基于便携式NaI谱仪的核素识别算法

便携式LaBr3谱仪使用说明书1.产品简介北京中智核安科技有限公司为用户提供的LaBr3能谱仪由LaBr3探头、多道能谱仪、高压模块、光电倍增管、能谱采集与分析软件、无源效率刻度软件、计算机、以及连接电缆等组成，整体外观结构如图1所示。

溴化镧测量系统具有核素识别、点源活度测量、剂量率测量以及瀑布图辅助寻源分析功能。

其中多道能谱仪、高压模块管集成如图2。

在核素识别方面，采用时间序列贝叶斯变换结合能谱分析进行核素识别，对于Am-241、Cs-137、Co-60、Ba-133、U-235、U-238、Eu-152等常见放射性核素，当对剂量率贡献超过环境剂量率10%时，能够在10秒内正确识别核素。

同时，谱仪带两个数据处理终端，一个终端与探测器通过数据线有线连接并固定在探测器上，另外一个为笔记本电脑，笔记本电脑和便携式谱仪之间通过WIFI实时无线通讯。

笔记本电脑上除了与第一个终端安装有完全相同的测量软件外，还安装有无源效率刻度软件，和LaBr3探测器专用能谱解析软件，能谱解析软件能够解析重峰。

图１溴化镧探测器图2 电子学系统1.1溴化镧探测器●晶体尺寸：2英寸（可选配3英寸和1.5英寸晶体）；●能量分辨率：＜2.8%（对于Cs-137的661.7KeV特征峰）；●能量范围：30KeV到3MeV；●能量线性：优于±1%；●多道：4096道；●具有直接测量点源活度功能，点源活度测量精度在10％以内，以上指标需提供国家级计量部门出具的检定证书。

具有测量体源活度功能；●电源：USB 5V供电；●重量：小于2Kg；●具有核素识别、活度测量、剂量率测量以及以及瀑布图辅助寻源分析功能；●通讯方式：有线、wifi以及蓝牙通讯，通讯距离大于5米。

1.2上位机软件图3 能谱图界面图4 瀑布图以及剂量率曲线界面●利用自生放射性进行能量刻度和稳谱。

●谱仪控制：可实现的参数设置包括：放大示、调节高压、显示实时间/活时间等；●用户可以自定义核素库；●实时显示剂量率、识别核素以及等瀑布图；图5能谱图界面，图6瀑布图以及剂量率曲线界面；●开机之后进行自动刻度，同时，也可以进行采样刻度；●具有一键测量、保存、清谱、报警、数据传输以及报警阈值设置等功能。

实验三 用NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪辨识未知源一. 实验目的1、了解闪烁谱仪的工作原理，学习调整闪烁谱仪的实验技术。

2、掌握测谱技术及分析简单γ能谱的方法。

3、掌握谱仪能量分辨率及能量线性的测量方法。

4、学习谱仪应用的实例——辨别未知源的方法。

二. 实验内容1、熟悉线性放大器与单道脉冲幅度分析器，以及计算机多道脉冲幅度分析器的使用，调整谱仪至正常工作状态。

2、选择合适实验条件，用单道测量137Cs 的γ能谱，确定单道系统的能量分辨率。

3、利用多道脉冲幅度分析器测量137Cs 源及60Co 源的全谱；刻度谱仪能量线性，确定能量分辨率、峰康比；对137Cs 的γ能谱进行谱形分析并与理论比较。

4、测量未知源的γ能谱，确定峰位的能量，进而辨别未知源。

5、 比较NaI 和BGO 两种不同闪烁体的性能。

三. 实验原理1、 NaI(T1)单晶γ谱仪简介NaI(T1)单晶闪烁谱仪由一块NaI(T1)闪烁体、光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器(或多道分析器)定标器等电子学设备组成，示意图见图3-1。

图3-1 Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图光电 倍增管闪烁体射极 输出 器线性脉冲 放大器单道脉冲幅度分析器多道脉冲 幅度分析器自动 定标器高压电源示波器源γ射线入射闪烁体内，产生次级电子，使闪烁体内原子电离、激发后产生荧光。

这些光信号被传输到光电倍增管的光阴极，经光阴极的光电转换和倍增极的电子倍增作用而转换成电脉冲信号，它的幅度正比于该次级电子能量，再由所连接的电子学设备接受放大、分析和记录。

