專利名稱：：高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及輻射測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整方法。技術(shù)背景高純鍺(HPGe)探測器是輻射測量中應(yīng)用最為廣泛的探測器之一。在輻射測量中通常需要對所用探測器進(jìn)行效率刻度。目前利用蒙特卡羅方法對高純鍺探測器進(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)時間也較長。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對高純鍺探測器晶體靈敏區(qū)尺寸較難確定的問題，提供一種高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整方法，包括如下步驟(1)在一個測量位置處，測量獲得三個或三個以上不同Ei能量Y射線全能峰探測效率測量值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、晶體半徑為R、晶體長度為L，依據(jù)高純鍺探測器產(chǎn)品說明書給出的晶體原始尺寸丁、R()、LQ，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計算，獲得步驟(O中相應(yīng)的各E,能量Y射線全能峰探測效率計算值r^(Ei);(3)若各Ej能量Y射線效率計算值T^(Ej)與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測量值rimea(Ej)之間的相對誤差沒有達(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開始為整數(shù)、At為步長、N為整數(shù)、此時Rn和U保持不變，針對不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計算得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對應(yīng)的不同E,能量Y射線效率計算值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對不同Ei能量y射線效率計算值的影響公式sT^(Ei"ft.Ei(T);(4)同理獲得晶體半徑R對不同Ej能量Y射線效率計算值的影響公式STieal(E,)=f「Ei(R)，晶體長度L對不同Ej能量Y射線效率計算值的影響公式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、晶體長度L對不同Ei能量y射線效率計算值的總影響公式s1偶)=ft.Ei(T)+fr，Ei(R)+f^(5)對不同Ei能量設(shè)定S化a,(Ei)為當(dāng)前Ei能量Y射線效率計算值與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測量值Tlmea(Ei)之間相對誤差的負(fù)數(shù)，將上述歩驟(4)所得不同Ei能量Y射線效率計算值的總影響公式S"cal(E,)=ft,El(T)+fr.E,(R)+fLEl(L)組合起來構(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)行蒙特卡羅效率計算，得到新的各E,能量Y射線效率計算值，若新的各Ei能量Y射線效率計算值與其相應(yīng)的E,能量Y射線效率測量值的誤差還沒有達(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射線效率計算值與其相應(yīng)的Ei能量Y射線效率測量值的誤差在允許范圍內(nèi)，此時結(jié)束操作，從而得到晶體死區(qū)厚度值T、晶體半徑值R、晶體長度L的適合值。本發(fā)明的效果在于利用蒙特卡羅方法對高純鍺探測器進(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)行模擬計算，本發(fā)明可以自動、快速、準(zhǔn)確地確定高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，從而對高純鍺探測器實(shí)現(xiàn)快速蒙特卡羅無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)行模擬計算，從而實(shí)現(xiàn)高純鍺探測器無源效率刻度。影響計算結(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參數(shù)晶體死區(qū)厚度T，晶體半徑R，晶體長度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型高純鍺探測器(型號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)行模擬計算，從而實(shí)現(xiàn)高純鍺探測器無源效率刻度。采用如下歩驟(1)在探頭中心線上65cm處，即(z^65cm,P(尸0cm)，測量獲得四個不同Ej能量(分別是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)Y射線全能峰探測效率測量值TWa(Ei)，分別是Tlmea(Ei)、r|mea(E2)、T|mea(E3)、Tjmea(E4)。(2)依據(jù)高純鍺探測器產(chǎn)品說明書給出的晶體原始尺寸(探測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射線全能峰探測效率計算值TU(Ej)，分別是Tlea,(E,)、Tleal(E2)、llcal(E3)、Tlcal(E4)。(3)因?yàn)椴煌珽j能量Y射線效率計算值(Ej)與相應(yīng)的Ej能量y射線效率測量值TVa(Ei)之間的相對誤差沒有達(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、N為整數(shù)、此時Ro和L。保持不變)，針對不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計算，得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對應(yīng)的不同e,能量Y射線效率計算值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對不同Ej能量Y射線效率計算值的影響公式5t^(E^WT)。(4)同理獲得R對不同Ej能量Y射線效率計算值的影響公式sTlau=f,k,(R);L對不同Ei能量Y射線效率計算值的影響公式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、長度L對不同E,能量Y射線效率計算值的總影響公式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e,能量Y射線效率計算值的影響公式為fu.332=-13.83T+9.78;R對E,能量y射線效率計算值的影響公式為fn,.332=7.828R-269.85;L對e,能量y射線效率計算值的影響公式為^,.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)。計算所得晶體死區(qū)厚度T、半徑R、長度L對不同Ej能量(分別是E,二1.332MeV，E2=0.662MeV，E3=0.344MeV，E4=0.122MeV)y射線效率計算值的影響公式及其總影響公式見表1。