核数据处理讲义2010b1

《核数据处理》课程设计一、课程设计的目的及基本任务本课程是《核数据处理》课的后续教学实践环节，目的在于加深学生对核数据处理课程的理解，并能独立或合作完成一些核数据的处理，且能合理解释其结果。

该课程主要在前续计算机语言课程学习的基础上，对已获得的核数据进行某一特定目的编程，以获得良好分析结果，从而使得学生掌握如何提取有价值的信息量，为解释异常、环境评价等做好铺垫。

二、课程设计的基本内容和要求（一）教学模式和教学方法的基本要求本着有利于学生动手能力的培养、有利于学生设计思路的拓宽，加深对核数据处理课程教学内容的理解和应用，本课程设计主要采用以学生自己动手完成为主，以师生交流为辅的教学模式。

（二）实习质量标准要求设计报告内容：课程设计题目，时间、地点，设计任务，设计目的要求，设计原理及方法（程序设计给出流程图与程序解释），设计成果，设计的心得、体会以及对该实习的建议等。

上交资料：每人提交课程设计报告一份与程序设计源代码。

三、课程设计项目与时间安排设计项目1：指导老师提供γ能谱（具体见附件1），学生对其进行平滑处理，并寻峰。

具体要求：学生必须采用两种或是两种以上的方法实现对所给γ能谱的平滑，并进行寻峰，寻峰不要求完全找出每个峰，上述均需给出具体的程序源代码，平滑前后均需画出能谱图。

设计项目2：指导老师提供X荧光能谱（具体见附件2），学生对其进行寻峰，并找出边界，对其峰面积进行计算。

具体要求：学生首先对能谱进行寻峰（找出每个峰）并找出峰边界，采用两种或是两种以上方法实现对所给能谱的峰面积计算，上述均需给出具体的程序源代码，平滑前需画出能谱图。

注意：采用何种平台，何种编程语言不限，可以采用Matlab、LabVIEW，VC，VB 等均不限。

课程设计地点在学院所在实验室机房（地学楼C502）中进行。

四、成绩考核方法及成绩评定核数据处理课程设计从总体表现、设计方案的质量、设计成果质量等方面设定评分办法和评分标准。

核磁数据处理方法概述：核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种常用的分析技术，广泛应用于化学、生物、医学等领域。

核磁数据处理是对采集到的核磁共振信号进行处理和分析的过程，旨在提取样品的结构和性质信息。

本文将详细介绍核磁数据处理的常用方法和流程。

一、数据采集核磁数据处理的第一步是进行数据采集。

核磁共振仪器通过激发样品中的核自旋，利用核自旋与外加磁场的相互作用产生的共振信号进行数据采集。

通常，核磁共振仪器会采集一系列的共振信号，以覆盖样品中的不同核自旋。

二、峰提取峰提取是核磁数据处理的重要步骤，用于从原始数据中提取出样品中各个核自旋的共振峰。

常用的峰提取方法包括基线校正、峰识别和峰积分。

基线校正用于消除原始数据中的基线漂移，以保证峰的准确性。

峰识别是通过设定峰的阈值和宽度，自动识别出原始数据中的峰。

峰积分则是计算峰的面积，用于定量分析样品中各个核自旋的含量。

三、峰归属峰归属是将提取出的峰与样品中的核自旋进行关联的过程。

峰归属通常依赖于已知的化学位移和耦合常数等信息。

通过与数据库中的已知化合物进行比对，可以确定峰的归属，进而推断样品中的化合物结构。

四、峰分析峰分析是核磁数据处理的核心内容，用于从峰的形状和位置等信息中提取出样品的结构和性质。

常用的峰分析方法包括化学位移分析、耦合常数分析和峰形分析。

化学位移分析用于确定核自旋在磁场中的化学环境，从而推断出样品中的官能团和化学键。

耦合常数分析则用于确定核自旋之间的相互作用，从而推断出样品中的键合关系。

峰形分析则通过分析峰的形状和宽度等信息，推断出样品的立体构型和动力学性质。

五、数据处理数据处理是核磁数据处理的最后一步，用于对处理后的数据进行进一步的分析和展示。

常用的数据处理方法包括峰图绘制、峰图修饰和数据拟合。

峰图绘制用于将处理后的数据以图形的形式展示出来，便于观察和分析。

峰图修饰则可以通过调整峰的颜色、线型和标签等属性，使图形更加美观和易读。

第一章：能谱数据的获取什么是核辐射探测器核辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号(光、热、色或径迹)的转换器，即传感器或换能器。