NaI(T1)单晶γ谱仪测量γ射线的过程由图3-2示说明。

图3-2 γ射线和闪烁体交互作用至光电倍增管阳极形成电流脉冲的示意图这种谱仪对γ射线的探测效率高、分辨时间短、价格相对便宜。

可用来测量射线的通量密度，也可用来对辐射进行能量分析，在核物理研究及核技术应用的各领域中广泛使用。

2、 单能γ谱的谱形分析方法谱仪测得的是脉冲数按幅度的分布，即脉冲幅度谱，简称脉冲谱，一般提到谱仪测得γ谱均系指此脉冲谱。

便携式核素识别仪国标标准便携式核素识别仪是一种用于检测辐射环境中放射性核素的设备，具有便携、高精度、快速响应等特点，被广泛应用于国家安全、环境监测、核电站和医疗等领域。

为了规范便携式核素识别仪的生产和使用，制定了国家标准，以下是便携式核素识别仪国标标准的详细介绍。

一、标准适用范围本标准适用于便携式核素识别仪的生产、检验、使用和维护。

二、术语和定义2.1 核素指具有一定质量数和原子序数的同位素。

2.2 本底指无放射性物质存在时，探测器输出信号的平均值。

2.3 灵敏度指便携式核素识别仪探测器对放射性核素的响应能力。

2.4 最小检出限指便携式核素识别仪能够检测到的最小放射性核素浓度。

三、技术要求3.1 设备结构便携式核素识别仪应由探测器、信号处理器、数据处理器等组成，具有轻便、易携带、易操作的特点。

3.2 探测器性能探测器应具有高灵敏度、低本底、广能量响应范围等特点。

3.3 信号处理器性能信号处理器应具有高精度、低功耗、快速响应等特点。

3.4 数据处理器性能数据处理器应具有高速、高精度、低功耗等特点。

3.5 标定方法便携式核素识别仪应采用标准放射源进行标定，并记录标定参数和标定时间。

3.6 最小检出限便携式核素识别仪的最小检出限应符合国家相关标准。

四、检验方法4.1 外观检查检查便携式核素识别仪外观是否完好，各部件是否牢固。

4.2 功能检查检查便携式核素识别仪各项功能是否正常，包括探测器响应灵敏度、信号处理器精度和数据处理器速度等。

4.3 标定检查检查便携式核素识别仪是否按照标定方法进行标定，并记录标定结果是否符合要求。

4.4 最小检出限检查检查便携式核素识别仪的最小检出限是否符合国家相关标准。

五、使用注意事项5.1 使用前应进行检查，确保设备完好。

5.2 使用时应注意安全防护措施，避免辐射伤害。

5.3 使用后应及时清洁和保养设备，延长设备使用寿命。

六、保养方法6.1 定期进行内部清洁，避免灰尘和杂质进入设备内部。

SAM935便携式核子谱仪技术培训资料香港中威仪器公司上海天视科技发展有限公司编制二00五年二月第一部分概述自一九0三年，克鲁克斯.埃尔斯特和盖特尔利用荧光物质观察到放射性引起的单个闪光，从而发现了闪烁现象至今已有一个多世纪了。

一百多年来，闪烁探测器为科学的进步和发展作出了重要的贡献。

1919年卢瑟福利用这一技术发现了原子核的存在，进而发现了同位素的人工蜕变。

由于人们尚未找到记录光闪烁的有力工具，在20年代、30年代和40年代初期，核测量领域的主要手段为电离室、正比计数器和G-M计数器等气体探测器。

40年代，科学家研制出光电倍增管，1944年柯伦和贝克采用硫化锌闪烁体和光电倍增管（GDB）记录了α粒子的强度。

1948年霍夫斯塔特发现了NaI(TI)单晶闪烁体，并用它来测量γ射线，从此在核测量领域引起了巨大的推动和快速发展。

由于闪烁探测器具有气体探测器无法比拟的分辨时间短、探测效率高等优点，因此NaI探测器独领风骚二十多年之久。

经过几十年的发展，闪烁探测器已成为一种完善的和成熟的探测技术。

六十年代迅速发展起来的半导体探测器（金硅面垒型、锂漂移型、高纯锗型、高纯硅型等，按结构可分同轴型，端面型等）具有能量分辨率高，线性范围宽等等优点，很快得到了越来越广泛的应用，特别在能谱分析领域，几乎成了无可替代的首选探测器，但与NaI探测器相比较，高纯锗探测器具有投资高、运行费用高、相对效率较低、输出脉冲幅度较小等缺点。

