《核数据处理课程设计报告正式稿18页》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核数据处理课程设计报告正式稿18页（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、核数据处理课程设计报告 核数据处理课程设计题 目：能谱谱数据分解方法研究 英文题目： Spectroscopy spectral data Decomposition Method学 院：核工程与地球物理学院学生姓名：刘 煜 锴专业年级：核工程与核技术0 9级学 号：0 9 0 2 1 1 3 5指导教师：吴 和 喜 老 师二零一二年六月能谱谱数据分解方法研究摘要由多道脉冲分析器获取的谱数据需要以一定的数学方法进行处理才能得到实验要求的最终结果。能谱的数据处理大致可以分为两个步骤。首先进行峰分析，即由能谱数据中找到全部有意义的峰，并计算出扣除本底之后每个峰的净面积。第二步是放射性核素的活度或样
2、品中元素浓度的计算，即由峰位所对应的能量识别出被测样品中含有哪些放射性核素或被激发的元素，并且由峰的净面积计算出放射性核素的活度或元素在样品中的浓度。采用不同的物理实验方法，使用不同的探测器时，能谱的数据处理方法也有所不同。在本课程设计报告中采用能谱数据处理中经常用到的峰分析方法，包括谱数据的平滑处理，本底扣除、寻峰、峰净面积计算和函数拟合法解谱。然后，以谱分析为例，讨论基于计算机的多道脉冲分析系统中的谱在matlab软件平台的数据分解。关键词：能谱，解谱，平滑处理，寻峰寻峰 Spectroscopy spectral data Decomposition MethodAbstract Spe
3、ctral data obtained by multi-channel pulse analyzer need to be the end result of certain mathematical methods to deal with to get the experimental requirements. The energy spectrum of data processing can be divided into two steps. First peak analysis, all the significant peaks from the spectral data
4、, and calculate the net area of each peak after deducting the background. The second step is Radionuclides or the calculation of element concentrations in the samples, energy identified by the peak position corresponding to the tested samples containing radionuclides or excited elements and calculat
5、e the net area of the peak radionuclides or elements in the sample concentration.Different physical experiments, using a different detector, the energy spectrum of data processing methods are different. This course is designed report using the peak analysis method often used in the spectral data pro
6、cessing, including spectral data smoothing, background subtraction, peak search, peak net area calculations and functions fitting solution spectrum. Then, spectral analysis, for example, the discussion of the data decomposition in matlab software platform based on the spectrum in the multi-channel a
7、nalyzer computer.Key Words：Spectroscopy, deconvolution, smoothing, peak searching to find the peak目录目录41前言51.1 能谱分析的目的、意义51.2 能谱分析的主要难题51.3 能谱解谱的研究简介61.4 本次课程设计能谱分析的研究内容62 谱数据的平滑82.1 重心法82.2 多项式最小二乘移动平滑法82.3傅里叶变换法92.4 小波变换法103 峰位与峰区的确定104 峰面积方法简述115 峰相关参数简介126 能量刻度137 程序的测试147.1实验结果147.2数据分析177.3说明1
8、78 心得体会181前言1.1 能谱分析的目的、意义 随着社会的发展，人民生活水平的提高，核能应用，环境辐射污染等方面越来越引起人们的重视，因此核辐射监测技术在经济发展，国防建设等方面起着越来越重要的作用，人们更加关注放射性污染对人体所造成的危害。 能谱测量作为一种重要的核地球物理方法，是解决地球科学、环境科学等有关问题的主要手段之一。能谱仪作为核辐射测量中最常用的数据采集，分析仪器，其通过对射线能量的测量可识别发射射线源的核素种类，对辐射强度测量能够获得本射线的核素含量或活度，及辐射总量。能谱仪常被用十家居及环境的辐射监测，铀矿勘探，地质填图，油气勘测，寻找各种金属和非金属矿产，食品卫生检验
