CN113791441B - 一种采用能谱法实现低能x射线能量补偿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，基于便携式γ能谱仪的能谱测量，通过测量探测器输出的脉冲幅度，(幅度信息代表射线能量)，在低能X射线辐射场下，通过数字多道能谱法获取能谱数据；根据不同能量的低能X射线能谱峰值的不同，进行能量补偿，尤其适用于便携式γ能谱仪仪表中。发明提供的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，可以提高探测器对低能X射线测量结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及放射性测量技术领域，尤其涉及一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法
背景技术
在核辐射探测仪器的研发中，探测器的能量响应问题一直是影响测量精确度的重要影响因素之一。便携式γ能谱仪能探测、定位和量化放射性材料，可应用于核电站污染测量、核设施退役、放射性实验室测量、医院放射性场所、放射性计量站、高校和科研单位放射性实验室等。便携式γ能谱仪在采用LaBr3探测器作为探测单元时，在50keV～1.25MeV能量范围内，探测器能量响应不一致，尤其在低能附近(小于200keV)响应值偏大，由于探测器能量响应不一样，在测量中会影响测量结果的准确性，所以对探测器进行能量补偿显得尤为重要。常用的能量补偿方法是物理补偿，即在封装好的Labr3(Ce)闪烁体的前端面与侧面加上适当厚度的能量补偿层，但是传统的能量补偿材料相关参数可以通过数值计算或蒙特卡洛模拟实现，能量补偿方法的核心是设计出与Labr3探测器能量响应互补的材料组合，达到抵消Labr3探测器在低能响应偏大的目的。但是，该方法的难点是不易生产出批量满足条件的补偿材料，同时测量误差相对较大。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，提供一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，从而提高探测器对低能X射线测量结果的准确性。
为实现本发明目的而提供的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，包括有如下步骤：
步骤一：通过LaBr3探测器识别确定低能X射线的特征峰，根据不同低能X射线的特征峰，设定对应的能量补偿因子，能量补偿因子以137Cs源662keV为标准对计数率进行归一；
步骤二：结合标准辐射场的能量特征值，利用标准辐射场刻度出每个能量段条件下的剂量当量标准值，每个所述能量段具体为：48keV、60keV、87keV、149keV、211keV的低能X射线和662keV以及1173keV的γ射线共七个能量段，并求得探测器在各能量段条件下的计数-剂量当量的转换因子；
步骤三：计数-剂量当量的转换因子与测量过程中的计数率相乘等到该时刻下的剂量当量测量值，根据剂量当量标准值归一至137Cs源662keV处的参考值，完成能量相应的修正；
步骤四：在每组能量点下，剂量当量测量值与剂量当量标准值的比值除以137Cs源662keV处能量点下的剂量当量测量值与剂量当量标准值的比值，得到每组能量点下参考137Cs源662keV处的能量响应值，把不同能量点下的能量响应值代入对应的能量段，即可实现能量补偿。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤一中的LaBr3探测器所述LaBr3探测器为便携式γ能谱仪的前端探测部分，LaBr3探测器由1.5英寸的LaBr3晶体、光电倍增管PMT组成探测单元，便携式γ能谱仪通过专用的管座及分压组件连接到数字多道上，核心板通过高速的USB接口与数字多道进行通讯，完成能谱数据处理、传输，并且核心板以TTL串口的形式输入到微控制单元MCU处理器上，最终微控制单元MCU实现低能X射线能量补偿算法。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤二中的计数-剂量当量的转换因子具体求解如下：在剂量率都为30uSv/h的辐射场环境下，通过数字多道分别采集每个能量段下的净计数，这样净计数除以剂量率即可求出计数-剂量当量的转换因子。
与现有技术相比，本发明提供的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，基于便携式γ能谱仪的能谱测量，通过测量探测器输出的脉冲幅度，(幅度信息代表射线能量)，在低能X射线辐射场下，通过数字多道能谱法获取能谱数据；根据不同能量的低能X射线能谱峰值的不同，进行能量补偿，尤其适用于便携式γ能谱仪仪表中。
本发明中采用的LaBr3探测器分辨率优于3.5％，能很好的识别30keV～200keV能量区间的能谱信息；其中，分压组件提供了光电倍增管PMT的各级供电电压；其中，数字多道包括模拟部分和数字处理两部分，模拟部分主要实现信号前置放大和成形放大，数字处理部分采用FPGA实现模数转换、数字信号处理、能谱谱数据传输等功能；其中，核心板采用NanoPi NEOCore实现能谱谱数据的采集、能谱稳峰、辐射场特征能量识别等功能。本发明提供的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，可以提高探测器对低能X射线测量结果的准确性。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的没有修正前探测器的相对能量响应曲线图；
