專(zhuān)利名稱(chēng)：：高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及輻射測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整方法。技術(shù)背景高純鍺(HPGe)探測(cè)器是輻射測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛的探測(cè)器之一。在輻射測(cè)量中通常需要對(duì)所用探測(cè)器進(jìn)行效率刻度。目前利用蒙特卡羅方法對(duì)高純鍺探測(cè)器進(jìn)行無(wú)源效率刻度，一般都是在準(zhǔn)確獲得晶體尺寸數(shù)據(jù)后直接進(jìn)行模擬計(jì)算。其中最為關(guān)鍵的晶體靈敏區(qū)尺寸一般較難確定，通常的一種做法是結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)晶體靈敏區(qū)尺寸進(jìn)行手工調(diào)整以得到較為滿(mǎn)意的計(jì)算準(zhǔn)確度，但手工調(diào)整過(guò)程人為因素影響較大，且花費(fèi)時(shí)間也較長(zhǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)高純鍺探測(cè)器晶體靈敏區(qū)尺寸較難確定的問(wèn)題，提供一種高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整方法，包括如下步驟(1)在一個(gè)測(cè)量位置處，測(cè)量獲得三個(gè)或三個(gè)以上不同Ei能量Y射線全能峰探測(cè)效率測(cè)量值Tlmea(Ej);(2)設(shè)定高純鍺晶體尺寸參數(shù)中晶體死區(qū)厚度為T(mén)、晶體半徑為R、晶體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)給出的晶體原始尺寸丁、R()、LQ，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計(jì)算，獲得步驟(O中相應(yīng)的各E,能量Y射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值r^(Ei);(3)若各Ej能量Y射線效率計(jì)算值T^(Ej)與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測(cè)量值rimea(Ej)之間的相對(duì)誤差沒(méi)有達(dá)到要求，則以當(dāng)前晶體死區(qū)厚度T。為初始值，逐次改變晶體死區(qū)厚度T=Tn+N*At，其中n從0開(kāi)始為整數(shù)、At為步長(zhǎng)、N為整數(shù)、此時(shí)Rn和U保持不變，針對(duì)不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計(jì)算得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對(duì)應(yīng)的不同E,能量Y射線效率計(jì)算值Tieal(Ei,T);采用直線擬合方法，獲得-'與前晶體尺寸Tn、Rn、LnT，晶體死區(qū)厚度T對(duì)不同Ei能量y射線效率計(jì)算值的影響公式sT^(Ei"ft.Ei(T);(4)同理獲得晶體半徑R對(duì)不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式STieal(E,)=f「Ei(R)，晶體長(zhǎng)度L對(duì)不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式Sr^,(Ei)二fLEi(L);由此，得出在當(dāng)前晶體尺寸Tn、Rn、U下，晶體死區(qū)厚度T、晶體半徑R、晶體長(zhǎng)度L對(duì)不同Ei能量y射線效率計(jì)算值的總影響公式s1偶)=ft.Ei(T)+fr，Ei(R)+f^(5)對(duì)不同Ei能量設(shè)定S化a,(Ei)為當(dāng)前Ei能量Y射線效率計(jì)算值與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測(cè)量值Tlmea(Ei)之間相對(duì)誤差的負(fù)數(shù)，將上述歩驟(4)所得不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值的總影響公式S"cal(E,)=ft,El(T)+fr.E,(R)+fLEl(L)組合起來(lái)構(gòu)建成線性方程組，即可得到第n+1次晶體尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1;(6)以新的晶體尺寸Tn+t,Rn+1,Ln+,進(jìn)行蒙特卡羅效率計(jì)算，得到新的各E,能量Y射線效率計(jì)算值，若新的各Ei能量Y射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的E,能量Y射線效率測(cè)量值的誤差還沒(méi)有達(dá)到要求，則重復(fù)歩驟(3)至步驟(5)，直至新的不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的Ei能量Y射線效率測(cè)量值的誤差在允許范圍內(nèi)，此時(shí)結(jié)束操作，從而得到晶體死區(qū)厚度值T、晶體半徑值R、晶體長(zhǎng)度L的適合值。本發(fā)明的效果在于利用蒙特卡羅方法對(duì)高純鍺探測(cè)器進(jìn)行無(wú)源效率刻度，一般都是在準(zhǔn)確獲得高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸數(shù)據(jù)后直接進(jìn)行模擬計(jì)算，本發(fā)明可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地確定高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，從而對(duì)高純鍺探測(cè)器實(shí)現(xiàn)快速蒙特卡羅無(wú)源效率刻度提供了有效的保證。圖1為本發(fā)明的方法流程圖。