专利名称：：高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法
技术领域：
：本发明涉及辐射测量
技术领域：
，具体涉及一种用于高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法。技术背景高纯锗(HPGe)探测器是辐射测量中应用最为广泛的探测器之一。在辐射测量中通常需要对所用探测器进行效率刻度。目前利用蒙特卡罗方法对高纯锗探测器进行无源效率刻度，一般都是在准确获得晶体尺寸数据后直接进行模拟计算。其中最为关键的晶体灵敏区尺寸一般较难确定，通常的一种做法是结合实验结果对晶体灵敏区尺寸进行手工调整以得到较为满意的计算准确度，但手工调整过程人为因素影响较大，且花费时间也较长。
发明内容本发明的目的在于针对高纯锗探测器晶体灵敏区尺寸较难确定的问题，提供一种高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整本发明的技术方案如下一种高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法，包括如下步骤(1)在一个测量位置处，测量获得三个或三个以上不同Ei能量Y射线全能峰探测效率测量值Tlmea(Ej);(2)设定高纯锗晶体尺寸参数中晶体死区厚度为T、晶体半径为R、晶体长度为L，依据高纯锗探测器产品说明书给出的晶体原始尺寸丁、R()、LQ，进行蒙特卡罗模拟计算，获得步骤(O中相应的各E,能量Y射线全能峰探测效率计算值r^(Ei);(3)若各Ej能量Y射线效率计算值T^(Ej)与相应的Ej能量Y射线效率测量值rimea(Ej)之间的相对误差没有达到要求，则以当前晶体死区厚度T。为初始值，逐次改变晶体死区厚度T=Tn+N*At，其中n从0开始为整数、At为步长、N为整数、此时Rn和U保持不变，针对不同Ei能量分别进行蒙特卡罗计算得到一系列与晶体死区厚度T相对应的不同E,能量Y射线效率计算值Tieal(Ei,T);采用直线拟合方法，获得-'与前晶体尺寸Tn、Rn、LnT，晶体死区厚度T对不同Ei能量y射线效率计算值的影响公式sT^(Ei"ft.Ei(T);(4)同理获得晶体半径R对不同Ej能量Y射线效率计算值的影响公式STieal(E,)=f「Ei(R)，晶体长度L对不同Ej能量Y射线效率计算值的影响公式Sr^,(Ei)二fLEi(L);由此，得出在当前晶体尺寸Tn、Rn、U下，晶体死区厚度T、晶体半径R、晶体长度L对不同Ei能量y射线效率计算值的总影响公式s1偶)=ft.Ei(T)+fr，Ei(R)+f^(5)对不同Ei能量设定S化a,(Ei)为当前Ei能量Y射线效率计算值与相应的Ej能量Y射线效率测量值Tlmea(Ei)之间相对误差的负数，将上述歩骤(4)所得不同Ei能量Y射线效率计算值的总影响公式S"cal(E,)=ft,El(T)+fr.E,(R)+fLEl(L)组合起来构建成线性方程组，即可得到第n+1次晶体尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1;(6)以新的晶体尺寸Tn+t,Rn+1,Ln+,进行蒙特卡罗效率计算，得到新的各E,能量Y射线效率计算值，若新的各Ei能量Y射线效率计算值与其相应的E,能量Y射线效率测量值的误差还没有达到要求，则重复歩骤(3)至步骤(5)，直至新的不同Ei能量Y射线效率计算值与其相应的Ei能量Y射线效率测量值的误差在允许范围内，此时结束操作，从而得到晶体死区厚度值T、晶体半径值R、晶体长度L的适合值。本发明的效果在于利用蒙特卡罗方法对高纯锗探测器进行无源效率刻度，一般都是在准确获得高纯锗晶体及其灵敏区尺寸数据后直接进行模拟计算，本发明可以自动、快速、准确地确定高纯锗晶体及其灵敏区尺寸，从而对高纯锗探测器实现快速蒙特卡罗无源效率刻度提供了有效的保证。图1为本发明的方法流程图。图2为本发明放射源实验位置布置示意图。具体实施方式下面结合具体实例对本发明作进一步详细的描述。本发明是在准确获得高纯锗晶体及其灵敏区尺寸后，利用蒙特卡罗方法直接进行模拟计算，从而实现高纯锗探测器无源效率刻度。影响计算结果准确度的关键因素是高纯锗晶体及其灵敏区尺寸，而其中最为重要的是如下三个参数晶体死区厚度T，晶体半径R，晶体长度L。