利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器核辐射探测器的工作原理• 基于粒子与物质的相互作用。

• 带电粒子：与物质中原子的轨道电子直接相互作用；• γ/X射线：光电效应，康普顿效应，电子对效应• 中子：核反应产生带电粒子核辐射探测器的分类按工作原理分类：• 利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器• 利用射线通过物质产生的荧光现象做成的辐射探测器。

闪烁体探测器N aI(Ti) C sI(Ti/Na) BGO LaBr3• 利用辐射损伤现象做成的探测器。

径迹探测器CR-39径迹片。

• 利用射线与物质的核反应或相互碰撞产生易于探测的次级。

自给能探测器利用射线与物质的相互作用的其它原理制成的辐射探测器切伦琴科夫探测器。

热释光探测器谱仪中为什么需要前置放大器：1.由于探测器输出的信号比较小，提高信号的差异匹配后续电路，必须对信号进行放大。

2.直接将两者连接在一起，系统笨重，且可能受周围环境（空间太小，辐射太强）的影响。

3.同时为减少探测器输出端到放大器间的分布电容、匹配传输线阻抗，减少外界干扰，提高信噪比。

前置放大器的作用：1.提高系统的信噪比2.减少信号传输过程中外界干扰的相对影响3.合理布局，便于调节与使用4.实现阻抗转换与匹配模拟式谱仪采集一个信号的过程数字化谱仪与模拟式谱仪的区别与联系数字化谱仪：对探测器输出脉冲信号进行采样模拟式谱仪：第二章：能谱数据的特征线状谱转变成类高斯峰的原因a)探测器产生离子对的统计涨落b)探测器的边缘效应c)电子线路的弹道亏损d)脉冲堆积效应谱线“拖尾”形成的根源低能拖尾：当探测器介质中存在缺陷时，该缺陷会复合或俘获电子(或空穴)，导致实际收集的电量减少，其结果使得计数从高能段向能端转移，峰偏离高斯分布，出现“低能拖尾”。

核物理实验中的数据处理与分析在核物理这一充满奥秘与挑战的领域中，实验是探索未知、验证理论的重要手段。

而在实验过程中，数据处理与分析则是获取有价值信息、得出科学结论的关键环节。

它就像是一把钥匙，能够打开核物理世界隐藏的大门，让我们得以窥探其中的奥秘。

核物理实验所产生的数据通常具有复杂性和多样性。

这些数据可能来自于粒子探测器、能谱仪、加速器等各种高精度的仪器设备。

例如，在粒子探测器中，我们可能会得到大量关于粒子的能量、动量、位置、时间等信息。

这些数据往往是海量的，且包含着各种噪声和干扰。

因此，如何从这些纷繁复杂的数据中提取出有用的信号，是数据处理的首要任务。

在数据处理的过程中，第一步通常是数据的预处理。

这包括对原始数据的筛选、清洗和校准。

比如，去除明显的异常值、修正由于仪器误差导致的数据偏差等。

就像我们在筛选豆子时，要把坏的、瘪的豆子挑出去，以保证剩下的都是优质的。

接下来，是数据的转换和数字化。

许多核物理实验中的信号最初是以模拟形式存在的，需要通过模数转换器将其转变为数字信号，以便计算机进行处理和分析。

这就好比把我们手写的信件转化为电子邮件，更便于传输和处理。

在数据处理中，还有一个重要的环节是滤波。

滤波的目的是去除数据中的噪声和干扰，使有用的信号更加清晰突出。

常见的滤波方法有低通滤波、高通滤波、带通滤波等。

想象一下，当我们在嘈杂的环境中听音乐，如果能过滤掉周围的噪音，就能更清晰地听到美妙的旋律。

数据压缩也是常见的操作之一。

由于核物理实验产生的数据量巨大，为了减少存储和处理的负担，需要对数据进行压缩。

但在压缩的过程中，要确保不会丢失重要的信息。

完成了数据处理，接下来就是数据分析。

数据分析的方法多种多样，其中最常用的是统计分析。

通过计算均值、方差、标准差等统计量，我们可以对数据的集中趋势和离散程度有一个初步的了解。

假设检验也是数据分析中的重要工具。

我们可以通过假设检验来判断实验结果是否与预期的理论模型相符。

核数据处理课程设计报告前言：由多道脉冲分析器获取的谱数据需要以一定的数学方法进行处理才能得到实验要求的最终结果。

能谱的数据处理大致可以分为两个步骤。

首先进行峰分析，即由能谱数据中找到全部有意义的峰，并计算出扣除本底之后每个峰的净面积。

第二步是放射性核素的活度或样品中元素浓度的计算，即由峰位所对应的能量识别出被测样品中含有哪些放射性核素或被激发的元素，并且由峰的净面积计算出放射性核素的活度或元素在样品中的浓度。

