基于便携式NaI谱仪的核素识别算法
基于NaI(Tl)γ谱仪的自动能谱分析的研究
Ｙ 亩 ＋ １ ６＋ １ ＋ ｉ （２ 一 ＋ ２ 一 ＋ｙ ＋ ）
其 中 ： Ｙ 为原始 谱第 ｉ 道计 数
可以减小统计涨落 ， 同时考虑到寻峰方法 中寻峰 窗 口较小 ， 高 自身 比重 ， 以减小 峰宽 提 可
太 大造 成 的峰 区在较 少道 区 内变化较 小 的影响 （ ａ（ １对 ｃ Ｎ ＩＴ） 。 ｓ的 ６ １ｋＶ 的能 量 分 辨 率 一 ６ ｅ 般为 ７ ［ 。 ％ ）
收 稿 日期 ：００— ８— ６ ２ １ ０ ０
ｃ 进 行 了归一 化 处理 ， 方 法 对 能 谱 变化 该
作 者简 介 ： 景 光 （ ９ １ ， ， 北 保 定 人 ， 华 大 贾 １ ８ 一） 男 河 南
比较 灵敏 ， 了减 少统 计涨 落 造 成 的假 峰 的影 为
响 ， 对 变换 后 的能谱 用灵敏 因子 进行 筛选 。 需要
第３卷 １
２１ ０ １年
第 ２期
２月
核 电子学 与探 测技 术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉ ｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃ ｅ ｒＥｌ ｃｒ ｎ ｃ２
Ｆ ｂ ２０ｌ ｅ． １
基 于 Ｎａ （ Ｉ 谱 仪 的 自动 能谱 分 析 的研 究 ＩＴ ）
知 放 射 性核 素 的种 类 ， 测量 特 征峰 区的净 计 数 率， 推算 该核 素 的活度 。微 机 自动谱分 析 中 ， 涉 及 的算 法很多 。针对 不 同探 测器 能量分辨 率 的
差异 ， 别 提 出 了适 宜 的算 法 。如 Ｎ Ｉ Ｔ ） 分 ａ（ １ 探 测器 的 逆 矩 阵 法 和 最 小 二 乘 逆 矩 阵 法 。 Ｇ ｅ
贾景光 屈 国普 杨彬 华 ， ，
（． Ｉ南华大学核科学技术学 院 ， 湖南衡 阳 ４ １０ ； ． ２ ０ １２ 中核（ 北京 ） 核仪器厂 ， 北京 １０ ７ ） ０ １６
便携式LaBr3谱仪
便携式LaBr3谱仪使用说明书1.产品简介北京中智核安科技有限公司为用户提供的LaBr3能谱仪由LaBr3探头、多道能谱仪、高压模块、光电倍增管、能谱采集与分析软件、无源效率刻度软件、计算机、以及连接电缆等组成，整体外观结构如图1所示。
溴化镧测量系统具有核素识别、点源活度测量、剂量率测量以及瀑布图辅助寻源分析功能。
其中多道能谱仪、高压模块管集成如图2。
在核素识别方面，采用时间序列贝叶斯变换结合能谱分析进行核素识别，对于Am-241、Cs-137、Co-60、Ba-133、U-235、U-238、Eu-152等常见放射性核素，当对剂量率贡献超过环境剂量率10%时，能够在10秒内正确识别核素。
同时，谱仪带两个数据处理终端，一个终端与探测器通过数据线有线连接并固定在探测器上，另外一个为笔记本电脑，笔记本电脑和便携式谱仪之间通过WIFI实时无线通讯。
笔记本电脑上除了与第一个终端安装有完全相同的测量软件外，还安装有无源效率刻度软件，和LaBr3探测器专用能谱解析软件，能谱解析软件能够解析重峰。
图１溴化镧探测器图2 电子学系统1.1溴化镧探测器●晶体尺寸：2英寸（可选配3英寸和1.5英寸晶体）；●能量分辨率：＜2.8%（对于Cs-137的661.7KeV特征峰）；●能量范围：30KeV到3MeV；●能量线性：优于±1%；●多道：4096道；●具有直接测量点源活度功能，点源活度测量精度在10％以内，以上指标需提供国家级计量部门出具的检定证书。
具有测量体源活度功能；●电源：USB 5V供电；●重量：小于2Kg；●具有核素识别、活度测量、剂量率测量以及以及瀑布图辅助寻源分析功能；●通讯方式：有线、wifi以及蓝牙通讯，通讯距离大于5米。
