CN103257358B - 多道脉冲分析器及峰漂实时修正方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种多道谱仪中使用的多道脉冲分析器，包括标准能谱刻度器，用于获得所述多道谱仪的能量刻度参数；环境本底谱刻度器，用于获得当前和先前的环境本底能谱参数；峰漂检测器，用于对当前和先前环境本底能谱参数进行分析以确定二者之间是否出现峰漂，并且确定峰漂修正系数；以及参数修正器，用于利用所述峰漂修正系数修正所述多道谱仪的能量刻度参数。还提供了由该多道脉冲分析器采用的修正方法。该多道谱仪峰漂修正方法和多道脉冲分析器可以比较方便地对多道谱仪峰漂进行实时修正和监控。

Description

多道脉冲分析器及峰漂实时修正方法

技术领域

本发明涉及放射性物质射线探测和核素识别领域，尤其涉及对多道谱仪、特别是NaI多道谱仪的峰漂进行实时修正的方法，以及采用该方法的多道脉冲分析器。

背景技术

多道谱仪是一种由闪烁晶体、光电倍增管、电子学放大器以及多道脉冲分析器组成的用于探测各种射线并进行核素识别的装置，它基本的思想是：闪烁晶体吸收（或部分吸收）射线、发光并将光汇聚到光电倍增管中；光电倍增管对光进行光电转换、并线性倍增成电脉冲；电子学放大器对电脉冲进行成型放大等处理，并将处理后的电脉冲传送到多道脉冲分析器；多道脉冲分析器对该电脉冲进行分析并转换成数字信号。由于上述过程是一个线性放大和转换过程，因此可利用多道脉冲分析器测定入射射线的能谱，并进行核素识别。

在闪烁晶体中，NaI闪烁晶体因其光产额高、探测效率高、能量分辨较好，所以仍然是现在使用最广的闪烁晶体，因而由NaI闪烁晶体组成的NaI多道谱仪是放射性物质监测和核素识别、分析的重要工具。

但是，由于NaI多道谱仪中NaI闪烁晶体的发光效率、光传输效率，光电倍增管性能，放大器增益，高压的稳定性等随环境温度、湿度的变化影响较大，所以由NaI多道谱仪测量到的射线能谱的形状和峰位会受这些环境因素的影响而发生漂移、失真，因此经常需要用标准的放射源对其进行重新定标。

在现有技术中通常采用放射源内标法，如在晶体内参杂少量放射性核素；或利用LED发光模拟射线在探测器中的过程来进行重新定标，此外还有一些现有技术采用自然本底谱中特征峰进行人工重新定标。但是这些重新定标技术都存在无法对峰漂移进行实时监控的缺点，而且由于重新定标经常涉及到使用标准的放射源，因此还存在需要对这些标准放射源进行严格管理的问题。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的提供了一种能够便捷地实现多道谱仪、特别是NaI多道谱仪的峰漂移的实时修正的多道谱仪峰漂修正方法及采用该方法的多道脉冲分析器。

申请人注意到：在一个稳定的几何与空间条件下，环境中的自然本底谱及天然放射性元素的特征能量峰（在下文中将二者一起称为环境本底谱）的能谱结构和特征峰相对比较稳定。申请人利用环境本底谱相对稳定的特点而做出了本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于对多道谱仪的峰漂移进行实时修正的方法，所述方法包括步骤：获得所述多道谱仪的能量刻度参数；获得当前和先前的环境本底能谱参数；对当前和先前环境本底能谱参数进行分析以确定二者之间是否出现峰漂，并且确定峰漂修正系数；以及利用所述峰漂修正系数修正所述多道谱仪的能量刻度参数。

所述多道谱仪峰漂修正方法优选为还包括步骤：根据所述多道谱仪的能量刻度参数随环境温度的变化关系而获得多道谱仪环境温度修正系数，并对所述多道谱仪的能量刻度参数进行进一步修正。

根据本发明的一个方面，提供了一种多道谱仪中使用的多道脉冲分析器，用于对多道谱仪的峰漂移进行实时修正，所述多道脉冲分析器包括标准能谱刻度器，用于获得所述多道谱仪的能量刻度参数；环境本底谱刻度器，用于获得当前和先前的环境本底能谱参数；峰漂检测器，用于对当前和先前环境本底能谱参数进行分析以确定二者之间是否出现峰漂，并且确定峰漂修正系数；以及参数修正器，用于利用所述峰漂修正系数修正所述多道谱仪的能量刻度参数。

所述多道谱仪优选为NaI多道谱仪。

所述多道脉冲分析器优选为还包括温度系数检测器，用于根据所述多道谱仪的能量刻度参数随环境温度的变化关系而获得多道谱仪环境温度修正系数、以对所述多道谱仪的能量刻度参数进行进一步修正。

根据本发明的多道谱仪峰漂修正方法及多道脉冲分析器通过对NaI多道谱仪因各种原因引起的能量峰位漂移进行实时修正，因此可以实现对多道谱仪峰漂的实时监控和修正，以便该多道谱仪可以在条件较差环境下正常工作。此外，由于根据本发明的多道谱仪峰漂修正方法及多道脉冲分析器在峰漂修正过程中并没有涉及使用标准放射源，因此减少了因放射源管理不便引起的困难。