至二十世纪末期，随着计算机技术、单片机技术和电子器件技术的迅猛发展，可以采用软硬件技术克服NaI的分辨率较低、温度漂移较大、能量线性差等缺点，充分发挥它的探测效率高、价格便宜、运行成本低、工作可靠等优点，使得其重新焕发了青春，受到了核环境监测人员的青睐，尤其在用于现场实时监测的领域。

便携式环境谱仪提供一种在事故释放或大面积调查中确定环境中放射性核素的快速方法，它通过测定光子积分通量（注量）率的谱分布，来确定地面和空中的放射性水平、核素种类、特定的放射性核素剂量，也可用于控制计划释放、剂量重建、环境改造和寻找放射源等。

基于NaI(Tl)伽马谱仪的反演分析法在海水放射性探测中的应用毕海杰;张颖颖;吴丙伟;冯现东;石岩【期刊名称】《海洋科学进展》【年(卷),期】2024(42)2【摘要】伴随着核能的快速发展和应用,海洋放射性环境安全监测受到了越来越多的关注。

因具有成本低、功耗低、探测效率高等优点,NaI(Tl)伽马谱仪成为海洋放射性自动连续监测主要应用的仪器。

但是,该谱仪探测分辨能力尚存在不足,导致核素甄别和定量检测存在困难。

为了解决该困难,本研究采用理论计算、仿真模拟和实验测量等技术手段,开展基于反演分析的海水伽马能谱处理分析方法研究。

研究结果表明:仿真实验中经过反演分析法计算的重构谱线的分辨率得到大幅改善,与仿真能谱中核素的道址和活度的参考值相比,重构谱线的^(134)Cs、^137Cs、^(60)Co和^(40)K核素峰的道址误差在2道以内,活度计算误差在4%以内。

在位于青岛的海洋科学实验站进行的海水现场实验结果表明反演分析法对_(40)K核素的活度分析结果为1.218×10^(4) Bq·m^(-3)。

该方法能够有效解决NaI(Tl)伽马谱仪探测分辨能力不足的问题,实现准确的海水放射性核素分析。

【总页数】9页(P349-357)【作者】毕海杰;张颖颖;吴丙伟;冯现东;石岩【作者单位】齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所;山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室;国家海洋监测设备工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】X837【相关文献】1.岩心自然伽马射线NaI（Tl）谱的解析2.半导体制冷技术应用于NaI(Tl)伽马能谱仪恒温稳谱方法初探3.NaI（Tl）谱仪 LED 稳谱中的 LED 驱动方法研究4.降低NaI(Tl)γ谱仪探测限的技术探讨5.基于NaI(Tl)谱仪的3种γ能谱解谱方法比较因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

便携式核素检测分析仪（identiFINDER）
使用方法和注意事项
操作说明
按住开关键，直至看到报警指示红灯闪亮，启动仪器。

进行以下程序：能量校准状态→剂量率测量工作状态，此时，屏幕下方对应：
L→寻找放射源，屏幕上显示剂量率测量值，当剂量率测量值不断增加时，仪器发出蜂鸣报警，提示周围有可能存在放射源。

此时，屏幕下方对应：L→剂量率工作状态；M →识别放射源；R →可选项。

M→识别放射源，仪器自动开始倒计时30 秒的γ射线的数据采集，仪器会显示计数和倒计时间。

数据采集完毕自动分析核素源特点。

结果存在三种可能：（1）活度偏低，是否继续测量（Low Activity! Do you want to continue）表示放射源活度偏低，可根据情况选择是否继续测量；
（2）核素库内没有所测资料（Nuclide Listing: Not in Library）；
（3）核素有70% 可能性为工业核素60C o（Nuclide Listing: 70% C o-60）。

R→可选项，选择调试工作模式，参数设置等。

按住开关键，直至听到蜂鸣声，松开开关键，关闭仪器。

注意事项
仪器使用过程中，除与应用有关的参数，其他硬件参数在没有得到厂家许可使用者不得随意更改，否则将会影响仪器的测量精度。

检测器部分（仪器顶端红色部分）不能打开，否则将会损害检测器影响仪器测量。

专利名称：一种基于模式识别的核素快速识别方法专利类型：发明专利
发明人：许鹏,霍永刚,蔡星会,黎素芬,韩峰
申请号：CN201310090770.5
申请日：20130319
公开号：CN103424766A
公开日：
20131204
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于涉及一种将模式识别方法应用于数字化谱仪中进行核素快速识别的方法。