能谱处理基本流程图：一、处理过程原理1、重心法平滑法所谓重心法就是假设光滑后的数据是原来数据的重心。

对某一质点的集合体，由于各质点所受合外力大小方向不同，如果该质点系所受合外力为零，那么该物体重心不变。

对于能谱而言，由于噪声信号的幅度平均值为零。

所以各数据点的重心不变。

选取加权因子和归一化因子，使光滑后的数据成为原来数据的重心。

常见的有5点和7点光滑。

三点重心法：114/12/14/1+-++=i i i y y y i y五点法重心法：)464(16/12112++--++++=i i i i i y y y y y i y2、高斯乘积函数找峰法 描述谱峰形状的函数主要是高斯函数[]2202/)(exp 2)(σσπi i A i G --=则由相邻的数据点定义一个新的函数（第一高斯乘积函数，只与σ2.3556FWHM =有关）：2)092.11exp()()2()1()()(2≥=+--+=m Hm m i G i G m i G i G i P m m 是步长（用道表示），是高斯乘积函数的阶数，则Pm(i)称为第m 阶高斯乘积函数。

找峰的灵敏度与m 有关，随m 的增加灵敏度提高。

为避免基线参数的影响，最好扣除本底后，再应用高斯乘积函数找峰。

考虑统计涨落的影响，把判断无峰存在的1变为一个“单位带”。

即峰的判断为：3)/1(/1)(≥⎪⎩⎪⎨⎧+>±≤=k y k y k i P i i m 有峰无峰随着k 的增大，可以减少统计涨落的影响，但k “过大”会漏失真峰。

《核安全综合知识》z常用的核辐射类型及特征（3）{β粒子来源于原子核的β衰变，衰变有三种类型：β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获EC。

β-衰变、β+衰变中发射的电子或正电子的能量是连续的，从0到极大值Eβ,max 都有，图1-7表示了β-衰变中发射电子能量分布，对应某核素的电子的最大动能Eβ,max是确定的。

3. X射线和γ射线都是一定能量范围的电磁辐射，又称光子辐射。

光子静止质量为0，不带任何电荷。

单个光子的能量与辐射的频率ν成正比，即, E=h ν，h为普朗克常数，它的数值等于6.626×10-34J·s。

{每一个光子的能量都是确定的，任何光子在真空中的速度都是相同的，即为光速C(3×108m/s)。

{X射线和γ射线的唯一区别是起源不同。

从原子来说X射线来源于核外电子的跃迁, 而γ射线来源于原子核本身高激发态向低激发态（或基态）的跃迁或粒子的湮灭辐射。

《核安全综合知识》（2）康普顿效应入射γ光子同原子中外层电子发生碰撞，入射光子仅有一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子；而光子能量减小，变成新光子，叫做散射光子，运动方向发生变化，这一过程叫康普顿散射或效应。

hν和hν’分别为入射光子和散射光子的能量；θ为散射光子和入射光子间的夹角，Φ称做散射角，为反冲电子的反冲角。

反冲电子具有一定动能，等于入射γ光子和散射γ子光子能量之差。

反冲电子在物质中会继续产生电离和激发等过程，对物质发生作用和影响；散射光子有的可能从物质中逃走，有的留在物质中再发生光电效应或康普顿效应，最终一部分被物质吸收，一部分逃逸出去（3）电子对效应当一定能量的γ光子进入物质时，γ光子在原子核库仑场作用下会转化为一对正负电子，这一现象称做电子对效应。

电子对效应发生是有条件的。

在原子核库仑场中，只有当入射γ光子的能量≥1.02MeV时才有可能。

入射光子的能量首先用于转化为正负电子对的静止能量(0.51MeV + 0.51MeV = 1.02MeV)，剩下部分赋予正负电子的动能。