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整方法
技術領域：
：本發明涉及輻射測量
技術領域：
，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整方法。技術背景高純鍺(HPGe)探測器是輻射測量中應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行效率刻度。目前利用蒙特卡羅方法對高純鍺探測器進行無源效率刻度，一般都是在準確獲得晶體尺寸數據后直接進行模擬計算。其中最為關鍵的晶體靈敏區尺寸一般較難確定，通常的一種做法是結合實驗結果對晶體靈敏區尺寸進行手工調整以得到較為滿意的計算準確度，但手工調整過程人為因素影響較大，且花費時間也較長。
發明內容本發明的目的在于針對高純鍺探測器晶體靈敏區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整本發明的技術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)設定高純鍺晶體尺寸參數中晶體死區厚度為T、晶體半徑為R、晶體長度為L，依據高純鍺探測器產品說明書給出的晶體原始尺寸丁、R()、LQ，進行蒙特卡羅模擬計算，獲得步驟(O中相應的各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)與相應的Ej能量Y射線效率測量值rimea(Ej)之間的相對誤差沒有達到要求，則以當前晶體死區厚度T。為初始值，逐次改變晶體死區厚度T=Tn+N*At，其中n從0開始為整數、At為步長、N為整數、此時Rn和U保持不變，針對不同Ei能量分別進行蒙特卡羅計算得到一系列與晶體死區厚度T相對應的不同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，得出在當前晶體尺寸Tn、Rn、U下，晶體死區厚度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能量設定S化a,(Ei)為當前Ei能量Y射線效率計算值與相應的Ej能量Y射線效率測量值Tlmea(Ei)之間相對誤差的負數，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的E,能量Y射線效率測量值的誤差還沒有達到要求，則重復歩驟(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的Ei能量Y射線效率測量值的誤差在允許范圍內，此時結束操作，從而得到晶體死區厚度值T、晶體半徑值R、晶體長度L的適合值。本發明的效果在于利用蒙特卡羅方法對高純鍺探測器進行無源效率刻度，一般都是在準確獲得高純鍺晶體及其靈敏區尺寸數據后直接進行模擬計算，本發明可以自動、快速、準確地確定高純鍺晶體及其靈敏區尺寸，從而對高純鍺探測器實現快速蒙特卡羅無源效率刻度提供了有效的保證。圖1為本發明的方法流程圖。圖2為本發明放射源實驗位置布置示意圖。具體實施方式下面結合具體實例對本發明作進一步詳細的描述。本發明是在準確獲得高純鍺晶體及其靈敏區尺寸后，利用蒙特卡羅方法直接進行模擬計算，從而實現高純鍺探測器無源效率刻度。影響計算結果準確度的關鍵因素是高純鍺晶體及其靈敏區尺寸，而其中最為重要的是如下三個參數晶體死區厚度T，晶體半徑R，晶體長度L。圖1為本發明高純鍺晶體及其靈敏區尺寸算法流程圖，圖2為本發明放射源實驗位置布置示意圖。下面以Ortec公司P型高純鍺探測器(型號GEM30P4)的無源效率刻度為例，通過本發明準確獲得高純鍺晶體及其靈敏區尺寸后，利用蒙特卡羅方法直接進行模擬計算，從而實現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)依據高純鍺探測器產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)因為不同Ej能量Y射線效率計算值(Ej)與相應的Ej能量y射線效率測量值TVa(Ei)之間的相對誤差沒有達到要求，則以當前晶體死區厚度T。為初始值，逐次改變晶體死區厚度T=Tfl+N*At(其中At為歩長、N為整數、此時Ro和L。保持不變)，針對不同Ei能量分別進行蒙特卡羅計算，得到一系列與晶體死區厚度T相對應的不同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，得出當前晶體尺寸(To，R。,Lo)下，晶體死區厚度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能量設定S化"Ei)為當前Ei能量Y射線效率計算值與相應的Ej能量Y射線效率測量值"mea(Ej)之間相對誤差的負數，即分別設定不同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的效率測量值偏高22.45%，則可設定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次調整計算結果T,二0.708mm、R,二32.149mm、L，=37.961mm，具體計算結果見<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(6)以新的晶體尺寸(T,,R,,L,)進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，因為新的不同&能量Y射線效率計算值與其相應的Y射線效率測量值的誤差還沒有達到要求，重復(3)歩驟得到在晶體尺寸(T,,R,,L,)下，晶體死區厚度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，具體計算結果列于表3。然后重復步驟(4)分別設定不同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的效率測量值偏低2.59%,則可設定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次調整計算結果T2二0.845mm、R2=33.149mm、L2=36.921mm，具體計算結果見表4。化',(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次調整計算所得晶體尺寸(T2,R2，L2)進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的效率測量值的相對誤差小于2%，達到誤差要求，具體結果見表5，結束晶體尺寸調整過程，同時得到合適的晶體死區厚度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，無需再進行試驗測量，而是直接利用最后一次的晶體調整尺寸(丁2，R2,L》進行蒙特卡羅模擬計算。作為驗證，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的效率測量值的相對誤差一般在±2%以內，從而實現對高純鍺探測器的快速無源效率刻度。當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時，若計算效率與實驗效率偏差較大，此時應考慮是否需要調整探測器入射窗到晶體的距離，若需要調整，則近需增加一個Y射線能量實驗點即可(即Ei,Q4)，調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計算與實驗總影響公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)設定高純鍺晶體尺寸參數中晶體死區厚度為T、晶體半徑為R、晶體長度為L，依據高純鍺探測器產品說明書給出的晶體原始尺寸T0、R0、L0，進行蒙特卡羅模擬計算，獲得步驟(1)中相應的各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)與相應的Ei能量γ射線效率測量值ηmea(Ei)之間的相對誤差沒有達到要求，則以當前晶體死區厚度Tn為初始值，逐次改變晶體死區厚度T＝Tn+N*Δt，其中n從0開始為整數、Δt為步長、N為整數、此時Rn和Ln保持不變，針對不同Ei能量分別進行蒙特卡羅計算得到一系列與晶體死區厚度T相對應的不同Ei能量γ射線效率計算值ηcal(Ei，T)；采用直線擬合方法，獲得當前晶體尺寸Tn、Rn、Ln下，晶體死區厚度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，得出在當前晶體尺寸Tn、Rn、Ln下，晶體死區厚度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能量設定δηcal(Ei)為當前Ei能量γ射線效率計算值與相應的Ei能量γ射線效率測量值ηmea(Ei)之間相對誤差的負數，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的Ei能量γ射線效率測量值的誤差還沒有達到要求，則重復步驟(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的Ei能量γ射線效率測量值的誤差在允許范圍內，此時結束操作，從而得到晶體死區厚度值T、晶體半徑值R、晶體長度L的適合值。全文摘要本發明涉及輻射測量
技術領域：
，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整方法。該方法在一個測量位置處，獲得多個不同E<sub>i</sub>能量γ射線全能峰探測效率測量值，然后依據探測器產品說明書的晶體原始尺寸，進行蒙特卡羅模擬計算，獲得相應的各E<sub>i</sub>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行誤差分析，通過蒙特卡羅計算獲得當前晶體尺寸下，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，如此循環得到最終結果。本發明可以自動、快速、準確地確定高純鍺晶體及其靈敏區尺寸，從而對高純鍺探測器實現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日優先權日2006年10月13日發明者劉立業,張斌全,馬吉增申請人:中國輻射防護研究院