一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核辐射测量技术领域，具体涉及一种适用于复杂辐射背景下的核辐射 检测方法。
【背景技术】
[0002] 核能发电作为一种清洁、经济、可靠的能源生产方式，对于环境保护和经济可持续 发展具有重要意义，它在我能源建设中所占的地位越来越高。但是，诸如"切尔诺贝利"、"三 里岛"以及"福岛"等核电站的核辐射事故给人类造成了惨痛的教训。据此，国家为了保障 人民的健康、生命和财产的安全，采取了一系列措施构建全方位的核电安全防控体系。构建 这种体系，需要对周围环境及样品中的放射性核素以及核素的放射性水平进行实时、准确 的判断，这不仅对于核电发展本身异常重要，对于日益严峻的国家核反恐、核保障也有重要 的战略意义。基于高纯锗探测器的Y能谱分析技术，在以上环境监测、辐射防护、核安全检 查等高本底、低水平的测量工作中具有非常广泛的应用。高纯锗探测器获取的Y能谱具有 很好的能量分辨本领，但是，由于其小的探测效率（一般在5%以内），所以要想达到理想的 检测结果，需要对样品长时间测量。这往往使我们不能对核辐射、核泄漏事故做出快速、准 确的判断，从而制定出科学、有效的应急措施。尤其是在复杂辐射背景下，由于能谱的统计 涨落大、干扰辐射多，很容易造成核辐射的漏判和误判。目前，很多人提出了采用小波分析 方法中的mallat塔式算法（离散小波变换）对能谱进行平滑、滤波处理，但效果不理想，并 没有从根本上解决这一难题。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适用于复杂辐射背景下的核 辐射检测方法，本发明将传统的核辐射测量技术与现代数字信号处理技术相结合，采用高 速数据采集卡获取y脉冲信号，采用连续小波变换的方法对y能谱进行分析，既明显提高 了核辐射测量的准确性，又大大缩短了测量时间。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0005] -种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其测量装置包括HPGe探测器、高 压电源、低压电源、液氮、前置放大器、高速数据采集卡和数据获取及处理单元。所述高压 电源用于给HPGe探测器提供工作电压，所述低压电源用于给前置放大器供电，液氮用于冷 却HPGe探测器。HPGe探测器输出丫脉冲信号至前置放大器，前置放大器将HPGe探测器 输出的Y脉冲信号放大、整形后传输至高速数据采集卡。所述高速数据采集卡采样频率为 2Gbps，Y脉冲信号在高速数据采集卡中进行AD转换、滤波后成为数字Y脉冲，数字Y脉 冲经USB数据线传送至计算机中的数据获取及处理单元，并被数据获取及处理单元转换为 Y能谱。具体实施包括以下步骤：
[0006]a、Y能谱数据的获取：入射至高纯锗探测器的y射线通过光电效应、康普顿效应 及电子对效应损失能量，在探测器输出端输出含有噪声的y脉冲信号。y脉冲经前置放大 器放大、整形后被输送至高速数据采集卡，经采集卡中的AD转换器、滤波器处理后变为数 字y脉冲。最后，数字y脉冲被传输至计算机的数据获取及处理单元，并被转化为y能 谱。
[0007]b、Y能谱数据分析：根据能谱中Y特征峰的特点，采用基于连续小波变换的方法 对y能谱进行快速分析，对环境或样品中有无放射性核素、有何放射性核素、放射性核素 的放射性水平如何，做出快速、准确判断。
[0008] 进一步的，所述数据采集卡是采样频率为2Gbps的高速数据采集卡。
[0009]进一步的，采用小波分析中的连续小波变换的方法，将Y能谱转换至能量-尺度 平面。
[0010] 进一步的，在y能谱数据分析中采用bior2. 6小波函数对能谱进行10尺度的连 续小波变换。
[0011] 进一步的，对y能谱连续小波变换后，能谱中y特征峰的小波系数随尺度的增加 而增大。
[0012] 进一步的，能谱中的特征峰在10尺度的小波系数与特征峰面积呈线性相关。
[0013] 本发明的有益效果为：所用方法具有较强的抗干扰能力、较高的灵敏度，所以，本 发明能够在高本底、低水平的复杂环境下、并低于传统测量方法10多倍测量时间的条件 下，准确、快速判断出环境、样品中比较弱的核辐射的种类及强度。从而有效的提高了核应 急、核保障以及核辐射实时监测的效率。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明流程图。
[0015] 图2(a)为经过7. 5小时测量、能区为1000~1500道（chn)之间的土壤样品y 能谱。
[0016] 图2(b)为图2(a)所示Y能谱的连续小波变换结果，S卩，小波系数。
[0017] 图3 (a)为测量时间为0.5小时、能区为1000~1500道（chn)之间的土壤样品y 能谱图。
[0018] 图3(b)采用本发明对图3(a)所示Y能谱的分析结果。
