專利名稱：高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法。
背景技術(shù)：
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。例如國外有人利用X光照片測(cè)量晶體尺寸，但利用X光照片對(duì)X光機(jī)要求較高且僅能獲得HPGe晶體外觀尺寸，對(duì)于最為關(guān)鍵的晶體靈敏區(qū)尺寸則較難確定。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)整以得到較為滿意的計(jì)算準(zhǔn)確度，但手工調(diào)整過程人為因素影響較大，且花費(fèi)時(shí)間也較長(zhǎng)。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，手工調(diào)整方法一般需要兩周時(shí)間才能達(dá)到要求的計(jì)算誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種快速實(shí)現(xiàn)高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法。
本發(fā)明高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的在準(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)器無源效率刻度，其采用如下步驟準(zhǔn)確獲得高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，設(shè)定高純鍺晶體尺寸參數(shù)中晶體死區(qū)厚度為T、晶體半徑為R、晶體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，設(shè)定放射源與探測(cè)器軸向距離為z、徑向距離為ρ(1)將放射源置于在某測(cè)量位置(z，ρ)，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)，i從1開始為整數(shù)；(2)依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說明書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)的不同Ei能量γ射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值ηcal(Ei)；(3)若不同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；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)；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)；(4)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(3)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)組合起來構(gòu)建成線性方程組，即可求解得到第n+1次晶體尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1；(5)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，得到新的不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值，若新的不同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)量值的誤差還沒有達(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)束計(jì)算，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)快速蒙特卡羅無源效率刻度。


圖1為晶體尺寸(T，R，L)調(diào)整算法流程圖；圖2為放射源位置布置示意中1.探測(cè)器；2.放射源。
具體實(shí)施例方式
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為晶體尺寸(T，R，L)調(diào)整算法流程圖，圖2為放射源位置布置示意圖，設(shè)定放射源與探測(cè)器軸向距離為z、徑向距離為ρ。
下面以O(shè)rtec公司P型高純鍺探測(cè)器(型號(hào)GEM30P4)的無源效率刻度為例，通過本發(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)器無源效率刻度。
采用如下步驟(1)將放射源置于在某測(cè)量位置(zo＝65cm，ρo＝0cm)，即在探頭中心線上65cm處，測(cè)量獲得四個(gè)不同Ei能量(分別是E1＝1.332MeV，E2＝0.662MeV，E3＝0.344MeV，E4＝0.122MeV)γ射線全能峰探測(cè)效率測(cè)量值ηmea(Ei)，分別是ηmea(E1)、ηmea(E2)、ηmea(E3)、ηmea(E4)。
(2)依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說明書給出的晶體原始尺寸(探測(cè)器廠商提供的原始尺寸T0＝0.7mm，R0＝34.4mm，L0＝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E1＝1.332MeV，E2＝0.662MeV，E3＝0.344MeV，E4＝0.122MeV)γ射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值ηcal(Ei)，分別是ηcal(E1)、ηcal(E2)、ηcal(E3)、ηcal(E4)。
(3)因?yàn)椴煌珽i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)誤差沒有達(dá)到要求，則以當(dāng)前晶體死區(qū)厚度T0為初始值，逐次改變晶體死區(qū)厚度T＝T0+N*Δt(其中Δt為步長(zhǎng)、N為整數(shù)、此時(shí)R0和L0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)，采用直線擬合方法分析得到當(dāng)前晶體尺寸(T0，R0，L0)下，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)；同理獲得R對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式δηcal＝fr，Ei(R)；L對(duì)不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式δηcal＝fl，Ei(L)。由此，得出當(dāng)前晶體尺寸(T0，R0，L0)下，晶體死區(qū)厚度T、半徑R、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)。下面以E1＝1.332MeV能量為例，T對(duì)E1能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式為ft，1.332＝-13.83T+9.78；R對(duì)E1能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式為fr，1.332＝7.828R-269.85；L對(duì)E1能量γ射線效率計(jì)算值的影響公式為fl，1.332＝2.8053L-111.04，由此獲得E1能量γ射線效率計(jì)算值的總影響公式δηcal(1.332)＝-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Ei能量(分別是E1＝1.332MeV，E2＝0.662MeV，E3＝0.344MeV，E4＝0.122MeV)γ射線效率計(jì)算值的影響公式及其總影響公式見表1。
(4)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)，即分別設(shè)定不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值的期望改變百分比，例如E1＝1.332MeV能量γ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E1能量γ射線效率計(jì)算值的改變期望值為-22.45％，將上述步驟(3)所得的不同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T1＝0.708mm、R1＝32.149mm、L1＝37.961mm，具體計(jì)算結(jié)果見表2。
δηcal(1.332):-13.83T+7.828R+2.8053L-371.11=-22.45δηcal(0.662):-13.95T+7.1315R+1.8884L-309.342=-18.76δηcal(0.344):-13.31T+6.704R+0.8244L-253.898=-16.32δηcal(0.122):-23.97T+5.8754R-184.24=-12.28]]>式(1)(5)以新的晶體尺寸(T1，R1，L1)進(jìn)行蒙特卡羅效率計(jì)算，得到新的不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值，因?yàn)樾碌牟煌珽i能量γ射線效率計(jì)算值與其相應(yīng)的γ射線效率測(cè)量值的誤差還沒有達(dá)到要求，重復(fù)(3)步驟得到在晶體尺寸(T1，R1，L1)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Ei能量γ射線效率計(jì)算值的期望改變百分比(例如E1＝1.332MeV能量γ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E1能量γ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γ射線效率計(jì)算值的總影響公式組合起來構(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＝0.845mm、R2＝33.149mm、L2＝36.921mm，具體計(jì)算結(jié)果見表4。
δηcal(1.332):-14.55T+8.6841R+3.1431L-389.01=2.59δηcal(0.662):-14.59T+8.2622R+2.6300L-354.49=4.15δηcal(0.344):-14.88T+7.6813R+1.7556L-303.16=3.70δηcal(0.122):-25.23T+6.5548R-191.834=4.12]]>式(2)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Ei能量γ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)果見表5，結(jié)束晶體尺寸調(diào)整過程，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L2。
對(duì)于放射源處于其他位置(z，ρ)的探測(cè)效率刻度，無需再進(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(T2，R2，L2)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Ei能量γ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％以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高純鍺探測(cè)器的快速無源效率刻度。
表1晶體原始尺寸(To，Ro，Lo)下的效率影響公式

