一種數(shù)字化中子譜儀響應(yīng)矩陣獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于放射性物品探測領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字化中子譜儀響應(yīng)矩陣獲取方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體閃爍體探測器是屬于有機(jī)閃爍體探測器中的一種，對于有機(jī)閃爍體，其優(yōu)點(diǎn) 是含氫的密度大，因而中子探測效率高，而且時間響應(yīng)快。另外又由于其具有很好的粒子甄 別性能，所以它們被廣泛的用于快中子探測。下面簡單的介紹一下液體閃爍體的發(fā)展歷史。
[0003] 利用有機(jī)液閃探測器測量中子能譜的測量原理是：當(dāng)入射中子和H原子核發(fā)生彈 性散射時，中子的運(yùn)動方向改變，能量也有所減少，中子減少的能量傳遞給H原子核，使H原 子核以一定速度運(yùn)動。這個H原子核就稱為反沖質(zhì)子，其具有一定電荷，可以作為帶電粒子 來記錄。記錄了反沖質(zhì)子就是探測到了中子。反沖質(zhì)子能量與入射中子能量相關(guān)，根據(jù)反 沖質(zhì)子能量沉積譜和液閃探測器響應(yīng)函數(shù)可以反演出入射中子能譜信息。
[0004] 利用脈沖形狀分析技術(shù)對探測器直接測量的脈沖幅度譜進(jìn)行解譜時，需要清楚的 計(jì)算探測器的響應(yīng)函數(shù)，即描述入射粒子的能量與其引起的脈沖幅度之間的隨機(jī)關(guān)系的函 數(shù)，可以表示為：
[0005]
[0006] 式中，EO為入射粒子的能量；R(E0，h)為響應(yīng)函數(shù)；G(E，h)為高斯分辨函數(shù)； D(E0，E)為能量沉積譜；D(E0，E)dE表示入射能量為EO的光子在探測器內(nèi)沉積能量在 (E，E+dE)內(nèi)的概率；τι (EO)為探測效率，是晶體內(nèi)至少發(fā)生一次反應(yīng)的粒子計(jì)數(shù)與入射到 探測器上的粒子數(shù)目之比。也是D(E0，E)的歸一因子，即：
[0007]
[0008] 獲取響應(yīng)函數(shù)的目的就在于構(gòu)建響應(yīng)矩陣R，利用其解中子能譜。
[0009] 響應(yīng)矩陣的準(zhǔn)確度直接決定了解譜后中子能譜的精度，目前中子響應(yīng)矩陣的獲得 往往采用理論計(jì)算和單能點(diǎn)實(shí)驗(yàn)刻度相結(jié)合的方式進(jìn)行響應(yīng)矩陣的獲取。通過理論計(jì)算感 興趣能區(qū)單能中子響應(yīng)函數(shù)，計(jì)算程序采用德國技術(shù)物理研究院（PTB)開發(fā)的NRESP7程 序。然后根據(jù)單能中子實(shí)驗(yàn)測量脈沖幅度譜對實(shí)驗(yàn)譜進(jìn)行擬合修正，獲取實(shí)驗(yàn)譜與理論譜 的壓縮因子，對壓縮因子進(jìn)行修正，從而獲得與單能中子脈沖幅度譜（實(shí)驗(yàn)譜）吻合較好的 響應(yīng)函數(shù)。
[0010] 這種響應(yīng)函數(shù)獲取方式的主要不足是：1. NRESP7程序模擬發(fā)光過程是對用戶隱 藏的，用戶無法針對一些特殊的結(jié)構(gòu)探測器進(jìn)行響應(yīng)函數(shù)計(jì)算。2. NRESP7程序無法考慮液 閃最終產(chǎn)生電子數(shù)目是具有統(tǒng)計(jì)隨機(jī)分布的。
[0011] 3.理論計(jì)算譜沒有考慮實(shí)驗(yàn)譜零道修正。
[0012] 參考文獻(xiàn)：Neutron Spectrometry in Mixed Fields :NE213/BC501A Liquid Scintillation Spectrometers. Radiation Protection Dosimetry Vol. 107, Nos 1-3,pp，95-109(2003);。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種數(shù)字化中子譜儀響應(yīng)矩陣獲取方 法，該方法簡化了獲得響應(yīng)矩陣參數(shù)調(diào)試過程，節(jié)約了響應(yīng)函數(shù)獲取時間成本，提高了響應(yīng) 函數(shù)的計(jì)算精度。
[0014] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種數(shù)字化中子譜儀響應(yīng)矩陣 獲取方法，包括以下步驟：
[0015] a、通過單能中子實(shí)驗(yàn)刻度獲取數(shù)字化中子譜儀的單能中子在實(shí)驗(yàn)?zāi)茳c(diǎn)的響應(yīng)函 數(shù)；
[0016] b、建立解方程模塊，利用高次非齊次方程殘差最小二乘法求解；
[0017] c、結(jié)合上述步驟a和步驟b，獲得中子譜儀的響應(yīng)函數(shù)相關(guān)參數(shù)，即發(fā)光因子、零 道位置以及每道能量；
[0018] d、建立響應(yīng)矩陣計(jì)算模塊；
[0019] e、獲得待測中子完整的響應(yīng)矩陣。
[0020] 進(jìn)一步，步驟a)中，所述單能中子通過串列靜電加速器核反應(yīng)法獲取，每個單能 中子的能量點(diǎn)脈沖幅度譜需滿足下列方程
