[发明专利]一种大体积样品的能谱解析方法

说明书

本发明涉及一种大体积样品的能谱解析方法，基于瞬发伽马射线中子活化分析技术，使用闪烁体探测器获取伽马能谱，针对元素非线性响应，对获取的伽马能谱进行中子自屏蔽修正处理，基于最小二乘法对伽马能谱进行解析，从而实现单元素响应能谱的获取及单元素谱库的建立，利用单元素谱库可对样品中核素进行识别分析。本发明针对其他谱库分析方法需求样品数量巨大的缺陷，基于多元素组分对PGNAA分析结果影响的物理机制，利用很少的标定样品获得不受背景元素影响的单元素谱库。利用单元素谱库可以直接对测量能谱进行拟合处理，可实现更好的多组分、不同反应截面的复杂样品核素的快速精确解析。

技术领域

本发明涉及伽马能谱分析领域，具体涉及一种大体积样品的能谱解析方法。

背景技术

目前，在测量分析领域中，PGNAA已经成为一项常规分析检测技术。它具备其它分析技术所不具有的很多优点，包括高穿透性、非破坏性、在线原位测量、分析精度高等。基于其特有的优势，近年来被广泛应用于社会安全、工业、环境、医药等各领域。PGNAA技术原理是利用中子轰击被测物料的靶核，通过热中子俘获、非弹性散射等反应在极短的时间内(小于10^-13s)放出特征伽玛射线，通过探测特征伽玛射线和测量特征伽玛射线的强度即可定性和定量地识别大部分核素并分析其含量。

基于PGNAA技术获得的能谱受到中子自屏蔽的影响，元素响应表现为非线性，并且随着样品的变化而变化。通常使用谱库最小二乘法(LLS，Library Least-Squares)及蒙特卡洛谱库最小二乘法(MCLLS，Monte-Carlo Library Least-Squares)解决该问题，LLS方法通过实验进行样品测量，最终建立谱库用于未知样品的分析，MCLLS基于蒙特卡洛模拟计算进行谱库的建立。两种方法的核素分析精度与谱库中样品数量相关，数量越多，核素分析精度越高。

上述两种方法存在明显的不足之处，LLS方法需要大量的样品，通过花费大量的人力、物力及时间建立谱库，从而满足较高的核素分析精度。MCLLS基于蒙特卡洛模拟计算进行谱库的建立，相较于LLS方法耗时较少，但仍然存在谱库建立繁琐等缺陷。

因此，确有必要对现有能谱解析方法进行改进，建立一种新型的针对大体积样品核素识别的能谱解析方法，从根本上解决现有能谱解析方法的不足。

发明内容

本发明目的是针对目前伽马能谱解析方法繁琐复杂等不足之处，通过中子自屏蔽修正，将元素含量与特征响应之间的非线性问题转化为线性问题，反演单元素响应谱，建立单元素响应谱库。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种大体积样品的伽马能谱解析方法，其包括以下步骤：

步骤一：设计一定浓度梯度的样品，在不改变周围环境的条件下，利用中子源照射样品，基于闪烁体探测器获取样品的伽马能谱。

步骤二：基于样品中含量变化忽略不计的标准元素进行中子自屏蔽修正，获取各样品伽马能谱的中子自屏蔽修正因子；

步骤三：基于步骤二中获得的中子自屏蔽修正因子对各样品伽马能谱进行修正，将元素非线性响应转化为线性响应；

步骤四：根据最小二乘法对步骤三中处理后的样品伽马能谱进行计算，获得单元素响应谱及本底能谱；

步骤五：基于步骤四中获得的单元素响应谱建立谱库，用于对未知样品的检测分析。

进一步的，步骤一中，浓度梯度的样品为多元素混合样品，各元素均具有设定的浓度梯度，作为本发明的进一步改进方案，所述样品中包含元素为氯(Cl)、硼(B)、镉(Cd)、汞(Hg)、氟(F)、磷(P)、硫(S)、铬(Cr)、氢(H)或碳(C)中的几种或全部。