圖2為本發(fā)明放射源實(shí)驗(yàn)位置布置示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本發(fā)明是在準(zhǔn)確獲得高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸后，利用蒙特卡羅方法直接進(jìn)行模擬計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度。影響計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素是高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，而其中最為重要的是如下三個(gè)參數(shù)晶體死區(qū)厚度T，晶體半徑R，晶體長(zhǎng)度L。圖1為本發(fā)明高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸算法流程圖，圖2為本發(fā)明放射源實(shí)驗(yàn)位置布置示意圖。下面以O(shè)rtec公司P型高純鍺探測(cè)器(型號(hào)GEM30P4)的無(wú)源效率刻度為例，通過(guò)本發(fā)明準(zhǔn)確獲得高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸后，利用蒙特卡羅方法直接進(jìn)行模擬計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度。采用如下歩驟(1)在探頭中心線上65cm處，即(z^65cm,P(尸0cm)，測(cè)量獲得四個(gè)不同Ej能量(分別是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)Y射線全能峰探測(cè)效率測(cè)量值TWa(Ei)，分別是Tlmea(Ei)、r|mea(E2)、T|mea(E3)、Tjmea(E4)。(2)依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)給出的晶體原始尺寸(探測(cè)器廠商提供的原始尺寸TG=0.7mm，R『34.4mm，L『39.5mm)進(jìn)行蒙特卡羅模擬計(jì)算，獲得上述不同能量Ei(分別是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，e3=0.344MeV，e4=0.122MeV)y射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值TU(Ej)，分別是Tlea,(E,)、Tleal(E2)、llcal(E3)、Tlcal(E4)。(3)因?yàn)椴煌珽j能量Y射線效率計(jì)算值(Ej)與相應(yīng)的Ej能量y射線效率測(cè)量值TVa(Ei)之間的相對(duì)誤差沒(méi)有達(dá)到要求，則以當(dāng)前晶體死區(qū)厚度T。為初始值，逐次改變晶體死區(qū)厚度T=Tfl+N*At(其中At為歩長(zhǎng)、N為整數(shù)、此時(shí)Ro和L。保持不變)，針對(duì)不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計(jì)算，得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對(duì)應(yīng)的不同e,能量Y射線效率計(jì)算值r^,(Ei,T)，采用直線擬合方法分析得到當(dāng)前晶體尺寸(To，RQ,L(,)下，T對(duì)不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式5t^(E^WT)。(4)同理獲得R對(duì)不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式sTlau=f,k,(R);L對(duì)不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式Sncal-fu(L)。由此，得出當(dāng)前晶體尺寸(To，R。,Lo)下，晶體死區(qū)厚度T、半徑R、長(zhǎng)度L對(duì)不同E,能量Y射線效率計(jì)算值的總影響公式Sneal(E,)=ft.Ei(T)十f「Ei(R)+f,.Ei(L)。下面以E,二1.332MeV能量為例，T對(duì)e,能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式為fu.332=-13.83T+9.78;R對(duì)E,能量y射線效率計(jì)算值的影響公式為fn,.332=7.828R-269.85;L對(duì)e,能量y射線效率計(jì)算值的影響公式為^,.33尸2.8053L-111.04，由此獲得e,能量y射線效率計(jì)算值的總影響公式s^al(1.332)二-13.83T+7.828R+2.8053L-371.11(尺寸單位:mm)。計(jì)算所得晶體死區(qū)厚度T、半徑R、長(zhǎng)度L對(duì)不同Ej能量(分別是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)y射線效率計(jì)算值的影響公式及其總影響公式見(jiàn)表1。(5)對(duì)不同Ej能量設(shè)定S化"Ei)為當(dāng)前Ei能量Y射線效率計(jì)算值與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測(cè)量值"mea(Ej)之間相對(duì)誤差的負(fù)數(shù)，即分別設(shè)定不同E,能量Y射線效率計(jì)算值的期望改變百分比，例如e,=1.332MeV能量y射線效率計(jì)算值比其相應(yīng)的效率測(cè)量值偏高22.45%，則可設(shè)定E,能量Y射線效率計(jì)算值的改變期望值為-22.45%，將上述歩驟(4)所得的不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值的總影響公式srUE,)=ft，El(T)+fr,Ei(R)+f!,Ei(L)組合起來(lái)構(gòu)建成線性方程組，方程組如下式(1)所示，即可解求得到晶體尺寸第1次調(diào)整計(jì)算結(jié)果T,二0.708mm、R,二32.149mm、L，=37.961mm，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(6)以新的晶體尺寸(T,,R,,L,)進(jìn)行蒙特卡羅效率計(jì)算，得到新的不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值，因?yàn)樾碌牟煌?amp;能量Y射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的Y射線效率測(cè)量值的誤差還沒(méi)有達(dá)到要求，重復(fù)(3)歩驟得到在晶體尺寸(T,,R,,L,)下，晶體死區(qū)厚度T、晶體半徑R、晶體長(zhǎng)度L對(duì)不同E,能量Y射線效率計(jì)算值的影響公式及其總影響公式，具體計(jì)算結(jié)果列于表3。