图3为本发明的修正后的能量响应曲线；
图4为本发明在137Cs源下，30uSv/h辐射场的能谱测试图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，通过如下步骤实现：
1.首先通过便携式γ能谱仪获取环境本底下的能谱图，通过识别环境本底，通过内置软件算法(通过奥泰克GammaVision谱分析软件内置的奥泰克识谱软件算法)自动调节多道增益，实现能谱稳峰。分别采用特征能量为48keV、60keV、87keV、149keV、211keV的低能X射线和662keV以及1173keV的γ射线的标准辐射场，获取各自能谱图，通过LaBr3探测器高分辨率的特性，分别找出七种标准辐射场下的特征峰。根据特征峰信息可以把能谱数据的低能区分成若干段，每一区间对应一个能量补偿因子。
2.再结合标准辐射场的能量特征值，利用标准辐射场刻度出每个能量段条件下的剂量当量标准值，求得探测器在各能量段条件下的计数-剂量当量的转换因子；
3.然后，通过计数-剂量当量的转换因子与测量过程中的计数率相乘得到该时刻下的剂量当量测量值，以137Cs源662keV为标准对不同的辐射剂量进行归一，采用137Cs源662keV进行能量响应实验，辐射场为30uSv/h，在此辐射下，可以得出137Cs源662keV能谱下的计数率X，以此作为基准。针对五种低能X射性以及1173keV的γ射线，选择在相同的30uSv/h辐射场下，得出各自的计数率X1、X2、X3、X4、X5，X6，这样可得到低能段的能量补偿因子K1＝X1/X、K2＝X2/X、K3＝X3/X、K4＝X4/X、K5＝X5/X。
4.根据上述步骤得到的不同能量段的区间，把能量补偿因子带入各自对应的能量段对应的计数率，完成不同能量下计数率的修正。
5.在标准的辐射场下，针对修正后的计数率进行剂量率的刻度，得出计数率与剂量率的关系。
如图2所示，根据LaBr3探测器的相对能量响应，在低能X/γ射线的相对响应较高，一般为4～9倍，远超国标要求。本发明采用能谱法完成低能X射线能量修正，实现在50keV～1.25MeV能量范围内的准确测量。
如图3所示，通过能量补偿过的LaBr3探测器，对比没有补偿的LaBr3探测器，能量响应有了很大的提高，满足国标要求。
在国防科技工业电离辐射一级计量站，对采用能谱法进行低能X射线能量补偿的便携式γ能谱仪进行试验验证。具体数据如下表，可以看出通过能谱法实现了低能X射线的能量补偿，能量响应在±15％左右。
如图4为本发明在137Cs源下，30uSv/h辐射场的能谱测试图。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，其特征在于：包括有如下步骤：
步骤一：通过LaBr3探测器识别确定低能X射线的特征峰，根据不同低能X射线的特征峰，设定对应的能量补偿因子，能量补偿因子以137Cs源662keV为标准对计数率进行归一；
步骤二：结合标准辐射场的能量特征值，利用标准辐射场刻度出每个能量段条件下的剂量当量标准值，每个所述能量段具体为：48keV、60keV、87keV、149keV、211keV的低能X射线和662keV以及1173keV的γ射线共七个能量段，并求得探测器在各能量段条件下的计数-剂量当量的转换因子；
步骤三：计数-剂量当量的转换因子与测量过程中的计数率相乘等到该时刻下的剂量当量测量值，根据剂量当量标准值归一至137Cs源662keV处的参考值，完成能量相应的修正；
步骤四：在每组能量点下，剂量当量测量值与剂量当量标准值的比值除以137Cs源662keV处能量点下的剂量当量测量值与剂量当量标准值的比值，得到每组能量点下参考137Cs源662keV处的能量响应值，把不同能量点下的能量响应值代入对应的能量段，即可实现能量补偿。
2.根据权利要求1所述的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，其特征在于：所述步骤一中的LaBr3探测器所述LaBr3探测器为便携式γ能谱仪的前端探测部分，LaBr3探测器由1.5英寸的LaBr3晶体、光电倍增管PMT组成探测单元，便携式γ能谱仪通过专用的管座及分压组件连接到数字多道上，核心板通过高速的USB接口与数字多道进行通讯，完成能谱数据处理、传输，并且核心板以TTL串口的形式输入到微控制单元MCU处理器上，最终微控制单元MCU实现低能X射线能量补偿算法。
3.根据权利要求1所述的一种采用能谱法实现低能X射线能量补偿的方法，其特征在于：所述步骤二中的计数-剂量当量的转换因子具体求解如下：在剂量率都为30uSv/h的辐射场环境下，通过数字多道分别采集每个能量段下的净计数，这样净计数除以剂量率即可求出计数-剂量当量的转换因子。
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| MC模拟环境级X/γ测量仪能量补偿;张艳婷等;《核电子学与探测技术》;全文 * |
| 用于校准剂量(率)仪的低能X光子能谱测量技术;刘巧凤;魏可新;张春明;宋明哲;丁亚东;;核电子学与探测技术(11);全文 * |
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