核電廠KRT系統(tǒng)γ射線能譜采集算法分析

摘要：核電廠KRT輻射監(jiān)測系統(tǒng)使用SAMS軟件對射線能譜采集、解析、刻度，可以準(zhǔn)確識別出放射性核素類型，為工作人員分析現(xiàn)場運行工況提供決策依據(jù)。本文介紹了SAMS軟件的算法，使相關(guān)從業(yè)人員可以更深入了解其工作原理。

關(guān)鍵詞：輻射監(jiān)測系統(tǒng)；能譜；

1.原理

1）γ射線與物質(zhì)相互作用

γ射線與物質(zhì)相互作用主要有光電效應(yīng)、康普頓散射及電子對效應(yīng)。

a.光電效應(yīng)：在光電效應(yīng)中，原子吸收光子的全部能量，其中一部分消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離能，另一部分就作為光電子的動能。所以，釋放出來的光電子能量和該束縛電子所處的電子殼層的結(jié)合能Bγ之差。因此，E光電子=Eγ-Bi≈Eγ。

b.康普頓散射：康普頓散射是γ光子與原子外層電子相互作用的結(jié)果。即使入射γ光子的能量是單一的，反沖電子的能量卻是隨散射角連續(xù)變化的。

c.電子對效應(yīng)：電子對效應(yīng)是γ光子從原子核旁經(jīng)過時，在原子核的庫倫場作用下，γ光子轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負電子的過程。根據(jù)能量守恒定律，只有當(dāng)入射光子的能量hν大于2m0c2，即hν〉1.02MeV時，才能發(fā)生電子對效應(yīng)[1]（與光電效應(yīng)相似，需要原子核參加）

2）NaI（Tl）γ能譜儀工作原理

2.計算本底

在兩個光標(biāo)之間計算本底值（用cps計數(shù)表示），本底由梯形面積公式計算。兩個光標(biāo)所在位置c2與c1的差值即為梯形的高。但是梯形的上底和下底要使用光標(biāo)所在位置的平均計數(shù)。平均計數(shù)的計算方法是，根據(jù)峰值分辨率，用光標(biāo)周圍的計數(shù)之和除以點的數(shù)量m，m的大小由峰的分辨率來決定，這樣可以確保自動調(diào)整。點的數(shù)量m估算為在峰位半高處寬度的一半[2]。

3.γ質(zhì)心

峰中心位置所對應(yīng)的X軸的坐標(biāo)，即為γ質(zhì)心。X軸所表示的單位可以由現(xiàn)場維保工程師在操作時手動進行切換，有channels（道址）和KeV兩個單位。

m1=（S（c1）+S（max））/2

m2=（S（c2）+S（max））/2

m1與m2所對應(yīng)的X軸坐標(biāo)即為p1、p2，繼而求得γ質(zhì)心=（p1+p2）/2。

4.凈計數(shù)

凈計數(shù)是兩個光標(biāo)之間總計數(shù)和本底的差值。如果現(xiàn)場維保工程師選擇單位為cps（counts per second），則用計數(shù)除以采集時間，采集時間要用死時間來校正。所有射線（包括γ射線）的測量均存在死時間。這是由于探測器的電子學(xué)線路處理每個進入的粒子或光子時均需花一時間（響應(yīng)時間）。當(dāng)進入探測器的射線強度太大時，存在前一個射線還未處理完而下一個射線已進入的情況，那么第二個射線就有可能不能被處理，此即死時間效應(yīng)[3]。

5.凈計數(shù)的不確定性

凈計數(shù)的不確定性計算要用到由兩個光標(biāo)之間的總計數(shù)和本底測量值。

泊松計數(shù)的方差表示為σ2總計數(shù)=總計數(shù)

如果c=a+k.b，k是常數(shù)，b和c是計數(shù)，則σ2c=σ2a+k2σ2b

凈計數(shù)的方差等于兩個光標(biāo)之間總計數(shù)的方差加上由梯形面積公式計算的本底的方差。

（T是該區(qū)域里的總計數(shù)）

由梯形面積公式計算的本底方差為[4]：

凈計數(shù)在2sigma的統(tǒng)計不確定度定義為：不確定度=σ凈計數(shù) ，N為該區(qū)域內(nèi)的凈計數(shù)。高斯信號的置信水平在2sigma時為95%。

參考文獻：

[1]張強，申啟明，苗宇星.輻射儀表維護崗位必讀[M].2007：7-10

[2]S.CERVERA.SMAS軟件用戶手冊[M].2002：75-79

[3]謝明.便攜式γ能譜儀探測模塊和解譜的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖北：華東科技大學(xué)，2012

[4]劉世豪.數(shù)字化便攜式能譜儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖北：華東科技大學(xué)

作者簡介：余洋；性別：女，籍貫：四川省成都市，學(xué)歷：大專，畢業(yè)于四川核工業(yè)職工大學(xué)；現(xiàn)有職稱：助理工程師；研究方向：輻射防護；