[0019] 图中标记：n-计数率，Er能区，j-尺度，Ws (10,i)-10尺度小波系数。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0021] 如图1-图3所示，一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其检测装置包 括HPGe探测器、高压电源、低压电源、液氮、前置放大器、高速数据采集卡和数据获取及处 理单元。高压电源用于给HPGe探测器提供工作电压，低压电源用于给前置放大器供电，液 氮用于冷却HPGe探测器。HPGe探测器输出Y脉冲信号至前置放大器，前置放大器将Y脉 冲信号放大、整形后传输高速数据采集卡，所述高速数据采集卡采样频率为2Gbps，Y脉冲 在高速数据采集卡中进行AD转换、滤波后成为数字Y脉冲，数字Y脉冲经USB数据线传 送至计算机中的数据获取及处理单元，并被转化为Y能谱。
[0022] 具体实施包括以下步骤：
[0023]a、数字Y脉冲信号的获取：入射至HPGe探测器的Y射线通过光电效应、康普顿 效应及电子对效应等损失能量，在HPGe探测器输出端输出含有噪声的Y脉冲。Y脉冲经 前置放大器放大、整形后被输入高速数据采集卡，经高速采集卡中的AD转换器、滤波器处 理后变为数字Y脉冲。最后，数字Y脉冲被输出至计算机的数据获取及处理单元。
[0024]b、Y能谱的获取：数据获取及处理单元根据大量Y脉冲的高度将其分为N个能 区，对应y射线能量为Ei~EN。任一能区Ejn)每出现一个y脉冲，则该能区增加一个计 数（Ejn-n+1))。测量完毕后，得到了一个一维的Y能谱，横轴坐标为"道（chn)"（代表 y射线能区ED，纵轴表示Y射线的计数率n(与Y射线的辐射强度相关），图2(a)是经 过7. 5小时测量、能区为N= 1000~1500道（chn)之间的土壤样品y能谱，谱中的"峰" 称为y特征峰，每个y特征峰代表一种特征y射线。
[0025]c、采用bior2. 6小波函数对Y能谱进行10尺度连续小波变换，将y能谱转换至 能量-尺度平面，得到10行N列的小波系数矩阵Ws(j，i)(能区指标i= 1~N，尺度指标 j= 1~10)，图2 (b)所示为图2 (a)的小波系数。
[0026] 连续小波变换定义为：
【主权项】
1. 一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在于，采用高速数据采集卡 对HPGe探测器输出的Y脉冲信号进行AD采样、滤波处理，采用计算机中的数据获取和处 理单元将高速数据采集卡输出的数字y脉冲转化为y能谱。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：采用的是采样频率为2Gbps的高速数据采集卡。
3. 根据权利要求1所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：采用小波分析中的连续小波变换的方法，将y能谱变换至能量-尺度平面，得到不同尺 度下y能谱的小波系数。
4. 根据权利要求3所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：连续小波变换采用小波系列中的bior2. 6小波函数。
5. 根据权利要求3所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：采用10尺度的连续小波变换。
6. 根据权利要求5所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：连续小波变换后，能谱中y特征峰的小波系数随尺度的增加而增大。
7. 根据权利要求5所述的一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法，其特征在 于：能谱中的特征峰在10尺度的小波系数与特征峰面积呈线性相关。
【专利摘要】本发明提供了一种适用于复杂辐射背景下的核辐射检测方法。所述测量方法为：将传统的测量方法与现代数字信号处理技术相结合，充分利用核辐射探测器获取的信息，实现对核辐射能量及强度的快速、准确判断。本发明采用高速数据采集卡获取从HPGe探测器输出的γ脉冲信号，对γ脉冲信号进行AD转换、滤波后，输入至数据获取及处理单元。然后，数据处理单元将大量γ脉冲信号转化为γ能谱。最后，采用小波分析中的连续小波变换对γ能谱进行变换，将其转换至能量-尺度平面，得到不同尺度下γ能谱的小波系数。最后，根据γ特征峰小波系数在能量-尺度平面内的特点，实现对特征峰位置的快速、准确定位，并实现对峰面积的快速计算。
【IPC分类】G01T1-16
【公开号】CN104749603
【申请号】CN201510120819
【发明人】于国梁, 汪伟建
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月14日