1.2上位机软件图3 能谱图界面图4 瀑布图以及剂量率曲线界面●利用自生放射性进行能量刻度和稳谱。
●谱仪控制：可实现的参数设置包括：放大示、调节高压、显示实时间/活时间等；●用户可以自定义核素库；●实时显示剂量率、识别核素以及等瀑布图；图5能谱图界面，图6瀑布图以及剂量率曲线界面；●开机之后进行自动刻度，同时，也可以进行采样刻度；●具有一键测量、保存、清谱、报警、数据传输以及报警阈值设置等功能。
实验三、用NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪辨识未知源
实验三 用NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪辨识未知源一. 实验目的1、了解闪烁谱仪的工作原理，学习调整闪烁谱仪的实验技术。
2、掌握测谱技术及分析简单γ能谱的方法。
3、掌握谱仪能量分辨率及能量线性的测量方法。
4、学习谱仪应用的实例——辨别未知源的方法。
二. 实验内容1、熟悉线性放大器与单道脉冲幅度分析器，以及计算机多道脉冲幅度分析器的使用，调整谱仪至正常工作状态。
2、选择合适实验条件，用单道测量137Cs 的γ能谱，确定单道系统的能量分辨率。
3、利用多道脉冲幅度分析器测量137Cs 源及60Co 源的全谱；刻度谱仪能量线性，确定能量分辨率、峰康比；对137Cs 的γ能谱进行谱形分析并与理论比较。
4、测量未知源的γ能谱，确定峰位的能量，进而辨别未知源。
5、 比较NaI 和BGO 两种不同闪烁体的性能。
三. 实验原理1、 NaI(T1)单晶γ谱仪简介NaI(T1)单晶闪烁谱仪由一块NaI(T1)闪烁体、光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器(或多道分析器)定标器等电子学设备组成，示意图见图3-1。
图3-1 Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图光电 倍增管闪烁体射极 输出 器线性脉冲 放大器单道脉冲幅度分析器多道脉冲 幅度分析器自动 定标器高压电源示波器源γ射线入射闪烁体内，产生次级电子，使闪烁体内原子电离、激发后产生荧光。
这些光信号被传输到光电倍增管的光阴极，经光阴极的光电转换和倍增极的电子倍增作用而转换成电脉冲信号，它的幅度正比于该次级电子能量，再由所连接的电子学设备接受放大、分析和记录。
NaI(T1)单晶γ谱仪测量γ射线的过程由图3-2示说明。
图3-2 γ射线和闪烁体交互作用至光电倍增管阳极形成电流脉冲的示意图这种谱仪对γ射线的探测效率高、分辨时间短、价格相对便宜。
可用来测量射线的通量密度，也可用来对辐射进行能量分析，在核物理研究及核技术应用的各领域中广泛使用。
2、 单能γ谱的谱形分析方法谱仪测得的是脉冲数按幅度的分布，即脉冲幅度谱，简称脉冲谱，一般提到谱仪测得γ谱均系指此脉冲谱。
便携式核素识别仪国标标准
便携式核素识别仪国标标准便携式核素识别仪是一种用于检测辐射环境中放射性核素的设备，具有便携、高精度、快速响应等特点，被广泛应用于国家安全、环境监测、核电站和医疗等领域。
为了规范便携式核素识别仪的生产和使用，制定了国家标准，以下是便携式核素识别仪国标标准的详细介绍。
一、标准适用范围本标准适用于便携式核素识别仪的生产、检验、使用和维护。
二、术语和定义2.1 核素指具有一定质量数和原子序数的同位素。
2.2 本底指无放射性物质存在时，探测器输出信号的平均值。
2.3 灵敏度指便携式核素识别仪探测器对放射性核素的响应能力。
2.4 最小检出限指便携式核素识别仪能够检测到的最小放射性核素浓度。
三、技术要求3.1 设备结构便携式核素识别仪应由探测器、信号处理器、数据处理器等组成，具有轻便、易携带、易操作的特点。
3.2 探测器性能探测器应具有高灵敏度、低本底、广能量响应范围等特点。
