型。
在本发明的实施例中，S430包括以下步骤：
利用预先建立的核能谱响应模型，降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的核能谱；
核能谱响应模型是根据多种已知能量的单能核辐射粒子对应的核能谱的特征建立的模型。
在本发明的实施例中，所述核辐射为以下核辐射中的任意一种：伽马射线、中子活化瞬发伽马射线、X射线、阿尔法射线或中子。
根据本发明实施例提供的核能谱的处理方法，在能谱测量环节以速度为优先，通过将核脉冲信号转换为窄脉冲，以确保信号完整性和稳定性，而在能谱分析环节通过降低核能谱的能量分辨率，从而实现高速、超分辨能谱测量分析。
根据本发明实施例的核能谱的处理方法的其他细节与以上结合图1至图3描述的根据本发明实施例的核能谱的处理设备类似，在此不再赘述。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种核能谱的处理设备，其特征在于，所述设备包括：探测器，核脉冲处理模块和核能谱处理模块；
所述探测器，用于探测核辐射，并将所述核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；
所述核脉冲处理模块，用于将所述核脉冲信号成形为窄脉冲，并对所述窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；
所述核能谱处理模块，用于降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的所述核能谱；
其中，所述核脉冲处理模块包括核脉冲预处理单元和核脉冲幅度分析单元，所述核脉冲预处理单元用于利用预先建立的核脉冲响应模型，将所述核脉冲信号成形为窄脉冲，其中，所述核脉冲响应模型是根据预先获取的标准核辐射粒子入射探测器，所述标准核辐射粒子与所述探测器相互作用产生的核脉冲信号经拟合建立的函数模型；
所述核脉冲幅度分析单元，用于根据所述窄脉冲的幅度大小和所述窄脉冲的数量，生成所述核能谱；
所述核能谱处理模块，具体用于利用预先建立的核能谱响应模型，降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的所述核能谱；
所述核能谱响应模型是根据多种已知能量的单能核辐射粒子对应的核能谱的特征建立的模型。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述核能谱处理模块，还用于定量分析所述降低能量分辨率后的所述核能谱，得到所述核辐射的特性信息；
其中，所述核辐射的特性信息包括以下信息的至少一种：
所述核辐射的能量、所述核辐射的强度、产生所述核辐射的放射性核素的种类、产生所述核辐射的放射性核素的活度。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述核脉冲处理模块包括模拟电路和/或数字电路，所述数字电路包括数字信号处理器件。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述数字信号处理器件为复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP或微处理器MPU。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备为以下设备中的任意一种：伽马能谱仪、中子活化瞬发伽马辐射分析仪、阿尔法能谱仪、X射线谱仪和中子谱仪。
6.一种核能谱的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
探测核辐射，并将所述核辐射转化为具有对应幅度的核脉冲信号；
将所述核脉冲信号成形为窄脉冲，并对所述窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱；
降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的所述核能谱；
其中，所述将所述核脉冲信号成形为窄脉冲，并对所述窄脉冲进行幅度分析，生成核能谱，包括：
利用预先建立的核脉冲响应模型，将所述核脉冲信号成形为窄脉冲，其中，所述核脉冲响应模型是根据预先获取的标准核辐射粒子入射探测器，所述标准核辐射粒子与所述探测器相互作用产生的核脉冲信号经拟合建立的函数模型；
根据所述窄脉冲的幅度大小和所述窄脉冲的数量，生成所述核能谱；
所述降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的所述核能谱，包括：
利用预先建立的核能谱响应模型，降低所述核能谱的能量分辨率，得到降低能量分辨率后的所述核能谱；
所述核能谱响应模型是根据多种已知能量的单能核辐射粒子对应的核能谱的特征建立的模型。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
定量分析所述降低能量分辨率后的所述核能谱，得到所述核辐射的特性信息；
其中，所述核辐射的特性信息包括以下信息的至少一种：
所述核辐射的能量、所述核辐射的强度、产生所述核辐射的放射性核素的种类、产生所述核辐射的放射性核素的活度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述核辐射为以下核辐射中的任意一种：伽马射线、中子活化瞬发伽马射线、X射线、阿尔法射线或中子。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111538067B (zh) * 2020-05-06 2022-09-06 东华理工大学 一种数字化核脉冲直线成形方法
CN111722266B (zh) * 2020-06-16 2023-06-09 中国石油大学(华东) 一种用于氯化镧探测器测量本底扣除的方法
CN112526580B (zh) * 2020-11-26 2022-12-16 苏州大学 空间辐射探测装置及方法
CN112596097B (zh) * 2020-12-11 2022-10-28 成都理工大学 一种基于权冲激函数的核信号前端处理系统
CN113219512A (zh) * 2021-04-23 2021-08-06 沈阳工程学院 一种核信号数字符合测量方法
CN113628521B (zh) * 2021-07-12 2023-03-10 成都理工大学 基于纳秒光源的核探测模拟装置及核信号反演技术
FR3131642A1 (fr) * 2021-12-30 2023-07-07 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Procédé de traitement d’un spectre d’un rayonnement X ou gamma
CN114464060B (zh) * 2022-03-03 2023-06-16 中国石油大学(华东) 一种射线吸收虚拟仿真实验系统及方法
CN115327605B (zh) * 2022-10-17 2023-02-03 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 基于天然特征峰的海水伽马能谱温度漂移周期性校正方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59122987A (ja) 1982-12-29 1984-07-16 Shimadzu Corp 放射線パルス測定回路
US6822506B2 (en) * 2003-04-17 2004-11-23 Concorde Microsystems, Inc. Amplitude and rise-time sensitive timing-shaping filters with built-in pulse-tail cancellation for high count-rate operation
JP5024598B2 (ja) * 2006-10-30 2012-09-12 横河電機株式会社 マルチチャネルアナライザ
JP2012508379A (ja) 2008-11-04 2012-04-05 サーモ ニトン アナライザーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー Ｘ線検出器のシェーピング時間の動的変更
CN101799554A (zh) * 2010-04-14 2010-08-11 成都理工大学 数字式对数γ能谱仪
CN102455430A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 成都理工大学 一种核脉冲信号的数字化成形方法
US8946648B2 (en) * 2012-01-19 2015-02-03 Princeton Gamma-Tech Instruments Llc Dual range digital nuclear spectrometer
US8809793B2 (en) * 2012-01-27 2014-08-19 General Electric Company System and method for pixelated detector calibration
CN103424766B (zh) * 2013-03-19 2016-04-20 中国人民解放军第二炮兵工程大学 一种基于模式识别的核素快速识别方法
CN103412319A (zh) * 2013-08-19 2013-11-27 中国科学院高能物理研究所 基于脉冲宽度谱的探测器信号处理方法和装置
CN103605148B (zh) * 2013-10-28 2016-08-24 西北核技术研究所 一种高计数率下的伽马能谱测量方法
CN204331044U (zh) 2015-01-07 2015-05-13 核工业航测遥感中心 航空伽玛能谱仪
CN104749603A (zh) 2015-03-14 2015-07-01 华北电力大学（保定） 一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法
US9869791B2 (en) * 2015-06-17 2018-01-16 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Measurement of downhole radiation
CN106772540A (zh) 2016-11-29 2017-05-31 华中科技大学 一种j‑text托卡马克装置的硬x射线通量检测系统
CN109142403B (zh) * 2018-10-16 2020-01-21 西安交通大学 一种用于地球元素测井仪解谱获取元素产额的方法

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