[发明专利]一种基于辐射粒子事件的采集器及快速核素识别方法

权利要求书

1.一种基于辐射粒子事件采集器的辐射粒子事件快速核素识别方法，采集器包括伽马辐射粒子探测器、信号采集电路和上位机，其特征在于，还包括前置信号放大电路、时间数字转换器、模拟数字转换器、时间甄别电路、能量甄别电路及高速外部接口；

所述伽马辐射粒子探测器用于暴露在检测环境之中对具有放射性辐射粒子事件进行测量并将电脉冲信号形式的测量结果传输到电流型前置放大器，电脉冲信号经由电流型前置放大器放大后，分为两路：一路信号上升时间短，通过时间数字转换器进行时间测量后得到的时间数据输入FPGA进行进一步处理；另外一路信号通过模拟数字转换器进行信号采集然后输入FPGA进行进一步处理；

在FPGA内部，进行时间甄别和能量甄别；时间甄别，将通过时间数字转换器输入的时间数据整理为测量系统时间；能量甄别，用慢成型数值计算方法从通过模拟数字转换器输入的信号中提取脉冲幅度，同时用快成型的方式进行脉冲堆积判别从而统计出系统测量的死时间；在FPGA内部，还将数据组合成辐射粒子事件信息数据包，包括脉冲到达时间、脉冲幅度、死时间统计信息和脉冲识别码；

辐射粒子事件信息数据包通过高速外部接口传输到上位机，用于粒子事件判别；

还包括以下步骤：

a、开启基于辐射粒子事件的采集器，捕获辐射粒子事件，传输到上位机中处理；

b、在上位机中，通过粒子事件判别器用于判断输入辐射粒子事件的能量 是否处于某核素特征射线能量置信区间内，判别条件：

其中， 为核素特征射线的能量，为根据置信水平选择的置信系数，为能量置信区间宽度；当辐射粒子能量处于某核素特征射线能量置信区间内，辐射粒子事件进入时间间隔判别；

对能量处于放射性核素特征射线能量置信区间内的辐射粒子事件到达时间间隔进行判别，判断粒子事件计数率是否大于环境本底计数率，判别条件为：

其中， 为观测到的计数率，为环境本底计数率，为根据置信水平取值的置信系数，为计数率置信区间宽度，n为粒子事件序号；

通过能量判断和粒子事件到达时间间隔判别，达到要求的辐射粒子事件将被认为有潜在的放射性核素特征伽马射线产生，然后由决策函数进一步判断是否真实存在放射源；

c、根据已观测得到的辐射粒子事件的能量，利用极大似然估计方法计算能量概率分布的参数，包括已观测到辐射粒子事件能量的均值、方差以及衰变分支比；

已观测到辐射粒子事件的能量的均值为 ，计算公式如下：

其中，n为经过b步骤筛选符合条件的辐射粒子事件数目；为第i个符合条件的辐射粒子的能量；

单能射线能量分布方差 的计算公式如下：

单能射线的衰变分支比 估计如下式所示：

假设某放射性核素衰变产生多种能量的特征伽马射线， 表示其中第j种能量的特征射线的衰变分支比， 表示观测结果中属于第j种能量的特征射线的粒子数量， 表示观测到的该种核素的所有能量特征射线的粒子数量总和；

d、完成上一步骤后，在计数率高于本底计数率的前提下，利用辐射粒子事件的能量分布进行核素存在性的判别，能谱测量系统对单能伽马射线测量得到的能谱服从高斯分布N( )，探测系统对环境本底伽马射线测量得到的能谱服从均匀分布 ；

根据上述特征，假设H₀为备选假设，表示本底模型； H₁为原假设，表示放射性核素特征伽玛射线的观测模型；

其中 及 分别表示单能射线的特征能量区间的边界，表示标准单能射线的能量均值；

根据c步骤更新后的参数，求解当前辐射粒子事件的观测值对于放射性核素特征伽玛射线的观测模型和本底模型的概率似然比，更新当前时刻的决策函数如下式所示：

其中， 及 分别表示观测到第n个及第n-1个辐射粒子事件时的决策函数值，为接受辐射粒子事件的能量均值，为标准单能射线源的能量均值；

e、 值与预设的序贯测试阈值做比较，如果 超出阈值范围，进行相应的状态判别输出，公式如下：

， 成立，存在放射性核素，其中为阈值上限；

， 成立，不存在放射性核素，其中为阈值下限；

否则，将重复步骤a至e，继续接收辐射粒子事件、重复事件判别、参数更新及决策评判的过程。