图1为本发明高纯锗晶体及其灵敏区尺寸算法流程图，图2为本发明放射源实验位置布置示意图。下面以Ortec公司P型高纯锗探测器(型号GEM30P4)的无源效率刻度为例，通过本发明准确获得高纯锗晶体及其灵敏区尺寸后，利用蒙特卡罗方法直接进行模拟计算，从而实现高纯锗探测器无源效率刻度。采用如下歩骤(1)在探头中心线上65cm处，即(z^65cm,P(尸0cm)，测量获得四个不同Ej能量(分别是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)Y射线全能峰探测效率测量值TWa(Ei)，分别是Tlmea(Ei)、r|mea(E2)、T|mea(E3)、Tjmea(E4)。(2)依据高纯锗探测器产品说明书给出的晶体原始尺寸(探测器厂商提供的原始尺寸TG=0.7mm，R『34.4mm，L『39.5mm)进行蒙特卡罗模拟计算，获得上述不同能量Ei(分别是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，e3=0.344MeV，e4=0.122MeV)y射线全能峰探测效率计算值TU(Ej)，分别是Tlea,(E,)、Tleal(E2)、llcal(E3)、Tlcal(E4)。(3)因为不同Ej能量Y射线效率计算值(Ej)与相应的Ej能量y射线效率测量值TVa(Ei)之间的相对误差没有达到要求，则以当前晶体死区厚度T。为初始值，逐次改变晶体死区厚度T=Tfl+N*At(其中At为歩长、N为整数、此时Ro和L。保持不变)，针对不同Ei能量分别进行蒙特卡罗计算，得到一系列与晶体死区厚度T相对应的不同e,能量Y射线效率计算值r^,(Ei,T)，采用直线拟合方法分析得到当前晶体尺寸(To，RQ,L(,)下，T对不同Ej能量Y射线效率计算值的影响公式5t^(E^WT)。(4)同理获得R对不同Ej能量Y射线效率计算值的影响公式sTlau=f,k,(R);L对不同Ei能量Y射线效率计算值的影响公式Sncal-fu(L)。由此，得出当前晶体尺寸(To，R。,Lo)下，晶体死区厚度T、半径R、长度L对不同E,能量Y射线效率计算值的总影响公式Sneal(E,)=ft.Ei(T)十f「Ei(R)+f,.Ei(L)。下面以E,二1.332MeV能量为例，T对e,能量Y射线效率计算值的影响公式为fu.332=-13.83T+9.78;R对E,能量y射线效率计算值的影响公式为fn,.332=7.828R-269.85;L对e,能量y射线效率计算值的影响公式为^,.33尸2.8053L-111.04，由此获得e,能量y射线效率计算值的总影响公式s^al(1.332)二-13.83T+7.828R+2.8053L-371.11(尺寸单位:mm)。计算所得晶体死区厚度T、半径R、长度L对不同Ej能量(分别是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)y射线效率计算值的影响公式及其总影响公式见表1。(5)对不同Ej能量设定S化"Ei)为当前Ei能量Y射线效率计算值与相应的Ej能量Y射线效率测量值"mea(Ej)之间相对误差的负数，即分别设定不同E,能量Y射线效率计算值的期望改变百分比，例如e,=1.332MeV能量y射线效率计算值比其相应的效率测量值偏高22.45%，则可设定E,能量Y射线效率计算值的改变期望值为-22.45%，将上述歩骤(4)所得的不同Ei能量Y射线效率计算值的总影响公式srUE,)=ft，El(T)+fr,Ei(R)+f!,Ei(L)组合起来构建成线性方程组，方程组如下式(1)所示，即可解求得到晶体尺寸第1次调整计算结果T,二0.708mm、R,二32.149mm、L，=37.961mm，具体计算结果见<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(6)以新的晶体尺寸(T,,R,,L,)进行蒙特卡罗效率计算，得到新的不同Ei能量Y射线效率计算值，因为新的不同&能量Y射线效率计算值与其相应的Y射线效率测量值的误差还没有达到要求，重复(3)歩骤得到在晶体尺寸(T,,R,,L,)下，晶体死区厚度T、晶体半径R、晶体长度L对不同E,能量Y射线效率计算值的影响公式及其总影响公式，具体计算结果列于表3。