基于高斯锐化法的重叠峰分解方法研究

在放射性能谱测量中,由于探测器分辨率较低、待测样品中原子能级相近,往往会出现全能峰的重叠现象,对放射性核素的定性或定量检测带来较大的困难;常规的分离算法一般需要复杂的谱变换或大量的标准谱样本,不适用于现场测量中重叠峰的实时分解。因此,提出一种基于高斯锐化法的能谱重叠峰解析方法(GSM),结合峰锐化法的分辨率增强能力和褶积滑动变换法的平滑特性,可快速地识别、定位和解析γ能谱中的重叠峰。该方法首先对高斯函数进行锐化并做归一化处理,并以此作为变换算子,选择合适的高斯参数及窗宽度,通过对原始γ能谱数据进行褶积滑动变换,达到滤波和提高重叠峰分离度的目的;然后求解GSM成形处理后的谱线近似函数作为目标函数,并选取峰位中心附近若干点作为初始参数,最后以非线性拟合的方法进行重叠峰特征峰参数的解析。实验中,首先验证了该方法变换前后峰位、峰面积特征值的不变性,其次分别对重叠峰能谱段以及MCNP模拟的131I,137Cs,214Bi,206Bi和26Al混合放射源γ能谱进行方法验证。实验结果表明,该方法对于分离度大于0.375、信噪比大于40 dB的重叠峰具有较好分解效果,分解前后的峰位和峰面积的相对误差分别在1%和4.5%以内;对于γ能谱进行全谱解析后,重叠峰的峰位分离相对误差在1%以内,单峰的分离相对误差约为0.1%以内,且当变换算子的半宽度接近探测器能量分辨率时,重叠峰的分解结果更准确。该方法具备较好的噪声抑制性能,在全谱解析中无需进行能谱光滑及本底扣除等谱线预处理操作,且计算资源耗费少,分解精确度较高,便于能谱测量系统的嵌入式实时解谱应用,对放射性测量中能谱的现场快速解析具有实用性。     

X射线管激发X荧光光谱连续本底扣除方法研究

X射线管是目前X射线荧光光谱分析中最常采用的激发源,它所产生的原级谱成为了X荧光光谱中本底成分的主要来源,在对这种光谱进行进一步的分析处理之前需要对其本底进行扣除,对本底估计的准确性直接影响后续处理步骤的效果。对射线管激发X荧光光谱的成分进行了分析,针对其本底特点构造了一种本底强度的估计方法,并根据实测谱线构建了理论测试谱线以便对光谱处理算法的效果进行评价。该方法利用测得X射线荧光光谱中不包含特征峰的谱段对X射线管原级谱造成的本底成分进行估计,使用只包含连续本底的谱段对整个测量谱段进行插值,从而避免了谱线特征峰重叠或对半高宽估计不当时所产生的影响。利用构建的测试光谱对SNIP法、傅里叶变换法和本文的本底估计方法的使用效果进行了比较,使用该方法估计的本底与理论本底更加接近。结果表明使用的方法对X射线管激发的X荧光光谱的本底估计准确,可以采用这种方法对连续本底进行扣除,在对实际测得的X射线荧光光谱的本底扣除中取得了较好的应用效果。     

毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合软件的开发及应用

基于Python语言设计了一款毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合软件QMXRS（quantitative analysis of micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectra）并实现其在毛细管聚焦的X射线荧光光谱拟合方面的应用。QMXRS具有小波降噪、本底扣除、能量刻度、元素特征峰的识别、分峰和拟合、能谱的批处理和元素分布成像等功能。毛细管聚焦的X射线荧光分析技术采用毛细管X光透镜对X射线源激发出的X射线束进行聚焦导致X射线荧光光谱分布发生改变。这一变化影响了毛细管聚焦的X射线荧光光谱本底分布。因此QMXRS利用本底预估模型对毛细管聚焦的X荧光光谱本底进行本底分布的修正;同时在全谱拟合过程中,利用半高宽与能量的关系对高斯峰半高宽进行约束,减少高斯峰模型中变量,在保证全谱拟合收敛的同时提高了拟合速度。为验证上述方法的可行性,分别利用QMXRS,PyMca(python multichannel analyzer)和QXAS(quantitative X-ray analysis system)三款软件分析NIST 610标准样品的毛细管聚焦的微束X射线荧光光谱,并对比三款软件的元素特征峰拟合结果。结果表明,相较于QXAS和PyMca采用的非最小二乘法拟合,QMXRS采用约束化的非线性最小二乘法进行拟合能有效的减少能谱拟合过程中带来的误差,提高分析数据的准确度。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

