一種PGNAA特徵伽馬射線能譜補償算法的製作方法
2023-06-16 08:54:51
本發明涉及一種能譜補償算法，具體是一種PGNAA特徵伽馬射線能譜補償算法。
背景技術：
：：瞬發伽瑪中子活化分析技術(PGNAA)是一種快速、無接觸多元素分析技術，在建材、煤炭、熱電、冶金、礦山等行業得到了大量的應用。瞬發伽瑪中子活化分析技術的原理是被測物料與熱中子發生俘獲反應，產生特徵伽馬射線，特徵伽馬射線穿過被測物料到達伽馬射線探測器形成核脈衝信號，核脈衝信號經過多道處理器轉變成數位訊號，最終形成特徵伽馬射線能譜。特徵伽馬射線在穿透被測物料的同時，部分射線會被被測物料自身吸收，致使最終的特徵伽馬射線能譜不能代表真實的特徵伽馬射線能譜，當被測物料總量發生變化時，特徵伽馬射線的衰減量也會發生變化，最終得到的伽馬射線能譜就會存在失真現象。技術實現要素：：為解特徵伽馬射線能譜失真問題，如圖1所示本發明在PGNAA設備後加裝一臺核子皮帶秤，核子皮帶秤由137Cs放射源和電離室兩部分構成，電離室的信號傳送給PGNAA設備計算主機。理論上被測物料越多中子活化產生的特徵伽馬射線也就越多，但是由於物料自身對伽馬射線也具有衰減作用，探測器收集到的特徵伽馬射線也會隨物料的增加成e指數衰減：IEi＝I0Ei×exp(-μmEitm)(1)式中IO0i代表產生能量為Ei的特徵伽馬射線的強度，IEi代表穿過物料後能量為Ei的伽馬射線的強度,μmEi表示能量為Ei的特徵伽馬射線在物料中的質量衰減係數，與物質的原子序數以及射線能量有關，tm為物料的質量厚度。由公式1可知，如果知道μmEi和tm即可量化描述特徵伽馬射線的衰減程度，從而在數學上進行將測量特徵伽馬射線量還原為真實特徵伽馬射線量的補償運算。本發明在PGNAA設備後安裝了一臺核子皮帶秤，採用137Cs放射源、電離室透射結構，核子皮帶秤遵循以下數學關係：N＝N0×exp(-μm0tm)(2)式中N表示有物料時電離室計數，N0表示空皮帶時電離室計數，μm0表示137Cs放射源對應的質量衰減係數，則可推導出將tm帶入公式1，則可以得到：I0Ei=IEi×exp(kEi×ln(NN0))---(3)]]>式中當物質組成成分變化不大的時候，此比例係數近似為常數，這樣我們只要求得常數kEi，通過電離室的計數N、N0即可得到特徵伽馬射線能譜的衰減程度，繼而對能譜進行修正。質量衰減係數與線性吸收係數關係如下：μm＝μ/ρ(4)式中μm為質量衰減係數，μ為線性吸收係數，ρ為物質密度。物質的線性吸收係數μ定義如下：μ=Σi=1mNi*σti---(5)]]>式中Ni表示物質中第i種元素的原子數密度,為第i種元素的伽馬光子與該元素的反應截面，m表示物質由m種元素構成。Ni的計算公式如下：Ni=mpΣi=1mMi*fi*fi*0.602214199---(6)]]>式中mρ表示物質的質量密度，Mi表示元素原子量，fi表示第i種元素在物質中所佔的比例(歸一化之後)。這樣我們只要知道被測物質的大致元素組成成分，根據伽馬光子與各種元素的反應截面-伽馬射線能量的曲線,即可通過公式4、公式5、公式6計算出137Cs放射源對應的質量衰減係數μm0和能量為Ei的特徵伽馬射線在物料中的質量衰減係數μmEi，進而得到比例常數kEi與伽馬射線能量的關係曲線，根據電離室計數N、N0以及公式3即可實現對能譜的補償修正。有益效果：採用本發明對PGNAA設備的特徵伽馬射線能譜進行補償運算，解決了特徵伽馬射線能譜失真的問題，可提升PGNAA設備的檢測精度。附圖說明：圖1為本發明示意圖，圖2為各元素光子截面曲線圖，圖3為計算後比例常數kE曲線圖，圖4為補償前後特徵伽馬射線能譜圖。1-PGNAA設備，2-PGNAA運算主機，3-輸送皮帶，4-被測物料，5-137Cs放射源，6-電離室。具體實現方式：本補償算法具體實現方式由兩部分構成：計算比例常數kEi矩陣、補償運算。1、計算比例常數kEi矩陣在這裡我們假設被測物質為水泥生料，假設特徵伽馬射線均產生於被測物料厚度中心處，水泥生料主要由CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、H2O構成，各物質大致成分見表1，則被測物料中主要含有H、C、O、Al、Si、Ca、Fe七種元素，根據氧化物成分計算各元素比例fi見表2，各元素光子截面曲線圖見圖2。表1水泥生料成分含量表物質CaCO3SiO2Al2O3Fe2O3H2O質量比例75％15％3％2％5％表2水泥生料元素原子比例fi元素比例fiCa0.126127Si0.042042Al0.009892Fe0.004204H0.093427C0.126127O0.598181根據已知的各元素光子截面數據、各元素原子量、各元素比例以及公式6、公式5、公式4即可計算出137Cs放射源對應的質量衰減係數μm0和能量為Ei的特徵伽馬射線在物料中的質量衰減係數μmEi，進而得到比例常數kEi(i＝1～1024，對應10keV～10.24MeV能量)矩陣，kE曲線見圖3。μm＝μ/ρ(4)μ=Σi=1mNi*σti---(5)]]>Ni=mpΣi=1mMi*fi*fi*0.602214199---(6)]]>2、補償運算已知特徵伽馬射線能譜IEi(i＝1～1024)、常數kEi(i＝1～1024)、電離室信號N、N0，即可通過公式3計算出補償後的特徵伽馬射線能譜I0Ei(i＝1～1024)。I0Ei=IEi×exp(kEi×ln(NN0))---(3)]]>在水泥生料檢測應用中，我們比較關心的能譜區域是2.8MeV～10.24MeV，因此我們在計算時只將此部分區域能譜進行補償運算，如圖4所示，曲線I為實測水泥生料能譜(2.8MeV～10.24MeV放大15倍)，曲線I0為補償計算後能譜曲線(補償計算區間為2.8MeV～10.24MeV,此區間曲線放大15倍)。當前第1頁1 2 3