附图说明

根据在下文中描述的实现和实施例并且参考附图，根据本发明的多道谱仪峰漂修正方法及多道脉冲分析器的这些及其他方面并变得明显并且得到阐述，在附图中：

图1为根据本发明实施例的多道谱仪的框图；以及

图2为根据本发明实施例的多道谱仪峰漂修正方法的流程图。

具体实施例

图1示出了根据本发明实施例的多道谱仪10。类似于传统的多道谱仪，多道谱仪10包括NaI闪烁晶体20、光电倍增管30、电子学放大器40和多道脉冲分析器40。为了简明起见，此处不再对和传统多道谱仪中的部件相同的功能加以说明，而仅仅对与本发明相关的功能进行详细描述。

多道谱仪10还包括环境温度传感器50，用于获取当前的环境温度，并且将其提供给多道脉冲分析器40。

多道脉冲分析器40包括标准能谱刻度器130、谱仪参数存储器140、环境本底谱刻度器110、环境参数存储器120、峰漂检测器150、参数修正器160、温度系数检测器170、和能谱刻度器180。

标准能谱刻度器130利用标准的放射源对多道谱仪进行能量刻度以获得该多道谱仪的能量刻度参数：Ei＝A×i＋B，i＝1,2,3,……1024;其中i代表多道的道数，Ei代表第i道能量，A、B代表能量刻度系数。标准能谱刻度器130将所获得的能量刻度参数A、B存储到谱仪参数存储器140中，谱仪参数存储器140除了存储由标准能谱刻度器130进行能量刻度而获得的能量参数A和B之外，还存储了经参数修正器160修正的能量参数A’和B’。

环境本底谱刻度器110用于获得当前环境的本底能谱D，并且对该本底能谱D进行能量刻度，Di＝A×i＋B，i＝1,2,3,……1024；其中i代表多道的道数，Di代表第i道本底能谱能量，A、B代表能量刻度系数。环境本底谱刻度器110还获得环境本底谱D中的天然放射性核素的特征能量峰，如PEAK40K等，并且将这些参数，如Di、PEAK40K等存储到环境参数存储器120中。环境参数存储器120除了存储当前的本底能谱D的参数之外，还存储了先前由环境本底谱刻度器110获得的本底能谱C的参数Ci。

环境本底谱刻度器110定期对当前环境的本底谱D进行能量刻度以获得本底谱参数Di，并且将所获得的本底谱参数Di提供给峰漂检测器150。峰漂检测器150除了接收本底谱参数Di之外，还从环境参数存储器120获得先前存储的本底谱参数Ci，对参数Di和Ci进行相应处理以判断在当前本底谱D和先前本底谱C之间是否出现了峰漂，如果出现峰漂，则根据峰漂情况（如峰漂位移，幅值等）来确定峰漂修正系数AA，并且将所确定的峰漂修正系数提供给参数修正器160以便对能量刻度参数A和B进行修正。

峰漂检测器150的具体处理如下：首先用Ci拟合Di，得到最小残差谱Bi，i＝1,2,3,……1024；用二次微商法对残差谱Bi寻峰；判断已知特征能量峰区（如PEAK40K）是否存在峰；如果不存在峰（在一定阈值范围内）则认为该谱仪无漂移；否则就认为该谱仪存在漂移，而且在该峰附近应存在一个类似的负相峰；查找该负相峰，并且通过确定两峰间的位移，幅值变化等差别信息，来相应地确定峰漂修正系数AA。

参数修正器160接收峰漂检测器150所提供的峰漂修正系数AA，并且利用该峰漂修正系数AA对能量刻度参数A和B进行修正以获得修正后的能量刻度参数A’和B’。

此外，温度系数检测器170根据所述多道谱仪的能量刻度参数随环境温度的变化关系，由来自环境温度传感器50的环境温度信息确定多道谱仪环境温度修正系数Ti。而参数修正器160还可以根据来自温度系数检测器170的多道谱仪环境温度修正系数Ti对能量刻度参数A和B进行进一步的修正。参数修正器160将修正后的能量刻度参数A’和B’存储到谱仪参数存储器140，以便在该多道谱仪的后续射线检测中使用。

能谱刻度器180使用经修正的能量刻度参数A’和B’对本底谱Di和后续测量到的能谱Ni进行重新刻度，从而获得了经峰漂修正的本底谱Di’和能谱Ni’。

这样，就可以通过定时利用环境本底谱刻度器110对当前环境的本底谱D进行能量刻度，并且将其与先前存储的环境本底谱C进行比较，来确定是否发生了峰漂，并且在如果发生峰漂的情况下，对谱仪参数存储器140中存储的能量刻度参数A和B进行修正，以保证谱仪测量的准确性。

