[发明专利]一种基于模式识别的核素快速识别方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，涉及一种将模式识别方法应用于数字化谱仪中进行核素快速识别的方法。

背景技术

核辐射探测的对象主要是α、β、γ及中子。核辐射探测的依据是射线对物质的相互作用，只要介质对入射粒子有响应，对所产生的效应能有效地记录，并能由记录结果推断原入射粒子的特征，便可以根据这个原理对射线进行测量。常用的测量方法是利用核辐射探测器，采用由各种核电子仪器组成的装置和系统，获取并处理探测器输出的电信号，并对测量结果做出分析和记录。目前还没有对任何射线都能够产生响应的全能核辐射探测器，因此对不同类型射线的探测需要配备不同种类的探测器，并采用相应的核电子仪器与设备，这使得传统的核辐射测量仪器不仅测试任务单一、种类繁多、线路复杂、硬件规模庞大，而且元器件通用性差，数据共享性差，既不方便使用与维护，也不利于测量的智能化。虚拟仪器技术是上世纪90年代发展起来的一种新技术，它将许多以前由硬件完成的信号处理工作，交由计算机软件进行处理，这种测试仪器的硬件功能的软件化，给测试仪器带来了深刻的变化，能够弥补上述传统仪器的不足，很快得到国内外测试技术界和仪器制造界的关注，发展十分迅速，后期随着高速高精度ADC的出现，虚拟仪器逐渐进入核辐射测量领域，从而使核辐射脉冲信号的数字处理方法在技术上得以实现。

核素识别是通过测定放射性物质的γ能谱来鉴定放射性同位素的种类。一般来说，传统方法先平滑测量的γ谱(全谱或感兴趣的谱段)，选用适当方法寻峰并确定峰位，用能量刻度的系数或曲线内插求出相应峰位的γ能量。然后根据所确定的γ能量查找能量-核素数据表(库)，在核素库中匹配最合适的同位素特征峰，从而识别放射性核素种类。

在上述识别过程中，传统的方法孤立的处理各条射线，能谱中单个能峰定位识别常常是独立的。对于能谱中的某个能峰对应的射线，核素库中对应射线能量接近的可能核素往往有多种选择，给核素识别带来一定困扰，需要增加半衰期、低能特征X射线等辅助方法加以鉴别，增加了识别环节和分析时间。为了提高传统方法识别的置信度，主要采取增加样品的测量时间以提高能峰面积，提高谱仪的能量分辨率等方法，主要缺点是投资多(采用高分辨率探测器)，测量时间长等。而从数据处理的角度来综合利用多条射线信息，并行分析从而识别核素的方法，目前还未见报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，在高速数字采样的基础之上，提出一种将模式识别应用于数字化谱仪中进行核素快速识别的方法，该方法通过对来自数据采集卡的核辐射脉冲信号进行综合处理与模式判断，从而提高了系统对核素的快速识别能力。

本发明的技术构思及技术解决方案是：γ能谱分析技术是快速、可靠、非破坏性地确定待测样品中各种具有γ辐射的放射性核素的性质及其强度的重要手段。对于γ能谱分析来说，从γ能谱测量系统获取的数据中，经过一定的数据处理和分析方法，利用各种核素的半衰期和特征γ射线能量的不同，以及辐射多种能量γ射线的核素，γ射线相对强度比的差异，从预先备有的核素库特征中，细致筛选出可能的核素，确定被测试样所含有的核素成分。传统的能谱分析方法要求增长测量时间来满足一定的统计误差要求，例如1％的统计误差则要求核素特征全能峰的净计数达到10000以上。而本发明将统计模式识别的有关理论应用到数字化谱仪系统中，对核素识别进行方法改进，可缩短测量时间，达到同样的识别效果和要求。

基于统计的模式识别主要由数据获取及预处理、特征提取选择、核素识别三部分组成；具体步骤如下：

步骤1：核辐射脉冲信号数据获取及预处理

步骤1.1：数字谱仪系统构造及工作流程

步骤1.1.1：采用数字谱仪系统对核电子学分析测量系统进行了数字化设计，抛弃传统意义上的脉冲线性放大器和脉冲多道分析器，对探头、前置放大器输出的核辐射信号直接输入，由数据采集卡转换为数字信号，进行离散采样，对核辐射脉冲信号进行实时数据采集、存储及数据除噪、信息提取等一系列处理，可形成包含强度、幅度、时间等参数的辐射测量谱；这里的数字谱仪系统是指基于虚拟仪器原理构建，用高速数据采集卡对探测器的脉冲信号进行采样，然后由计算机软件来对数据进行分析处理的γ能谱测量分析系统；系统结构示意图如图1；

步骤1.1.2：系统的工作流程是：探头探测到粒子，产生的信号脉冲由数据采集卡采集，存入缓存，由软件读取到计算机内存并进行分析处理，将结果通过输出设备输出；整个流程期间数据采集卡的工作模式由计算机软件控制并实现；

步骤1.2：核辐射测量数据的获取