采用数字谱仪对核辐射脉冲信号进行实时采集及数据预处理，并选定相关核素的特征能量射线及其特征能峰的面积增长比为所需的特征信息。

其中特征能量射线可作为主特征用于核素存在的判别，特征能峰的面积增长比作为辅助特征用于多射线核素并行分析的判据。

本发明的优点在于：用核素特征能峰的面积增长比取代传统方法中选取核素特征射线全能峰面积作为识别核素存在的依据，不受前期累积的核素特征射线全能峰计数面积的干扰，提高了核素识别的可靠性。

特征提取过程将输入模式从对象空间映射到特征空间，压缩了信息量，易于进行识别判断，提高了核素的识别速度和效率。

申请人：中国人民解放军第二炮兵工程大学
地址：710025 陕西省西安市灞桥区同心路2号第二炮兵工程大学
国籍：CN
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0引言就地γ谱测量技术具有可现场直接测量，回应速度快、测量方式灵活，测量针对性强等优点，在核事故应急监测中，能够快速为指挥防护行动和其他应急回应决策提供数据支持，具有重要意义。

就地谱仪的刻度技术研究始于20世纪60-70年代，HASL 实验室的Beck 等人利用γ谱仪进行了就地测量环境土壤中放射性核素活度浓度的方法和技术研究。

他们论述了就地测量中所涉及的各种几何因子，给出了校准的原则[1，2]。

这些校准原则被称为Beck 公式法，在辐射环境本底调查等方面有重要应用[3-4]。

国内的就地γ谱仪刻度技术研究主要集中于以下三类：一是利用Beck 公式法实验刻度γ谱仪；二是采用蒙特卡罗方法刻度；三是根据γ射线的迭加原理，以正六边形有限尺寸面源替代无限大面源的实验刻度方法[5-8]。

现有就地谱仪测量技术的研究更多是针对HPGe γ谱仪，且侧重于常规监测，不能很好满足事故条件下，高辐射剂量和快速响应的需求。

与常规监测，例如辐射环境本底调查等场景相比，应急监测时对谱仪的能量分辨率要求降低，而对结实耐用等性能的要求提高，同时需要更快获取监测数据。

此时碘化钠谱仪供电方便、易于携带、支持抛投式快速布设，以及机动性和环境适用性强的优势会被放大；而能量分辨率相对较低，且主要只能分辨较高能量的γ射线的劣势会减小。

碘化钠谱仪的上述优势决定了其在面临类似于福岛事故等交通及保障不便的情形下，能够更早地被部署到所需位置，在核事故应急条件下发挥独特的作用。

因此，在应急监测方面，价格更低、环境适应性强的碘化钠谱仪也不失为一种合适的选择。

因此，开展碘化钠谱仪就地测量技术研究是必要的。

本文对一台NaI 谱仪，采用点源模拟面源的方法进行刻度，通过模拟计算给出了刻度因子，并通过实验验证了模拟的准确性。

1原理与方法在核事故中后期，放射性物质沉积在地表，可近似认为呈均匀面源分布。

此时就地测量的原理是土壤表面的放射性核素所发射的某一种能量的γ光子，在地面上一定高度处探测器测量到的全能峰计数率与土壤表面该核素的活度浓度成正比。

NaI(TI)闪烁谱仪实验一、引言闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。

它们的主要优点是：既能探测各种带电粒子，又能探测中性粒子；既能测量粒子强度，又能测量粒子能量；且探测效率高，分辨时间短。

它在核物理研究和放射性同位素测量中得到广泛的应用。

本实验目的是了解NaI(TI)闪烁谱仪的原理、特性与结构，掌握NaI(TI)闪烁谱仪的使用方法和—射线能谱的刻度，学会NaI(TI)闪烁谱仪的应用。

二、实验原理1、γ射线与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生三种过程。

（1）光电效应：入射γ粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，而把束缚电子打出来形成光电子。

由于束缚电子的电离能1E 一般远小于入射γ射线能量E γ，所以光电子的动能近似等于入射γ射线的能量1=E E E E γγ-≈光电（2）康普顿散射：核外电子与入射γ射线发生康普顿散射示意如图。

设入射γ光子能量为h υ，散射光子能量为'h υ，则反冲康普顿电子的动能r E'r E h h υυ=-康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为()'11cos h h υυαθ=+- 2e h m c υα= α为入射γ射线能量与电子静止质量之比。

由上式可得，当0θ=时，'h h υυ=。

这时0e E =，即不发生散射；当180θ=︒时，散射光子能量最小，它等于12h υα+，这时康普顿电子的能量最大，为()max 212e E h αυα=⋅+ 所以康普顿电子能量在0至212h αυα⋅+之间变化。