辐射损伤小鼠胸腺组织的FTIR光谱变化与辐射剂量的关系

应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析辐射损伤小鼠胸腺组织随辐射剂量增加的生化变化过程,为临床评估患者辐射剂量提供新的研究思路。结果表明,随着辐射剂量的增加,辐射损伤小鼠胸腺组织FTIR光谱的主要吸收峰位变化表现在照射2,3,5Gy时,在1 550,1 460,1 400及1 640 cm-1处峰位发生移位(P<0.05),峰高差异表现在：(1)与核酸有关的谱带1 085和1 236 cm-1的峰强比呈下降趋势,(2)与蛋白质有关的谱带1 640与1 550 cm-1的峰强比随剂量增加明显下降,(3)与脂类有关的谱带2 958,2 925,1 460及1 400 cm-1未发生明显的变化。研究结果表明傅里叶变换红外光谱有望成为临床估算受照剂量的新方法。     

α能谱峰形函数及其拟合参数初始值获取

(1. 西南科技大学 核废物与环境安全国防重点学科实验室, 四川 绵阳 621010;2. 四川理工学院 化学与环境工程学院, 四川 自贡 643000;3. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室, 成都 610059;4. 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900) 根据能谱的形成机理,建立了一种能谱峰形函数,提出基于矩估计法确定该峰形函数的拟合参数初始值的方法。以数理统计为基础,分别通过峰形函数和离散谱峰数据计算均值、方差和三阶中心矩建立方程组求解获取拟合参数的初始值。通过连续气溶胶检测仪探测的氡子体能谱和低本底能谱仪探测的238Pu面源能谱对该峰形函数模型和初始值获取方法进行了测试。结果表明:从低重合度到高重合度,该峰形函数模型都能得到较好的应用;基于矩估计法确定该峰形函数的参数初始值能够使该峰形函数较好地拟合能谱数据。该方法在采用计算机自动能谱拟合分析中具有较强的实用性。     

高谱分辨X光能谱诊断技术

 采用国内首次研制出的2 000线/mm的自支撑透射光栅配上背照射软X光CCD(charge coupled device)组成了高谱分辨透射光栅谱仪。通过实验标定和理论模型计算相结合得到了高线对透射光栅的绝对衍射效率；同时建立了透射光栅谱仪测谱解谱方法，编制了相应的解谱程序。在“神光”激光装置上利用该谱仪通过激光打靶实验获得了金腔靶注入口发射的X光能谱定量实验结果，实验结果表明，该谱仪测谱范围在高能区达到6 000eV,谱分辨达到0.1nm，能够清晰地分辨金等离子体M带三峰分布X光谱结构。     

傅里叶变换红外光谱仪遥测污染云团的吸收光谱算法

遥感傅里叶变换红外光谱技术因其具有对污染源作无干扰监测、多组分的同时连续测定、区域性或大范围地区的测量等优点,因而已广泛的应用于遥感测量技术。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪远距离探测目标,根据探测的目标源是否充满光谱仪的视场,建立了三种辐射模型。在所建立模型的基础上,选用了D&P公司生产的便携式Model-101型傅里叶变换红外光谱仪,实时探测目标云团和背景,运用差谱法和发射光谱法对探测结果进行了光谱分析,进而得到了扣除背景影响后的目标云团吸收光谱。给出了相应的仿真实验结果示例。实验结果表明,由差谱法得到的结果准确度较好。     