然后重复步骤(4)分别设定不同E,能量y射线效率计算值的期望改变百分比(例如E,二1.332MeV能量Y射线效率计算值比相应的效率测量值偏低2.59%,则可设定E,能量Y射线效率计算值的改变期望值为2.59%)，将所得的不同Ei能量Y射线效率计算值的总影响公式组合起来构建成线性方程组，方程组如下式(3)所示，即可解求得到晶体尺寸第2次调整计算结果T2二0.845mm、R2=33.149mm、L2=36.921mm，具体计算结果见表4。化',(1.332):-14.55T+8.6841R+3.1431L-389.01=2.59&7t',,(0.662):-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.49=4.15(2)'勿'",(0,344):-14.88T+7.6813R+1.7556L-303.16=3.70工勿'(,,(0.122):-25.23T+6.5548R-191.834=4.12由于第2次调整计算所得晶体尺寸(T2,R2，L2)进行蒙特卡罗效率计算后，得到的不同Ej能量Y射线效率计算值与其相应的效率测量值的相对误差小于2%，达到误差要求，具体结果见表5，结束晶体尺寸调整过程，同时得到合适的晶体死区厚度T2、晶体半径R2、晶体长度h。对于放射源处于其他位置(z,P)的探测效率刻度，无需再进行试验测量，而是直接利用最后一次的晶体调整尺寸(丁2，R2,L》进行蒙特卡罗模拟计算。作为验证，如表6和表7所示，对于其他位置，不同Ej能量Y射线效率计算值与其相应的效率测量值的相对误差一般在±2%以内，从而实现对高纯锗探测器的快速无源效率刻度。当放射源到探测器距离Z较近时，即该距离Z与探测器入射窗到晶体的距离相当时，若计算效率与实验效率偏差较大，此时应考虑是否需要调整探测器入射窗到晶体的距离，若需要调整，则近需增加一个Y射线能量实验点即可(即Ei,Q4)，调整算法与上述过程相同。表1品体原始尺寸(T。,R。，L。)下的效率影响公式<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3晶体第1次调整尺寸(T,，R,，L,)下的效率影响公式i。VT(:國)彩响公式R(mm)影响公式L(咖)影响公A总影响公式(％)""'、')f',.e,'n.(%)_f,."R),(%)_t;.b(L),(%)_ST1ca|(Ei)=f,.E,(T)+i'r.Ei(R)+fl.E,(L)',:i」画14.55T-10.148.6841R-279.U3.1431L-120.04—14.55T+8.6841R+3.1431L-389.01"、214.5yT十l().418.2622R-264.972.6300L-99.93-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.49"I14.W卜10.437.6813R-.247.341.7556L-66.25-14.88T+7.6813R+1.7556L-303.161」-25.2:iT'1H.026.5548R-209.850.0-25.23T-6.5548R-191.834_表4晶体尺寸第2次计算值_能S计算与实验总影响公A(%)计算效率TVR2,L2Ei(MeV)相对误差(％)Su(E,一ft.e,(T)+fr.h(R)+f^i(L)期望调整(％)(rara)1.-2.59-14.55T+8.6841R^3.1431L-389.01259!>().8450.662-4.15-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.494.15R尸33.149().M4-3.7-14.88T+7.6813Rt1.7556L-303.163.70L2=36.9210.122-4.12-25.23T+6.5548R-191..8344.12表5品体尺寸第2调整后(丁2，R2，L2)，探测器中心线上65cm处效率计算值与测呈值的对比能m(M"')0.1220.:M40.6621.332效申.计算值4.25E-042.22E-041.19E-046.39E-05效申测ffl值4.28E-042.22E-041.18E-046.45E-05相对i乂4-0.77%-0.220/。