3.3 信号处理器性能信号处理器应具有高精度、低功耗、快速响应等特点。
3.4 数据处理器性能数据处理器应具有高速、高精度、低功耗等特点。
3.5 标定方法便携式核素识别仪应采用标准放射源进行标定，并记录标定参数和标定时间。
3.6 最小检出限便携式核素识别仪的最小检出限应符合国家相关标准。
四、检验方法4.1 外观检查检查便携式核素识别仪外观是否完好，各部件是否牢固。
4.2 功能检查检查便携式核素识别仪各项功能是否正常，包括探测器响应灵敏度、信号处理器精度和数据处理器速度等。
4.3 标定检查检查便携式核素识别仪是否按照标定方法进行标定，并记录标定结果是否符合要求。
4.4 最小检出限检查检查便携式核素识别仪的最小检出限是否符合国家相关标准。
五、使用注意事项5.1 使用前应进行检查，确保设备完好。
5.2 使用时应注意安全防护措施，避免辐射伤害。
5.3 使用后应及时清洁和保养设备，延长设备使用寿命。
六、保养方法6.1 定期进行内部清洁，避免灰尘和杂质进入设备内部。
BNC便携式核素识别仪培训教材
SAM935便携式核子谱仪技术培训资料香港中威仪器公司上海天视科技发展有限公司编制二00五年二月第一部分概述自一九0三年，克鲁克斯.埃尔斯特和盖特尔利用荧光物质观察到放射性引起的单个闪光，从而发现了闪烁现象至今已有一个多世纪了。
一百多年来，闪烁探测器为科学的进步和发展作出了重要的贡献。
1919年卢瑟福利用这一技术发现了原子核的存在，进而发现了同位素的人工蜕变。
由于人们尚未找到记录光闪烁的有力工具，在20年代、30年代和40年代初期，核测量领域的主要手段为电离室、正比计数器和G-M计数器等气体探测器。
40年代，科学家研制出光电倍增管，1944年柯伦和贝克采用硫化锌闪烁体和光电倍增管（GDB）记录了α粒子的强度。
1948年霍夫斯塔特发现了NaI(TI)单晶闪烁体，并用它来测量γ射线，从此在核测量领域引起了巨大的推动和快速发展。
由于闪烁探测器具有气体探测器无法比拟的分辨时间短、探测效率高等优点，因此NaI探测器独领风骚二十多年之久。
经过几十年的发展，闪烁探测器已成为一种完善的和成熟的探测技术。
六十年代迅速发展起来的半导体探测器（金硅面垒型、锂漂移型、高纯锗型、高纯硅型等，按结构可分同轴型，端面型等）具有能量分辨率高，线性范围宽等等优点，很快得到了越来越广泛的应用，特别在能谱分析领域，几乎成了无可替代的首选探测器，但与NaI探测器相比较，高纯锗探测器具有投资高、运行费用高、相对效率较低、输出脉冲幅度较小等缺点。
至二十世纪末期，随着计算机技术、单片机技术和电子器件技术的迅猛发展，可以采用软硬件技术克服NaI的分辨率较低、温度漂移较大、能量线性差等缺点，充分发挥它的探测效率高、价格便宜、运行成本低、工作可靠等优点，使得其重新焕发了青春，受到了核环境监测人员的青睐，尤其在用于现场实时监测的领域。
便携式环境谱仪提供一种在事故释放或大面积调查中确定环境中放射性核素的快速方法，它通过测定光子积分通量（注量）率的谱分布，来确定地面和空中的放射性水平、核素种类、特定的放射性核素剂量，也可用于控制计划释放、剂量重建、环境改造和寻找放射源等。
野外就地测量便携式NaI(Tl)γ谱仪的初步标定及花岗岩标定台的建立
北京 １０ ２ ０ ０ ９） （ 中国地震局地质研究所 ，地震动力学国家重点实验室
摘要
高效率低分辨率的便携式 Ｎａ（ １ 丫 Ｉ ） 谱仪野外就地测量是释光 、电子 自旋共振测年 中环境剂量率测量 的 Ｔ
重要方法之一 ， 其标定是一项重要的基础性工作 。 我们利用英国牛津大学 的混凝土标定台对本实验室 的ＯＲ Ｅ ＴＣ Ｍｉ ｏ ｏ ｄ型 Ｎａ（ ）＾ ｃ Ｎ ｍａ ｒ Ｉ Ｔ１ ，谱仪进行 了标定 ，初步建立了几何 形状 、材料成分和密度与野外测量条件相似 的 Ｎａ（ １＾谱仪花岗岩标 定台 ，并通过不同方法测量得到了本标 定台的放射性元素含量。 ＩＴ ） ｒ 关键词 环境剂量率 ，便携式 Ｎ Ｉ １ ａ（ ） Ｔ 谱仪 ，标定