高温窑炉气体红外辐射被动遥测EI北大核心CSCD

基于傅里叶变换红外光谱技术对高温窑炉内气体红外辐射信号进行了遥测研究。根据工业现场条件,利用大气辐射原理建立被动辐射模型,计算了炉膛内高温气体透射率。针对湍流噪声对信噪比的影响,研究了红外干涉信号光谱转换的数据处理方法,以零光程差为基准对齐干涉信号,以实现多次扫描干涉信号的平均,减小了噪声和计算量,并提高了光谱数据率。利用HITRAN数据库和高温参考谱模型法,对谱线线强、线宽修正合成的校准光谱与透射谱进行非线性最小二乘拟合,反演了炉膛内不同吸收波段的高温气体浓度。结果表明该技术在窑炉内及其他工业燃烧过程中对高温气体的在线检测是可行、可靠的。     

高温窑炉气体红外辐射被动遥测

基于傅里叶变换红外光谱技术对高温窑炉内气体红外辐射信号进行了遥测研究。根据工业现场条件,利用大气辐射原理建立被动辐射模型,计算了炉膛内高温气体透射率。针对湍流噪声对信噪比的影响,研究了红外干涉信号光谱转换的数据处理方法,以零光程差为基准对齐干涉信号,以实现多次扫描干涉信号的平均,减小了噪声和计算量,并提高了光谱数据率。利用HITRAN数据库和高温参考谱模型法,对谱线线强、线宽修正合成的校准光谱与透射谱进行非线性最小二乘拟合,反演了炉膛内不同吸收波段的高温气体浓度。结果表明该技术在窑炉内及其他工业燃烧过程中对高温气体的在线检测是可行、可靠的。     

氘-氚中子源辐照旋转靶剂量演化模拟计算

首次将蒙特卡罗自动建模系统(MCAM)、蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP)及自主研发的活化程序BURNDOT相结合,实现了中子输运、材料活化、光子输运模拟计算的耦合。对14MeV氘-氚(D-T)中子源旋转靶室剂量演化分析,计算了氘-氚中子源辐照旋转靶室的瞬发中子、γ三维辐射剂量场分布及连续辐照8小时后缓发γ剂量变化情况,并考察了材质、栅元、主要核素对缓发γ剂量贡献的影响,得到了旋转靶的剂量时空演化规律,把计算结果与欧洲活化程序FISPACT-2007进行了对比。     

γ射线辐照对含钆磷酸钡玻璃影响的光谱分析

为研制新型γ射线屏蔽材料,采用熔融淬火法制备了xGd₂O₃-(50-x)BaO-50P₂O₅（0≤x≤7 mol%）系列玻璃样品,并经60Co辐照源辐照,利用UV-Vis-NIR,Raman等分析技术研究了玻璃的光学特性和微观结构。结果表明,玻璃在γ射线辐照下产生了磷氧空穴中心（Ⅰ类色心）,呈现棕色;Gd₂O₃能增强磷酸钡玻璃的抗γ辐照能力,玻璃中Gd₂O₃含量越高,γ射线辐照导致的色心数量越少;玻璃产生的色心数量会随着γ射线辐照剂量的增大而增加;Gd₂O₃加入降低了玻璃对可见光和近红外光的透过率;γ射线辐照使玻璃出现了光学吸收带损耗,玻璃在紫外到可见光区的透过率降低;玻璃样品的主要结构为Q2偏磷酸盐结构,伴有少量Q1焦磷酸盐和Q0正磷酸盐结构;玻璃微观网络结构在γ射线辐照下变化不明显。     

Method for measuring prompt γ-rays generated by D-T neutrons bombarding a depleted uranium spherical shell