然后重復(fù)步驟(4)分別設(shè)定不同E,能量y射線效率計(jì)算值的期望改變百分比(例如E,二1.332MeV能量Y射線效率計(jì)算值比相應(yīng)的效率測(cè)量值偏低2.59%,則可設(shè)定E,能量Y射線效率計(jì)算值的改變期望值為2.59%)，將所得的不同Ei能量Y射線效率計(jì)算值的總影響公式組合起來(lái)構(gòu)建成線性方程組，方程組如下式(3)所示，即可解求得到晶體尺寸第2次調(diào)整計(jì)算結(jié)果T2二0.845mm、R2=33.149mm、L2=36.921mm，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。化',(1.332):-14.55T+8.6841R+3.1431L-389.01=2.59&7t',,(0.662):-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.49=4.15(2)'勿'",(0,344):-14.88T+7.6813R+1.7556L-303.16=3.70工勿'(,,(0.122):-25.23T+6.5548R-191.834=4.12由于第2次調(diào)整計(jì)算所得晶體尺寸(T2,R2，L2)進(jìn)行蒙特卡羅效率計(jì)算后，得到的不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的效率測(cè)量值的相對(duì)誤差小于2%，達(dá)到誤差要求，具體結(jié)果見(jiàn)表5，結(jié)束晶體尺寸調(diào)整過(guò)程，同時(shí)得到合適的晶體死區(qū)厚度T2、晶體半徑R2、晶體長(zhǎng)度h。對(duì)于放射源處于其他位置(z,P)的探測(cè)效率刻度，無(wú)需再進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，而是直接利用最后一次的晶體調(diào)整尺寸(丁2，R2,L》進(jìn)行蒙特卡羅模擬計(jì)算。作為驗(yàn)證，如表6和表7所示，對(duì)于其他位置，不同Ej能量Y射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的效率測(cè)量值的相對(duì)誤差一般在±2%以?xún)?nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高純鍺探測(cè)器的快速無(wú)源效率刻度。當(dāng)放射源到探測(cè)器距離Z較近時(shí)，即該距離Z與探測(cè)器入射窗到晶體的距離相當(dāng)時(shí)，若計(jì)算效率與實(shí)驗(yàn)效率偏差較大，此時(shí)應(yīng)考慮是否需要調(diào)整探測(cè)器入射窗到晶體的距離，若需要調(diào)整，則近需增加一個(gè)Y射線能量實(shí)驗(yàn)點(diǎn)即可(即Ei,Q4)，調(diào)整算法與上述過(guò)程相同。表1品體原始尺寸(T。,R。，L。)下的效率影響公式<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表3晶體第1次調(diào)整尺寸(T,，R,，L,)下的效率影響公式i。VT(:國(guó))彩響公式R(mm)影響公式L(咖)影響公A總影響公式(％)""'、')f',.e,'n.(%)_f,."R),(%)_t;.b(L),(%)_ST1ca|(Ei)=f,.E,(T)+i'r.Ei(R)+fl.E,(L)',:i」畫(huà)14.55T-10.148.6841R-279.U3.1431L-120.04—14.55T+8.6841R+3.1431L-389.01"、214.5yT十l().418.2622R-264.972.6300L-99.93-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.49"I14.W卜10.437.6813R-.247.341.7556L-66.25-14.88T+7.6813R+1.7556L-303.161」-25.2:iT'1H.026.5548R-209.850.0-25.23T-6.5548R-191.834_表4晶體尺寸第2次計(jì)算值_能S計(jì)算與實(shí)驗(yàn)總影響公A(%)計(jì)算效率TVR2,L2Ei(MeV)相對(duì)誤差(％)Su(E,一ft.e,(T)+fr.h(R)+f^i(L)期望調(diào)整(％)(rara)1.-2.59-14.55T+8.6841R^3.1431L-389.01259!>().8450.662-4.15-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.494.15R尸33.149().M4-3.7-14.88T+7.6813Rt1.7556L-303.163.70L2=36.9210.122-4.12-25.23T+6.5548R-191..8344.12表5品體尺寸第2調(diào)整后(丁2，R2，L2)，探測(cè)器中心線上65cm處效率計(jì)算值與測(cè)呈值的對(duì)比能m(M"')0.1220.:M40.6621.332效申.計(jì)算值4.25E-042.22E-041.19E-046.39E-05效申測(cè)ffl值4.28E-042.22E-041.18E-046.45E-05相對(duì)i乂4-0.77%-0.220/。