表2晶體尺寸第1次計(jì)算值


表3晶體第1次調(diào)整尺寸(T1，R1，L1)下的效率影響公式

表4晶體尺寸第2次計(jì)算值

表5晶體尺寸第2調(diào)整后(T2，R2，L2)，探測(cè)器中心線上65cm處效率計(jì)算值與測(cè)量值的對(duì)比

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


表7晶體尺寸第2調(diào)整后(T2，R2，L2)，效率計(jì)算值與效率測(cè)量值的對(duì)比

權(quán)利要求
1.一種高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法，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)器無源效率刻度，其特征在于，采用如下步驟準(zhǔn)確獲得高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，設(shè)定高純鍺晶體尺寸參數(shù)中晶體死區(qū)厚度為T、晶體半徑為R、晶體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，設(shè)定放射源與探測(cè)器軸向距離為z、徑向距離為ρ(1)將放射源置于在某測(cè)量位置(z，ρ)，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)，i從1開始為整數(shù)；(2)依據(jù)高純鍺探測(cè)器產(chǎn)品說明書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)的不同Ei能量γ射線全能峰探測(cè)效率計(jì)算值ηcal(Ei)；(3)若不同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；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)；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)；(4)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(3)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)組合起來構(gòu)建成線性方程組，即可求解得到第n+1次晶體尺寸Tn+1、Rn+1、Ln+1；(5)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，得到新的不同Ei能量γ射線效率計(jì)算值，若新的不同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)量值的誤差還沒有達(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)束計(jì)算，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)明涉及一種高純鍺探測(cè)器無源效率刻度的方法。該方法可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地確定高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，然后利用蒙特卡羅方法直接進(jìn)行模擬計(jì)算，從而快速實(shí)現(xiàn)高純鍺探測(cè)器無源效率刻度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101038261SQ20061006505
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者馬吉增, 劉立業(yè), 潘紅娟, 候海權(quán), 張斌全, 張勇, 楊紹文 申請(qǐng)人:中國輻射防護(hù)研究院