The prompt γ-ray spectrum from depleted uranium(DU) spherical shells induced by 14 Me V D-T neutrons is measured. Monte Carlo(MC) simulation gives the largest prompt γ flux with the optimal thickness of the DU spherical shells 3–5 cm and the optimal frequency of neutron pulse 1 MHz. The method of time of flight and pulse shape coincidence with energy(DC-TOF) is proposed, and the subtraction of the background γ-rays discussed in detail. The electron recoil spectrum and time spectrum of the prompt γ-rays are obtained based on a 2 ×2 BC501 A liquid scintillator detector. The energy spectrum and time spectrum of prompt γ-rays are obtained based on an iterative unfolding method that can remove the influence of γ-rays response matrix and pulsed neutron shape.The measured time spectrum and the calculated results are roughly consistent with each other. Experimental promptγ-ray spectrum in the 0.4–3 Me V energy region agrees well with MC simulation based on the ENDF/BVI.5 library,and the discrepancies for the integral quantities of γ-rays of energy 0.4–1 Me V and 1–3 Me V are 9.2% and 1.1%,respectively.     

Gamma-Ray Pulsars

Based on Arons and Scharlemann model, the mechanism of γ-ray emission of pulsars is discussed. The criterion for radio pulsars appearing also as γ-ray pulsars is presented, after considering both dipole and quadrupole magnetic fields. The luminosities and fluxes of six known γ-ray pulsars are calculated. Using the criterion, twenty four possible candidates for γ-ray pulsars are listed and some characteristic quantities of them are also given.     

背景辐射对被动测距精度影响分析及实验研究

为了分析背景辐射对基于氧气吸收被动测距精度的影响, 利用高光谱成像光谱仪作为测量设备, 卤钨灯作为目标, 进行了实验研究.首先, 介绍了基于氧气吸收被动测距技术的基本原理; 接着, 利用高光谱成像仪采集了夜间不同距离下的卤钨灯目标光谱分布, 根据氧气吸收被动测距原理, 计算了目标的氧气吸收率, 建立了氧气吸收率与路径关系的模型; 然后采集并计算了晴天2360 m处目标在不同时刻下的氧气吸收率分布, 根据所建模型, 利用白天测得的氧气吸收率数据解算距离并分析测距误差, 最终获得背景辐射对被动测距误差的影响.结果表明: 依据所建立的模型, 白天测距误差最大6.74%, 并且随着太阳高度角变小, 所处背景变暗, 误差逐渐变小, 到夜间时最小相对误差仅1.10%, 可达到较高测距精度.     

Analysis of proton and γ-ray radiation effects on CMOS active pixel sensors

Radiation effects on complementary metal-oxide-semiconductor(CMOS) active pixel sensors(APS) induced by proton and γ-ray are presented. The samples are manufactured with the standards of 0.35 μm CMOS technology. Two samples have been irradiated un-biased by 23 MeV protons with fluences of 1.43 × 10~(11) protons/cm~2 and 2.14 × 10~(11) protons/cm~2,respectively, while another sample has been exposed un-biased to 65 krad(Si) ~(60)Co γ-ray. The influences of radiation on the dark current, fixed-pattern noise under illumination, quantum efficiency, and conversion gain of the samples are investigated. The dark current, which increases drastically, is obtained by the theory based on thermal generation and the trap induced upon the irradiation. Both γ-ray and proton irradiation increase the non-uniformity of the signal, but the nonuniformity induced by protons is even worse. The degradation mechanisms of CMOS APS image sensors are analyzed,especially for the interaction induced by proton displacement damage and total ion dose(TID) damage.     

A New(γ_A,σ_B)-Matrix KP Hierarchy and Its Solutions

A new(γA,σB)-matrix KP hierarchy with two time series γA and σB,which consists of γA-flow,σB-flow and mixed γA and σB-evolution equations of eigenfunctions,is proposed.The reduction and constrained flows of(γA,σB)matrix KP hierarchy are studied.The dressing method is generalized to the(γA,σB)-matrix KP hierarchy and some solutions are presented.