论文题目: 碲锌镉探测器性能分析及其γ谱解析方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 核科学与技术
作者: 艾宪芸
导师: 魏义祥
关键词: 碲锌镉,探测器,蒙特卡罗方法,谱解析,直接解调法,谱形重建
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 项目背景
1.1.1 国际核与辐射恐怖主义威胁态势
1.1.2 国内核与辐射恐怖事件威胁态势
1.1.3 课题提出
1.1.4 便携式数字化γ谱仪技术方案
1.2 便携式数字化γ谱仪探测器选型分析
1.3 CZT 探测器γ能谱响应特性与γ谱分析方法研究的意义
1.3.1 CZT 探测器γ能谱响应特性研究的意义
1.3.2 CZT 探测器γ能谱分析方法研究的意义
1.4 论文主要研究内容
1.4.1 CZT 探测器实验特性研究
1.4.2 CZT 探测器能谱响应的数值模拟研究
1.4.3 CZT 探测器γ谱分析方法研究
第2章 CZT 探测器实验特性
2.1 CZT 探测器性能综述
2.1.1 CZT 探测器国内外发展概况
2.1.2 CZT 探测器基本性质概述
2.1.3 CZT 探测器电极设计概述
2.1.4 CZT 探测器发展趋势
2.2 便携式数字化γ谱仪探测器选型分析
2.2.1 实验系统
2.2.2 系统能量刻度
2.2.3 能量分辨率
2.2.4 系统效率刻度
2.2.5 峰形参数刻度
2.2.6 CZT 探测器的高压特性
2.3 本章小结
第3章 CZT 探测器γ能谱响应的数值模拟
3.1 CZT 探测器蒙特卡罗模拟计算的国内外研究情况
3.2 数值模拟软件介绍
3.2.1 EGSnrc 概述
3.2.2 EGSnrc 的安装与使用
3.3 数值模拟计算模型
3.3.1 CZT 晶体载流子收集模型
3.3.2 峰展宽模型
3.3.3 CZT 晶体模拟计算几何模型
3.4 计算结果分析
3.4.1 不同理论模型的比较
3.4.2 探测器参数的影响
3.5 CZT 探测器蒙特卡罗模拟计算特性研究
3.5.1 沉积能量分布
3.5.2 CZT 探测器能量分辨率
3.5.3 CZT 探测器角度响应
3.5.4 CZT 探测器探测效率
3.6 本章小结
第4章 CZT 探测器γ谱数据处理方法研究
4.1 CZT 探测器γ谱平滑滤波方法
4.1.1 γ谱的时域特性
4.1.2 γ谱的频域特性
4.1.3 低通滤波器滤波
4.1.4 小波变换法滤波
4.2 CZT 探测器γ谱寻峰方法
4.2.1 短时傅立叶变换寻峰
4.2.2 小波变换法寻峰
4.3 CZT 探测器γ谱峰形拟合
4.4 直接解调法重建γ谱
4.4.1 直接解调法基本原理
4.4.2 直接解调法用于γ谱重建
4.4.3 γ谱重建实例分析
4.4.4 γ谱重建前后寻峰对比
4.4.5 直接解调法重峰分离能力评估
4.5 本章小结
第5章 CZT 探测器γ谱解析方法研究
5.1 γ谱解析方法概述
5.2 全谱法解析CZT 探测器γ谱
5.3 神经网络法分析CZT 探测器γ谱
5.3.1 神经网络基本原理概述
5.3.2 主要神经网络结构介绍
5.3.3 神经网络基本特性
5.3.4 利用神经网络识别放射性核素
5.4 特殊核材料的识别
5.4.1 特殊核材料γ谱线分析
5.4.2 特殊核材料γ谱鉴别方法
5.5 本章小结
第6章 总结
6.1 工作总结
6.2 后续工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2007-03-14
参考文献
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