[0021]
[0022] 其中：(4)式中，Δ E為多道譜能量間隔；Ch。為0點(diǎn)對應(yīng)道數(shù)；k和B均為常數(shù)，該 常數(shù)只依賴閃爍體的化學(xué)組成，與入射粒子無關(guān)；dE/dx為帶電粒子在閃爍介質(zhì)的單位路 徑上消耗的能量；通過聯(lián)立三個以上的方程組，獲得每個單能中子實(shí)驗(yàn)點(diǎn)探測器每道的對 應(yīng)能量Δ E、0點(diǎn)對應(yīng)道數(shù)Ch。以及常kB。
[0023] 進(jìn)一步，在步驟b中，所述高次非齊次方程殘差最小二乘法求解，采用多次嘗試算 法結(jié)合方差最小判定，最終獲得與全部實(shí)驗(yàn)結(jié)果最接近的每道能量AE、零道位置Ch。以及 發(fā)光因子kB三個參數(shù)。
[0024] 進(jìn)一步，在步驟d中，所述響應(yīng)矩陣計(jì)算模塊，編制了 main函數(shù)，定義初始化類以 及用戶行為類，同時定義可視化接口。
[0025] 進(jìn)一步，所述用戶行為類中，基于上述方程（4)設(shè)置了質(zhì)子和電子發(fā)光函數(shù)。
[0026] 進(jìn)一步，所述響應(yīng)矩陣模塊計(jì)算方法如下：
[0027] 1)判斷最小模擬計(jì)算步長Step中是否有能量沉積，如果有能量沉積，判斷是由什 么粒子產(chǎn)生，如果該粒子是光子，則銷毀該跟蹤過程并且使其光子產(chǎn)生的次級反應(yīng)道關(guān)閉。
[0028] 2)如果該最小模擬計(jì)算步長Step產(chǎn)生的能量沉積的粒子類型是質(zhì)子，則添加實(shí) 驗(yàn)譜刻度得到的發(fā)光函數(shù)，
I過GetTotalEnergyDeposit ()函 數(shù)得到質(zhì)子沉積能量，通過GetSt印LengthO函數(shù)得到粒子的路徑長度，通過刻度實(shí)驗(yàn)得 到Birks的發(fā)光函數(shù)，確定該步產(chǎn)生的光子數(shù)。
[0029] 3)如果判斷該最小模擬計(jì)算步長Step跟蹤粒子為電子，根據(jù)電子產(chǎn)生的熒光數(shù) 與電子能量是線性關(guān)系，對所有最小模擬計(jì)算步長Step中由質(zhì)子和電子產(chǎn)生的光子數(shù)求 和，即為該中子事件產(chǎn)生的光子數(shù)總和。
[0030] 進(jìn)一步，在步驟2)中，加入高斯分布展寬函數(shù)，所述展寬函數(shù)采用實(shí)驗(yàn)刻度方法 確定。
[0031] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：
[0032] (1)本發(fā)明設(shè)置了一種實(shí)驗(yàn)刻度方法，開發(fā)了一款基于Window窗口程序的高次非 齊次方程組殘差最小解方程模塊；由此，簡化了響應(yīng)函數(shù)的計(jì)算時間，提高了響應(yīng)函數(shù)的計(jì) 算精度；
[0033] (2)本發(fā)明開發(fā)了一套液閃響應(yīng)矩陣計(jì)算模塊，該響應(yīng)矩陣計(jì)算模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)刻 度的發(fā)光因子、電子學(xué)零道位置、每道對應(yīng)的能量間隔，建立與實(shí)驗(yàn)探測系統(tǒng)幾乎相同的液 閃發(fā)光物理過程，對實(shí)際系統(tǒng)電子學(xué)零道進(jìn)行了修正，同時模擬了熒光產(chǎn)生過程中的隨機(jī) 統(tǒng)計(jì)分布；由此，簡化了獲得響應(yīng)矩陣參數(shù)調(diào)試過程，節(jié)約時間。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明數(shù)字化中子譜儀響應(yīng)矩陣獲取方法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是I. 15MeV單能中子計(jì)算響應(yīng)函數(shù)和I. 15MeV單能中子實(shí)驗(yàn)脈沖幅度譜的示 意圖；
[0036] 圖3是4MeV中子能量NRESP7計(jì)算結(jié)果經(jīng)壓縮因子修正之后的響應(yīng)函數(shù)以及4MeV 中子能量實(shí)驗(yàn)譜；
[0037] 圖4是遍歷算法求解KB因子程序窗口圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0039] 如圖1所示，是本發(fā)明提供的中子譜儀響應(yīng)矩陣獲取的方法，通過單能中子的實(shí) 驗(yàn)刻度獲取數(shù)字化中子譜儀lMeV-20MeV單能中子在實(shí)驗(yàn)?zāi)茳c(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)；建立解方程模 塊，利用高次非齊次方程殘差最小二乘法求解；將上述兩種步驟相結(jié)合獲得中子譜儀的響 應(yīng)函數(shù)的相關(guān)參數(shù)，即發(fā)光因子、零道位置以及每道能量；建立響應(yīng)矩陣計(jì)算模塊；獲取待 測中子完整的響應(yīng)矩陣。
[0040] 具體包括兩大部分內(nèi)