（3）正、负电子对产生：当γ射线能量超过202(1.022)m c MeV 时，γ光子受原子核或电子的库伦场的作用可能转化成正、负电子对。

入射γ射线的能量越大，产生正、负电子对的几率也越大。

在物质中正电子的寿命是很短的，当它在物质中消耗尽自己的动能，便同物质原子中的轨道电子发生湮没反应而变成一对能量各位0.511MeV 的γ光子。

实验5：NaI(Tl)闪烁谱仪实验目的1． 了解谱仪的工作原理及其使用。

2． 学习分析实验测得的137Cs γ谱之谱形。

3． 测定谱仪的能量分辨率及线性。

内容1． 调整谱仪参量，选择并固定最佳工作条件。

2． 测量137Cs 、65Zn 、60Co 等标准源之γ能谱，确定谱仪的能量分辨率、刻度能量线性并对137Cs γ谱进行谱形分析。

3． 测量未知γ源的能谱，并确定各条γ射线的能量。

原理)1(T NaI 闪烁谱仪由)1(T NaI 闪烁体、光电倍增管、射极输出器和高压电源以及线性脉冲放大器、单道脉冲幅度分析器（或多道分析器）、定标器等电子学设备组成。

图1为)1(T NaI 闪烁谱仪装置的示意图。

此种谱仪既能对辐射强度进行测量又可作辐射能量的分析，同时具有对γ射线探测效率高（比G-M 计数器高几十倍）和分辨时间短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。

当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程，见表1第一行所示：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。

前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对。

这些次级电子获得动能见表1第二行所示，次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。

光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成光电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来，并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。

γ射线与物质的三种作用所产生的次级电子能量各不相同，因此对于一条单能量的γ射线，闪烁探测器输出的次级电子脉冲幅度仍有一个很宽的分布。

分布形状决定于三种相互作用的贡献。

表1 γ射线在NaI （Tl ）闪烁体中相互作用的基本过程根据γ射线在)1(T NaI 闪烁体中总吸收系数随γ射线能量变化规律，γ射线能量MeV E 3.0<γ时，光电效应占优势，随着γ射线能量升高康普顿散射几率增加；在MeV E 02.1>γ以后，则有出现电子对效应的可能性，并随着γ射线能量继续增加而变得更加显著。

PGT950型手持式同位素识别仪简介：美国PGT950型手持式同位素识别仪（也称：NaI便携式γ谱仪，，核辐射探测仪）可满足各类用户如下要求：对于要求快速响应的现场第一响应者具有操作简便的优点，同时对于有经验用户也可实现详细分析的要求。

本机多种操作模式能给所有用户提供您所需要的信息—只需要动动手指即可。

接通电源后，仪器通过一次快速自检并立即开始监测，即使经过长时间断电，保温设施也能保证在最初5分钟内精确识别结果，本仪器很少需要人工反复刻度。

特点：● 完全手提便携式同位素识别系统● 1秒种（实时）内同时精确识别多种放射性核素● 用彩色标识显示和声响给出事故等级的迅速评价● 包括峰拟合和专家系统方法在内的多种核素识别技术● 特殊核材料（SNM）探测，可选购中子探测器加强这一功能● 特定同位素剂量和总剂量显示● ANSI兼容的88种同位素的核素库，可扩展至125种● 用于核素识别的积分分析和剂量率计算● 借助微型快擦写存储卡（Compact Flash Card）或网络方便地将谱和配置数据传输至PC机● 采用更换方便的AA电池维持超过6小时的工作● 刻度稳定，并有可全天候应用的防水外罩● 支持多种国际语言应用：● 应急响应●医学监测●执法检查● 辐射安全●国土安全●隐秘监测● 工业安检●保健物理●危险品监测● 防扩散执行●环境废物监测● 旅客和航机监测●自动/远程监测探测器选择：SAM系统有几种探测器可供选择1、碘化钠：效率高，性价比最佳，并可应用先进的算法实时鉴别峰和识别同位素源2、溴化镧：该种新材料对于662kev峰的典型分辨率为3%，保证谱报告有无可比拟的分析能力3、锂探测器：对于敏感的核材料探测或武器级钚的安全，可为SAM系统选购锂（6Li）探测器，它可使用户对中子报警并执行许多符合检查226Ra和137Cs的溴化镧探测器的谱，可看出609kev和662kev峰完全分开，而在NaI谱中，这两个峰合并为一个峰。