(5)對不同Ej能量設(shè)定S化"Ei)為當(dāng)前Ei能量Y射線效率計算值與相應(yīng)的Ej能量Y射線效率測量值"mea(Ej)之間相對誤差的負(fù)數(shù)，即分別設(shè)定不同E,能量Y射線效率計算值的期望改變百分比，例如e,=1.332MeV能量y射線效率計算值比其相應(yīng)的效率測量值偏高22.45%，則可設(shè)定E,能量Y射線效率計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射線效率計算值的總影響公式srUE,)=ft，El(T)+fr,Ei(R)+f!,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)整計算結(jié)果T,二0.708mm、R,二32.149mm、L，=37.961mm，具體計算結(jié)果見<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(6)以新的晶體尺寸(T,,R,,L,)進(jìn)行蒙特卡羅效率計算，得到新的不同Ei能量Y射線效率計算值，因?yàn)樾碌牟煌?amp;能量Y射線效率計算值與其相應(yīng)的Y射線效率測量值的誤差還沒有達(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、晶體長度L對不同E,能量Y射線效率計算值的影響公式及其總影響公式，具體計算結(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射線效率計算值的期望改變百分比(例如E,二1.332MeV能量Y射線效率計算值比相應(yīng)的效率測量值偏低2.59%,則可設(shè)定E,能量Y射線效率計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)整計算結(jié)果T2二0.845mm、R2=33.149mm、L2=36.921mm，具體計算結(jié)果見表4?；?,(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)整計算所得晶體尺寸(T2,R2，L2)進(jìn)行蒙特卡羅效率計算后，得到的不同Ej能量Y射線效率計算值與其相應(yīng)的效率測量值的相對誤差小于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，同時得到合適的晶體死區(qū)厚度T2、晶體半徑R2、晶體長度h。對于放射源處于其他位置(z,P)的探測效率刻度，無需再進(jìn)行試驗(yàn)測量，而是直接利用最后一次的晶體調(diào)整尺寸(丁2，R2,L》進(jìn)行蒙特卡羅模擬計算。作為驗(yàn)證，如表6和表7所示，對于其他位置，不同Ej能量Y射線效率計算值與其相應(yīng)的效率測量值的相對誤差一般在±2%以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對高純鍺探測器的快速無源效率刻度。當(dāng)放射源到探測器距離Z較近時，即該距離Z與探測器入射窗到晶體的距離相當(dāng)時，若計算效率與實(shí)驗(yàn)效率偏差較大，此時應(yīng)考慮是否需要調(diào)整探測器入射窗到晶體的距離，若需要調(diào)整，則近需增加一個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)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次計算值_能S計算與實(shí)驗(yàn)總影響公A(%)計算效率TVR2,L2Ei(MeV)相對誤差(％)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)，探測器中心線上65cm處效率計算值與測呈值的對比能m(M"')0.1220.:M40.6621.332效申.計算值4.25E-042.22E-041.19E-046.39E-05效申測ffl值4.28E-042.22E-041.18E-046.45E-05相對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)，效率計算值與測量值的對比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表7晶體尺寸第2調(diào)整后(丁2,R2,L2)，效率計算值與效率測蚩值的對比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整方法，包括如下步驟(1)在一個測量位置處，測量獲得三個或三個以上不同Ei能量γ射線全能峰探測效率測量值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、晶體半徑為R、晶體長度為L，依據(jù)高純鍺探測器產(chǎn)品說明書給出的晶體原始尺寸T0、R0、L0，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計算，獲得步驟(1)中相應(yīng)的各Ei能量γ射線全能峰探測效率計算值ηcal(Ei)；(3)若各Ei能量γ射線效率計算值ηcal(Ei)與相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測量值ηmea(Ei)之間的相對誤差沒有達(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、N為整數(shù)、此時Rn和Ln保持不變，針對不同Ei能量分別進(jìn)行蒙特卡羅計算得到一系列與晶體死區(qū)厚度T相對應(yīng)的不同Ei能量γ射線效率計算值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對不同Ei能量γ射線效率計算值的影響公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)；(4)同理獲得晶體半徑R對不同Ei能量γ射線效率計算值的影響公式δηcal(Ei)＝fr，Ei(R)，晶體長度L對不同Ei能量γ射線效率計算值的影響公式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、晶體長度L對不同Ei能量γ射線效率計算值的總影響公式δηcal(Ei)＝ft，Ei(T)+fr，Ei(R)+fl，Ei(L)；(5)對不同Ei能量設(shè)定δηcal(Ei)為當(dāng)前Ei能量γ射線效率計算值與相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測量值ηmea(Ei)之間相對誤差的負(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)行蒙特卡羅效率計算，得到新的各Ei能量γ射線效率計算值，若新的各Ei能量γ射線效率計算值與其相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測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射線效率計算值與其相應(yīng)的Ei能量γ射線效率測量值的誤差在允許范圍內(nèi)，此時結(jié)束操作，從而得到晶體死區(qū)厚度值T、晶體半徑值R、晶體長度L的適合值。全文摘要本發(fā)明涉及輻射測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于高純鍺探測器無源效率刻度的鍺晶體尺寸自動調(diào)整方法。該方法在一個測量位置處，獲得多個不同E_i能量γ射線全能峰探測效率測量值，然后依據(jù)探測器產(chǎn)品說明書的晶體原始尺寸，進(jìn)行蒙特卡羅模擬計算，獲得相應(yīng)的各E_i能量γ射線全能峰探測效率計算值；對效率計算值與測量值進(jìn)行誤差分析，通過蒙特卡羅計算獲得當(dāng)前晶體尺寸下，晶體尺寸T、R、L對E能量γ射線的效率影響公式；設(shè)定計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、快速、準(zhǔn)確地確定高純鍺晶體及其靈敏區(qū)尺寸，從而對高純鍺探測器實(shí)現(xiàn)快速蒙特卡羅無源效率刻度提供了有效的保證。文檔編號G01T1/24GK101162269SQ20061014963公開日2008年4月16日申請日期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,馬吉增申請人:中國輻射防護(hù)研究院