0.94%-0.90%表6晶體尺寸第2次調(diào)整后(T2,R2，L2)，效率計(jì)算值與測(cè)量值的對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表7晶體尺寸第2調(diào)整后(丁2,R2,L2)，效率計(jì)算值與效率測(cè)蚩值的對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整方法，包括如下步驟(1)在一個(gè)測(cè)量位置處，測(cè)量獲得三個(gè)或三個(gè)以上不同Ei能量γ射線全能峰探測(cè)效率測(cè)量值ηmea(Ei)；(2)設(shè)定高純鍺晶體尺寸參數(shù)中晶體死區(qū)厚度為T(mén)、晶體半徑為R、晶體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)給出的晶體原始尺寸T0、R0、L0，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計(jì)算，獲得步驟(1)中相應(yīng)的各Ei能量γ射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值ηcal(Ei)；(3)若各Ei能量γ射線效率計(jì)算值ηcal(Ei)與相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測(cè)量值ηmea(Ei)之間的相對(duì)誤差沒(méi)有達(dá)到要求，則以當(dāng)前晶體死區(qū)厚度Tn為初始值，逐次改變晶體死區(qū)厚度T＝Tn+N*Δt，其中n從0開(kāi)始為整數(shù)、Δt為步長(zhǎng)、N為整數(shù)、此時(shí)Rn和Ln保持不變，針對(duì)不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計(jì)算得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對(duì)應(yīng)的不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值ηcal(Ei，T)；采用直線擬合方法，獲得當(dāng)前晶體尺寸Tn、Rn、Ln下，晶體死區(qū)厚度T對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)；(4)同理獲得晶體半徑R對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式δηcal(Ei)＝fr，Ei(R)，晶體長(zhǎng)度L對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式δηcal(Ei)＝fl，Ei(L)；由此，得出在當(dāng)前晶體尺寸Tn、Rn、Ln下，晶體死區(qū)厚度T、晶體半徑R、晶體長(zhǎng)度L對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的總影響公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)+fr，Ei(R)+fl，Ei(L)；(5)對(duì)不同Ei能量設(shè)定δηcal(Ei)為當(dāng)前Ei能量γ射線效率計(jì)算值與相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測(cè)量值ηmea(Ei)之間相對(duì)誤差的負(fù)數(shù)，將上述步驟(4)所得不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的總影響公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)+fr，Ei(R)+fl，Ei(L)組合起來(lái)構(gòu)建成線性方程組，即可得到第n+1次晶體尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1；(6)以新的晶體尺寸Tn+1，Rn+1，Ln+1進(jìn)行蒙特卡羅效率計(jì)算，得到新的各Ei能量γ射線效率計(jì)算值，若新的各Ei能量γ射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測(cè)量值的誤差還沒(méi)有達(dá)到要求，則重復(fù)步驟(3)至步驟(5)，直至新的不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測(cè)量值的誤差在允許范圍內(nèi)，此時(shí)結(jié)束操作，從而得到晶體死區(qū)厚度值T、晶體半徑值R、晶體長(zhǎng)度L的適合值。全文摘要本發(fā)明涉及輻射測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于高純鍺探測(cè)器無(wú)源效率刻度的鍺晶體尺寸自動(dòng)調(diào)整方法。該方法在一個(gè)測(cè)量位置處，獲得多個(gè)不同E_i能量γ射線全能峰探測(cè)效率測(cè)量值，然后依據(jù)探測(cè)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的晶體原始尺寸，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計(jì)算，獲得相應(yīng)的各E_i能量γ射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值；對(duì)效率計(jì)算值與測(cè)量值進(jìn)行誤差分析，通過(guò)蒙特卡羅計(jì)算獲得當(dāng)前晶體尺寸下，晶體尺寸T、R、L對(duì)E能量γ射線的效率影響公式；設(shè)定計(jì)算效率期望改變百分比，建立方程組，求解獲得新晶體尺寸，如此循環(huán)得到最終結(jié)果。本發(fā)明可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地確定高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，從而對(duì)高純鍺探測(cè)器實(shí)現(xiàn)快速蒙特卡羅無(wú)源效率刻度提供了有效的保證。文檔編號(hào)G01T1/24GK101162269SQ20061014963公開(kāi)日2008年4月16日申請(qǐng)日期2006年10月13日優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日發(fā)明者劉立業(yè),張斌全,馬吉增申請(qǐng)人:中國(guó)輻射防護(hù)研究院