１ Ｎａ（ ）， 仪 （ Ｅ ） Ｉ Ｔ１ ＾谱 Ｌ ＤＬ 的标 定
２０ 年 ， ０５ 在英国牛津大学考古艺术系释光实验 室的 ４个混凝土标定台上 ，对该便携式 Ｎ Ｉ １ Ｙ ａＴ ） （ 谱仪（Ｅ Ｌ进行 了标定。图 １ ＬＤ ） 分别是 Ｋ 、ｕ 、ｎ 和本底 ４ 个混凝土标定 台的测量谱线。测量时的温 度为 １℃～ ５ ，测量 时间均 为 ５ ｎ Ｏ １℃ ０ ｍｉ。用 Ｏ ｔ ｒｃ ｅ 的Ａ５ ３ ３Ｂ ２ 一 软件计算各窗 口的计数和计数率 川 ，各 谱 线 的计 数窗宽 为 ： ２０ｋＶ； ２ ０ｋＶ； ｈ Ｋ， ０ ｅ Ｕ， ４ ｅ Ｔ ， ３ ０ｋ Ｖ。结果 见表 １ ０ ｅ 。
城 市活 断层探测 与地 震危 险性 评价 项 目（０４ １８资 助 ２０ １３ ）
这些标定 台的密度、成分和放射性钾 、铀和钍 含量均 已知 ，且岩性均一，几何形状 、材料成分和 密度都 和野外测量条件相似。野外测量点测得的 ４（ ４ ｉ 獬Ｔ 的 Ｙ ｏ、 Ｂ和 ｌ １ 射线计数 ， 由式（） 。 可 ’ １ 计算
一种通过车载NaI(Tl)γ能谱甄别放射性异常的有效方法
出＿ 。它先使 原始能谱数据调整 为单 位方差 ５ Ｊ 矩阵 ， ６ 然后将其进 行奇异 值分解 ， Ｊ 生成奇异 值和相互正交 的谱线主成分。各奇异值与谱线
主成 分一 一对 应 ， 从大 到小 排列 ， 表 对应谱 并 代 线主 成分 对原 始能 谱形状 贡献 的大 小 。低序谱
显示 。
线主成分代表原始能谱中绝大多数信号的谱形 状， 高序谱线 主成分代表原始能谱 中不相关噪 声。通过仅采用低序谱线主成分来重建能谱的 方法 ， 去除原始能谱噪声
１ １ Ｎ ＶＤ 为 单 位 方 差 矩 阵 。
结合 上 述 Ｎ Ｓ Ｄ 异 常 甄 别 、 谱 和 彩 虹 ＡＶ 剥
第３ １卷 第 １ ２期
２１ 年 ０１ １ ２月
核 电子 学与探 测 技术
Ｎｕ ｌａ ｅ ｔｏ ｉ ｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｅ ｒ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ ｔｃ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖｏ ． Ｎｏ． ２ １ ３１ １ Ｄｅ ｃ ２ ｌ ０１
一
种 通 过 车载 Ｎ Ｉ Ｔ ） 能 谱 甄别 放射 性 ａ（ Ｉ 异 常 的有 效 方 法
设 Ａ 为观测能谱 ， 中 ｍ 为能谱 的数量 ， 其 凡
为 能谱 的道 数 。
收 稿 日期 ：０ １ ０ ２ ２ １ — ６— ８
作者简介 ： 俊（ ９ ６一）男 ， 刘 １８ ， 湖南澧县人 ， 助理工程
Ｄ ＝∑ ； Ａ
：
ｉ＝１ ２ （ ） ， …ｍ １
＝
师， 本科 ， 从事 辐 射测量工作。
然后 ， 对矩 阵 Ａ ＝ＳｘＶ×Ｗ 行 奇异 值 进
分解 ， 其中 Ｓ和 ｗ 分别 为 ｍ×１ ｎ× １、 ｎ的正交 １ 矩阵 ， Ｖ是 Ａ 从大到小排列的正奇异值组成
基于NaI(Tl)伽马谱仪的反演分析法在海水放射性探测中的应用
基于NaI(Tl)伽马谱仪的反演分析法在海水放射性探测中的应用毕海杰;张颖颖;吴丙伟;冯现东;石岩【期刊名称】《海洋科学进展》【年(卷),期】2024(42)2【摘要】伴随着核能的快速发展和应用,海洋放射性环境安全监测受到了越来越多的关注。
因具有成本低、功耗低、探测效率高等优点,NaI(Tl)伽马谱仪成为海洋放射性自动连续监测主要应用的仪器。
但是,该谱仪探测分辨能力尚存在不足,导致核素甄别和定量检测存在困难。
为了解决该困难,本研究采用理论计算、仿真模拟和实验测量等技术手段,开展基于反演分析的海水伽马能谱处理分析方法研究。