此外，可以在每次利用多道谱仪进行射线测量时都利用环境本底谱刻度器110对环境本底谱进行能量刻度，从而实现了对峰漂的实时监控和修正。

图2示出了根据本发明实施例的多道谱仪峰漂修正方法的流程图。在步骤S210中，利用标准放射源在标准能谱刻度器130对多道谱仪进行能量刻度以获得该多道谱仪的能量刻度参数A和B，并且将其存储到谱仪参数存储器140中。在步骤S220处，利用环境本底谱刻度器110测量此时当前环境的本底谱C，并且对其进行能量刻度以获得本底谱参数Ci。随后在一定时间间隔之后，在步骤S230处，再次利用环境本底谱刻度器110测量此时当前环境的本底谱D，并且对其进行能量刻度以获得本底谱参数Di。在步骤S240处，分析当前获得的本底谱参数Di和先前获得的本底谱参数Ci，以确定是否发生峰漂。如果没有发生峰漂则在步骤S250处将本底谱参数Di存储为先前的本底谱参数Ci，而且处理返回到步骤S230以进行进一步处理。当然，由于并未发生峰漂，步骤S250是可以忽略的。如果发生峰漂，这在步骤S260处确定峰漂修正系数AA，并且在步骤S270处，利用所确定的峰漂修正系数AA和多道谱仪环境温度修正系数Ti对能量刻度参数A和B进行修正以获得修正后的能量刻度参数A’和B’以便在后续射线测量中使用。随后在步骤S280中存储修正后的能量参数A’和B’和本底谱参数Di，并且返回到步骤S230来接着监控和修正峰漂。

根据上述技术方案，包括NaI多道谱仪探测***在内的所有NaI多道谱仪探测***，只要采用环境本底能谱进行实时和非实时峰漂修正，均属于本发明的保护范围之内。

按照上述的技术方案，所有射线（X射线、中子、带电粒子）能谱仪探测***，只要采用环境本底能谱进行实时和非实时峰漂修正，均属于本发明的保护范围之内。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词"包含"不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词"一"或"一个"不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (14)

1.一种多道谱仪中使用的多道脉冲分析器，用于对多道谱仪的峰漂移进行实时修正，所述多道脉冲分析器包括：

标准能谱刻度器，用于获得所述多道谱仪的能量刻度参数；

环境本底谱刻度器，用于定时对当前的环境本底谱进行能量刻度以获得当前的本底谱参数；

环境参数存储器，用于存储当前和先前的环境本底谱参数；

峰漂检测器，用于对当前和先前的本底谱参数进行分析以确定二者之间是否出现峰漂，并且确定对应于所述峰漂的峰漂修正系数；以及

参数修正器，用于利用所述峰漂修正系数修正所述多道谱仪的能量刻度参数。

2.如权利要求1所述的多道脉冲分析器，其中所述峰漂检测器根据峰漂位移来确定所述峰漂修正系数。

3.如权利要求1所述的多道脉冲分析器，其中所述峰漂检测器利用二次微商法来确定是否出现峰漂。

4.如权利要求1－3任何一个所述的多道脉冲分析器，还包括温度系数检测器，用于利用与环境温度相对应的多道谱仪环境温度修正系数、对所述多道谱仪的能量刻度参数进行进一步修正。

5.如权利要求1－3任何一个所述的多道脉冲分析器，其中所述多道谱仪为NaI多道谱仪。

6.如权利要求1－3任何一个所述的多道脉冲分析器，其中还包括谱仪参数存储器，用于存储修正前后的所述多道谱仪的能量刻度参数。

7.如权利要求1－3任何一个所述的多道脉冲分析器，其中所述环境本底谱刻度器持续获得所述当前本底谱参数，所述峰漂检测器持续确定峰漂修正系数，以及所述参数修正器持续修正所述多道谱仪的能量刻度参数，以便所述多道脉冲分析器对多道谱仪的峰漂移进行实时修正。

8.一种多道谱仪峰漂实时修正方法，包括步骤：

a.获得所述多道谱仪的能量刻度参数；

b.对当前的环境本底谱进行能量刻度以获得本底谱参数；

c.在一定时间间隔之后，再次测量此时当前环境的本底谱，并且对其进行能量刻度以获得本底谱参数；

d.对当前和先前获得的本底谱参数进行分析以确定二者之间是否出现峰漂，并且确定对应于所述峰漂的峰漂修正系数；以及

e.利用所述峰漂修正系数修正所述多道谱仪的能量刻度参数；

f.返回步骤c以接着监控和修正峰漂。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述确定峰漂修正系数包括根据峰漂位移来确定所述峰漂修正系数。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述确定是否出现峰漂包括利用二次微商法来确定是否出现峰漂。

11.如权利要求8－10任何一个所述的方法，其中还包括步骤：利用与环境温度相对应的多道谱仪环境温度修正系数、对所述多道谱仪的能量刻度参数进行进一步修正。

12.如权利要求8－10任何一个所述的方法，其中所述多道谱仪为NaI多道谱仪。

13.如权利要求8－10任何一个所述的方法，还包含步骤：存储当前和先前的环境本底谱参数，以及修正前后的所述多道谱仪的能量刻度参数。

14.一种多道谱仪，包括如权利要求1－7中任一个所述的多道脉冲分析器。