0.94%-0.90%表6晶体尺寸第2次调整后(T2,R2，L2)，效率计算值与测量值的对比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表7晶体尺寸第2调整后(丁2,R2,L2)，效率计算值与效率测蚩值的对比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法，包括如下步骤(1)在一个测量位置处，测量获得三个或三个以上不同Ei能量γ射线全能峰探测效率测量值ηmea(Ei)；(2)设定高纯锗晶体尺寸参数中晶体死区厚度为T、晶体半径为R、晶体长度为L，依据高纯锗探测器产品说明书给出的晶体原始尺寸T0、R0、L0，进行蒙特卡罗模拟计算，获得步骤(1)中相应的各Ei能量γ射线全能峰探测效率计算值ηcal(Ei)；(3)若各Ei能量γ射线效率计算值ηcal(Ei)与相应的Ei能量γ射线效率测量值ηmea(Ei)之间的相对误差没有达到要求，则以当前晶体死区厚度Tn为初始值，逐次改变晶体死区厚度T＝Tn+N*Δt，其中n从0开始为整数、Δt为步长、N为整数、此时Rn和Ln保持不变，针对不同Ei能量分别进行蒙特卡罗计算得到一系列与晶体死区厚度T相对应的不同Ei能量γ射线效率计算值ηcal(Ei，T)；采用直线拟合方法，获得当前晶体尺寸Tn、Rn、Ln下，晶体死区厚度T对不同Ei能量γ射线效率计算值的影响公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)；(4)同理获得晶体半径R对不同Ei能量γ射线效率计算值的影响公式δηcal(Ei)＝fr，Ei(R)，晶体长度L对不同Ei能量γ射线效率计算值的影响公式δηcal(Ei)＝fl，Ei(L)；由此，得出在当前晶体尺寸Tn、Rn、Ln下，晶体死区厚度T、晶体半径R、晶体长度L对不同Ei能量γ射线效率计算值的总影响公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)+fr，Ei(R)+fl，Ei(L)；(5)对不同Ei能量设定δηcal(Ei)为当前Ei能量γ射线效率计算值与相应的Ei能量γ射线效率测量值ηmea(Ei)之间相对误差的负数，将上述步骤(4)所得不同Ei能量γ射线效率计算值的总影响公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)+fr，Ei(R)+fl，Ei(L)组合起来构建成线性方程组，即可得到第n+1次晶体尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1；(6)以新的晶体尺寸Tn+1，Rn+1，Ln+1进行蒙特卡罗效率计算，得到新的各Ei能量γ射线效率计算值，若新的各Ei能量γ射线效率计算值与其相应的Ei能量γ射线效率测量值的误差还没有达到要求，则重复步骤(3)至步骤(5)，直至新的不同Ei能量γ射线效率计算值与其相应的Ei能量γ射线效率测量值的误差在允许范围内，此时结束操作，从而得到晶体死区厚度值T、晶体半径值R、晶体长度L的适合值。全文摘要本发明涉及辐射测量
技术领域：
，具体涉及一种用于高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法。该方法在一个测量位置处，获得多个不同E<sub>i</sub>能量γ射线全能峰探测效率测量值，然后依据探测器产品说明书的晶体原始尺寸，进行蒙特卡罗模拟计算，获得相应的各E<sub>i</sub>能量γ射线全能峰探测效率计算值；对效率计算值与测量值进行误差分析，通过蒙特卡罗计算获得当前晶体尺寸下，晶体尺寸T、R、L对E能量γ射线的效率影响公式；设定计算效率期望改变百分比，建立方程组，求解获得新晶体尺寸，如此循环得到最终结果。本发明可以自动、快速、准确地确定高纯锗晶体及其灵敏区尺寸，从而对高纯锗探测器实现快速蒙特卡罗无源效率刻度提供了有效的保证。文档编号G01T1/24GK101162269SQ20061014963公开日2008年4月16日申请日期2006年10月13日优先权日2006年10月13日发明者刘立业,张斌全,马吉增申请人:中国辐射防护研究院