研究结果表明:仿真实验中经过反演分析法计算的重构谱线的分辨率得到大幅改善,与仿真能谱中核素的道址和活度的参考值相比,重构谱线的^(134)Cs、^137Cs、^(60)Co和^(40)K核素峰的道址误差在2道以内,活度计算误差在4%以内。
在位于青岛的海洋科学实验站进行的海水现场实验结果表明反演分析法对_(40)K核素的活度分析结果为1.218×10^(4) Bq·m^(-3)。
该方法能够有效解决NaI(Tl)伽马谱仪探测分辨能力不足的问题,实现准确的海水放射性核素分析。
【总页数】9页(P349-357)【作者】毕海杰;张颖颖;吴丙伟;冯现东;石岩【作者单位】齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所;山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室;国家海洋监测设备工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】X837【相关文献】1.岩心自然伽马射线NaI（Tl）谱的解析2.半导体制冷技术应用于NaI(Tl)伽马能谱仪恒温稳谱方法初探3.NaI（Tl）谱仪 LED 稳谱中的 LED 驱动方法研究4.降低NaI(Tl)γ谱仪探测限的技术探讨5.基于NaI(Tl)谱仪的3种γ能谱解谱方法比较因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于便携式NaI谱仪的核素识别算法
核素识别在核材料分析鉴定、核设施的安全性检测、环境放射性监测以及防止核恐怖主义发生等诸多方面有着重要的应用。
核素识别的基本任务就是根据γ能谱中的特征峰或者利用能谱中的特征值确定核材料中放射性核素的种类,并通过相关解谱算法对核素进行定量分析。
本文以便携式NaI伽玛能谱仪采集的仪器谱为研究对象,采用有效的γ能谱数据处理技术对谱线进行解析。
论文取得的主要成果有:(1)使用MCNP5蒙特卡罗模拟软件,并依据实验确定高斯展宽系数,模拟了两种点状源(137Cs、60Co)在不同距离下的γ能谱响应。
通过与实测数据对比验证了模拟计算数据的可靠性,为核素识别算法研究提供了依据,也使得在实验条件不足,不能对多种能量的射线进行实际测量时,可以采用蒙特卡罗方法实现对任何能量的能谱响应。
(2)研究了基于Na I便携式γ谱仪的核素识别算法,其中包括能谱数据光滑去噪分析、峰位识别峰边界确定、基于特征峰匹配的核素定性识别、全能峰面积法和线性扣本底法进行定量分析。
并利用133Ba、137Cs、60Co源在不同辐射背景下测量,通过扣除本底,定量分析出放射源的活度,得出了在不同辐射背景下Na I探测器对不同能量射线的探测限和最低可探测活度。
(3)将神经网络模式识别思想引入核素识别当中,采用全谱识别法。
以γ能谱每道计数作为神经网络的输入值,因此能充分利用了能谱数据信息,提高了结果的准确性。
设计的算法以能谱的整体形状为依据,具有良好的容错性和适用性。
(4)针对全谱识别法网络训练样本输入维数大,提出了一种基于小波包分解
提取特征量识别法。
特征量识别法是把γ能谱看作是平稳离散信号,将多道能谱数据进行小波包分解得到谱线频域的若干个个特征值,对各频带的能量进行归一化,并构造成特征向量作为神经网络的训练样本,很大的降低了神经网络的输入维数,并且有效的提取了γ能谱的特征,提高了训练速度,也能够对细微差异的γ能谱做出准确的识别,是一种较好的γ能谱识别方法。
(5)使用基于神经网络的全谱识别法和特征量识别法这两种识别算法,分别对实测样本测试,讨论了单一核素和混合核素的识别情况,核素的正确识别率均达到100%。
并且本方法不需要对能谱进行寻峰处理、能量刻度和效率刻度,消除了由于寻峰、能量与效率刻度导致的分析误差,大大提高了γ能谱分析结果的准确性。