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碲锌镉探测器性能分析及其γ谱解析方法研究

艾宪芸  
【摘要】: Gamma(γ)能谱测量与分析技术在核技术应用和核监测中是一项应用广泛的核心技术。新型常温化合物半导体探测器碲锌镉(CdZnTe, CZT)的出现,为高分辨率便携式γ能谱测量提供了解决方案。近年来,由于国际国内反核与辐射恐怖主义形势的发展,产生了对CZT探测器γ谱仪的迫切需求并使其成为国内外研究的热点。本项目应我军防化部队反恐便携式γ谱仪装备研制的任务要求而开展,着重研究CZT探测器特性并解决探测器的选型与相应能谱分析方法问题。本项研究完成的工作和得出的结论如下: (1)分别采用实验测量和蒙特卡罗模拟计算,研究了CZT探测器的γ能谱响应特性,包括能量分辨率、探测效率和角响应等,241Am的模拟计算与实测的γ谱基本吻合。结果显示CZT探测器适于反恐核素识别应用。 (2)针对CZT探测器γ谱统计涨落大和峰形带有低能尾巴等特点,研究并提出了采用低通滤波和小波变换法平滑,小波变换法寻峰和带有余误差函数的拟合函数进行峰形拟合的一套谱数据处理方法,行之有效。 (3)针对CZT探测器γ谱有限的分辨率,首次提出采用直接解调法重建γ谱的概念与方法。重建后的γ能谱能量分辨率明显改善,使寻峰特别是重峰分辨的难题得以解决,为通过数据处理提高谱仪整体性能开辟了一条新路。 (4)提出了全谱解析的思路,并利用逆矩阵法求解活度取得了很好的效果;研究了采用神经网络定性识别核素和计算活度的方法,计算快捷、准确。由此,初步建立了系统的放射性核素识别和定量分析的方法。 CZT探测器γ能谱响应特性与谱分析方法研究在国外仍未成熟,国内鲜有探讨。通过本项研究,掌握了CZT探测器实验与数值模拟的方法,建立了CZT探测器能谱数据处理的完整方案,特别在直接解调法重建γ谱等方面有重要的创新。 该项研究为CZT探测器γ谱仪的系统研制打下了基础,具有理论意义和实用价值,可望为国防和经济建设中的国产谱仪更新换代做出重要的贡献。


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