9、等多个领域，因此能谱测量技术、分析技术有着广阔的发展前景。 能谱分析任务主要包括能谱的测量和数据的采集，谱数据的解谱分析等。主要解谱分析内容包括谱数据平滑、谱寻峰、核素识别、峰区边界确定、本底扣除、全能峰函数拟合、净峰面积求解、核素含量计算及其活度分析等。1.2 能谱分析的主要难题目前用十放射性核素测量的Y能谱仪主要有两种:NaI(Tl)和HPGe 能谱仪。其中HPGe 能谱仪的能量分辨率高(对于60CO的1332keV全能峰可以达到2. OkeV左右)，能量线性好，被认为是当今最好的能谱仪，其解谱技术相对比较简单，在复杂核素组成的样品中也可以得到较好的分析结果，但是由于HPGe探头需要在液氮
10、冷却的环境下进行测量，目_价格也比较昂贵，使用维护不便，其使用的环境受到一定的限制。而NaI(Tl)能谱仪由十使用维护方便，探测效率高(约是HPGe的几十倍)，仪器成本低等多方面占有优势，因此在放射监测中仍被广泛的应用，但Na工(T1能谱仪能量分辨率相对较低(对于137CS的661keV一般为7%左右)，对于核素种类较多，谱线较复杂的样品进行解谱分析时却无法胜任，因此必需对其Y能谱进行较为复杂的算法分析才能得到比较准确的结果。 NaI(T1)能谱仪进行放射性射线谱测量时，因其能量分辨率较低，如果所测物质中所含核素种类多、含量低、介质复杂，在高本底等复杂背景的测量环境下，所测谱线会相当复杂，如果
11、解谱算法精度不高，会影响最终分析结果的不确定性，主要的影响因素有:NaI(T1) 能谱仪仪器性能的影响，能谱仪的测量统计涨落干扰，能谱仪的本底干扰。1.3 能谱解谱的研究简介能谱分析任务主要包括谱数据平滑、寻峰、核素识别、峰区边界确定、本底扣全能峰拟合，净峰面积求解和核素含量计算及其活度分析等。 谱数据平滑方法主要有:傅里叶变换、几点平滑法、指数平滑法、马尔可夫平滑法、小波变换(即在联合能量一频率空间内把能谱展开，同时利用能域和频域的信息进行平滑处理，被认为是一种非常理想的能谱平滑处理方法)、数字滤波器，重心法等。目前实际应用中常用几点平滑法，马尔可夫平滑法。尽管上述平滑方法各有优势，但是大多
12、都需要谱分析者根据实际经验设定平滑参数或选择平滑函数等，才能得到较为准确的平滑效果，且并不是任何情况下总是有效的，特别是在能谱数据中含大量密集干扰背景的环境下，平滑效果并不理想，可能会出现假峰或遗漏真峰等。 能谱寻峰方法主要有:简单比较寻峰法、高斯乘积函数找峰法、五点极值法、道数寻峰法、导数法(二阶导数寻峰精度高，一阶导数确定峰区边界准确)、对称零面积法、协方差法(精度高，速度慢)，斜宽寻峰法(速度快)等，各有优缺点。但这些寻峰方法却没有一种方法能够同时达到寻峰速度快，寻峰精度又高的要求。复杂能谱的寻峰问题一直是个比较难以解决的问题，因此应充分考虑各种寻峰法的优点，联合使用几种寻峰法对能谱进行
13、联合寻峰是一种比较理想的解决办法。 能谱本底扣除方法主要有:直线本底、阶梯/阶跃本底，抛物线本底等二种传统本底扣除方法，目前大部分学者认为阶跃本底是一种比较准确的扣除本底方法。近年来也有部分学者利用傅立叶变换，小波变换等方法在扣除本底方面上进行相关的研究，并已取得一定的研究成果。国外部分学者在阶跃本底的基础上采用SNIP (Sensitive Nonlinear:Iterative Peak Algorithms)本底扣除方法、，被认为是目前比较理想的本底扣除方法。但不管采用哪种本底扣除，只有充分利用全能峰尽可能多的有效计数，才能认为是比较理想的本底扣除方式，才可能得到比较好的本底扣除效果。在
14、本底扣除时，全能峰峰区边界的选择也会影响到本底扣除的质量，因此精确定位峰区边界也成为一个必须考虑的因素。1.4 本次课程设计能谱分析的研究内容本次课程设计通过对能谱测量、能谱的物理形成原理、目前常用解谱算法分析做了较好的探究，针对能谱仪的计数统计涨落问题，重心法、多项式最小二乘移动平滑傅里叶变换法、小波变换法来对谱数据进行平滑处理;然后采用弱峰检测能力较好、重叠峰分辨能力好的对称零面积寻峰法进行寻峰;并通过了二阶插值多项式拟合来准确的计算峰位，还确定了全能峰峰区边界道址知道了全能峰的峰位的道址及其对应的全能峰的能量后，求出了能量刻度方程曲线二次多项式y=kx+b。然后利用瓦森峰面积法来计算各个
15、寻得的峰的峰面积。最后对所求的全能峰净计数，全能峰净面积求解等几个关键问题进行了统一分析验证，以便能达到较为可靠准确的解谱质量，并与标准参考数据进行对比验证。本课程设计的能谱解谱方法研究的主要内容框架（程序流程图）如图一所示：谱数据多项式最小二乘移动平滑法重心法平滑小波变换法傅里叶变换法高斯型滤波器理想低通滤波器能谱数据的平滑处理后画图，将平滑处理前与平滑处理后的能谱图对比，查看平滑效果采用对称零面积寻峰法寻峰(面积为零的窗函数的参数可调）能谱的刻度并画刻度能量刻度图确定峰位、确定左右边界道画寻峰之后的能谱图（图中峰位已在图中用红线已标出）用总峰面积法计算峰面积用瓦森峰面积法计算峰面积图一能谱解谱方法研究内容2 谱数据的平滑 由于核衰变和能谱仪固有的统计涨落、电子电路系统的噪声，射线散射的影响等，在实测能谱中，每个道址上的计数可能与理论期望值有着很大的偏差，故会形成一种带有计数统计涨落的谱形。这种涨落不仅会影响全能峰峰位的确定和净峰面积的计算，而且也会掩盖掉弱峰，漏判可探测的核素，或是出现假峰，反而会识别出并不存在的核素，对能谱的定性定量分
