基于模糊贴近度的γ能谱指纹类型识别

【摘要】：目前,核裁军是一个国际性的热门话题。核裁军就是减少核武器国家的核武器数量,用公约或协议的形式来规定各国所拥有的核弹头规模。目前,世界上的几个核大国都保存有大量的核武器。经过六十年的发展,目前仅美国官方公布的退役待销毁核武器就有四千多颗,俄罗斯有六千多颗待销毁的核弹头。世界范围内减少核弹头数量的行动势在必行。核裁军通常以可核查、不可逆转的形式进行大幅度削减核武器为主要方式。为避免国与国之间的欺骗,所以需要对核弹头进行辐射指纹识别,为了避免核武器主权国家机密的泄露,在核裁军过程当中,核弹头的γ能谱不允许被查看,所以γ能谱指纹识别技术对于鉴别裁减下来的待销毁的核弹头将起到关键作用。 每个γ能谱都对应着唯一的放射性核素,也就是说,不同放射性核素的γ能谱的特征各不相同。不同的特征对我们可以看成是不同的指纹,所以我们可以把γ能谱定义为“γ能谱指纹”。γ能谱的主要结构由全能峰、康普顿坪台、单(双)逃逸峰、以及噪声本底等部分组成。本文通过用高纯锗探测器对γ射线进行指纹采集。γ射线是原子核能级跃迁的一种辐射形式。它是原子核在发生α衰变和β衰变时,原子核受激发而产生的光辐射。γ射线在探测器中可以发生3种效应,即光电效应,康普顿效应,电子对效应。虽然全能峰主要是由光电效应形成的,但是康普顿效应和电子对效应也有可能会形成全能峰。 模糊贴近度γ能谱指纹识别技术是以模糊数学中的模糊识别为理论基础,它通过计算γ能谱指纹之间的贴近度,来对核材料进行类型识别。首先对等待核查的核弹头进行指纹能谱采集,然后对采集到指纹能谱进行预处理,最后利用三种变换对γ能谱进行特征提取,并使用贴近度对γ能谱进行指纹模糊识别。 贴近度是模糊数学中的一个重要概念,它是模糊数学中的模糊集合的模糊关系。针对不同的实际问题,研究工作者给出了各种贴近度公式。例如,欧几里得贴近度、海明贴近度、最大最小贴近度、算术平均最小法贴近度、指数相似系数贴近度等。本文采用十种贴近度公式,通过三种变换(傅立叶变换,余弦变换,小波变换)对γ能谱指纹进行特征提取,进而对不同类型γ能谱进行指纹模糊识别。 在实验室中,由于各种条件的限制,对核弹头的γ能谱指纹采集不易得到,所以本文中采用以(152)~Eu,(137)~Cs,(60)~Co等点源对核弹头材料进行模拟。用贴近度关系对统计涨落能谱和不同类型的能谱进行识别,尽可能使不同类型能谱的识别结果越小越好,即贴近度越小越好。而统计涨落能谱的识别结果越大越好,即贴近度越大越好。对于统计涨落能谱,贴近度是接近于1的,是识别不开的。对于不同类型的能谱,贴近度越小越好,越接近于0的,识别效果越好。