低本底γ能谱研究软件之研发

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1、低本底γ能谱研究软件之研发第1章引言1.1选题依据及研究意义在核反应和核衰变中常伴随γ射线的发射，γ射线能量是放射性核素的重要特征参数，通过测定放射性核素能量及照射量率，可以对核素做出定性鉴定和定量分析。在核物理实验中，常通过γ能谱分析来分析物质的成分或计算其他一些重要参数。γ能谱分析技术是快速、准确、非破坏性地确定待测样品中各种具有γ辐射的放射性核素的性质的重要手段，是一种比较直观的仪器分析方法。γ能谱分析技术包括&gamm

2、a;能谱测量、数据收集和谱分析技术三个部分。前者主要是样品制备和测量方法，后者主要为数据获取和分析技术[9]。γ谱分析技术的应用十分广泛，在核物理研究、原子能利用、核防护、环境放射性分析等方面发挥了巨大作用。γ谱分析技术分析技术也得到了很大发展。根据各种分析目的的需要，出现各种γ谱分析技术。它们针对各自的测量目的，有的采用多参数测量，有的采用多路测量。尽管各种γ谱分析技术有不同的目的，测量系统、实际性能也不一样，但作为γ谱分析技术的一部分

3、:数据获取和谱分析技术，它们有相同的理论基础，相似的解决技术，都面临一些类似的问题。随着计算机的发展，γ谱数据获取硬件与计算机通信的驱动程序需要改进、升级，以适用于各种操作系统，同时能处理多路、多道通信。γ谱数据获取过程中要进行人、机交互，需要开发操作简单、功能齐全、界面友好的数据获取380溴化镧探测器，并与传统的NaI(Tl)探测器的各方面性能做了一个对比。1.2能谱测量分析方法和软件的研究现状对测量所获得的能谱数据，需要对其进行相应的能谱分析。能谱分析分为两种：定性分析

4、和定量分析。定性分析的目的是能够确定各种射线的能量，以此来确定为哪种核素；定量分析的目的则是分析射线所产生的信号，从而确定该核素的活度或该元素的含量。定量分析要求在探测器所处的不同条件下，如物理指标、测量条件、谱数据的涨落、系统的计数率等，能够得出可靠的分析结果，这是分析伽玛能谱的核心部分。定量分析方法的数据处理包括谱线平滑、寻峰、计算峰面积和谱线的分解等。在平滑方面，核衰变和测量的统计性会导致测得的谱线具有比较明显的统计涨落，在其影响下，想要可靠地定性和定量的分析伽玛能谱，就必须光滑原始谱。常用

5、的传统的平滑方法有：重心法、傅立叶变换法、多项式拟合移动平均法、离散函数卷积滑动变换法等。在对整个谱线进行平滑时，如果无法调整平滑力度，会导致谱线畸变，还有可能引起弱峰的丢失或假峰的出现，同时会因为计算净峰面积的误差加大致使能量分辨率变坏[10]。目前，国际数据中心(IDC)和各国NDC使用的能谱分析软件有IDC放射性核素监测数据处理系统，Shaman专家系统和Aatami(Advancedanalysistoolfortheassessmentofmonitoringinformation)谱分

6、析软件。其中，IDC的放射性核素处理系统软件是由美国空军技术应用中心研制开发的，其谱数据处理核心为美国Canberra核仪器公司的Genie-UNIXGamma谱分析软件；Shaman专家系统是由芬兰赫尔辛基大学研制的HPGeGamma能谱分析软件；Aatami软件是PTS组织开发的一个针对放射性核素监测的HPGeGamma能谱数据分析和评估工具。IDC放射性核素数据处理系统软件和Aatami谱软件软件已在我国禁核试国家数据中心(NDC)数据处理平台上安装、运行及应用[35]。第2章伽玛能谱测量的

7、理论基础在自然界中，某些核素具有放射性，会发生核衰变，即其原子核能自发地从一个核素的原子核变成另一个核素的原子核，同时放出射线。放射性核素能发生α衰变和β衰变，形成的子核往往处于不稳定的激发态。当其原子核由激发态跃迁到较低能态时，常常会放射出不同能量级的伽玛射线[14]。2.1天然γ射线的在天然放射性元素中，γ射线是伴随着原子核进行α衰变或β衰变后，发生γ跃迁时辐射出来的一种波长极短的且具有很强穿透能力的电磁波。&ga

8、mma;射线具有波、粒二象性，因而也把γ射线称为光子。处于不同能级激发态的放射性核素进行γ跃迁时，往往辐射出不同能量的γ光子。天然放射性核素辐射出的γ光子的能量一般在几十keV到几MeV的范围内。在自然界中，地面的γ射线主要来自自然界中的三个天然放射性系列，即铀（U）系列，钍（Th）系列和锕铀（AcU）系列，以及长寿独立放射性核素，如钾（40K），铷（87Ro）等。其中，铀系（衰变纲图如图2-1所示）的主要γ辐