基于SNIP算法扣除γ能谱本底的探讨及应用

　　核工业的迅速发展,特别是核电的异军突起,带动了核资源勘查和环境监测技术的发展,表现在核仪器硬件的不断改进和软件中谱分析方法的不断更新上(李必红等, 2008)。在进行自然γ能谱全谱分析前需对全谱做本底扣除(庞巨丰, 1990;腰善丛, 2002),正确的扣除本底方法应满足三个特征(Morhac et a.l, 1997):首先是简单、快速且特征参数的个数少;其次是易实现计算机自动处理;第三,能剔除康普顿散射射线对谱峰计数的贡献。在γ能谱的全谱本底评估方法中, SNIP算法已得到国外核数据计算系统的应用。因此,本文引用SNIP算法开展了γ全谱本底扣除的应用实验,并对实验结果进行了分析。

　　1　γ能谱本底的来源及其特征

　　γ能谱的全谱本底主要来自三个方面(庞巨丰, 1990):第一,康普顿效应引起的连续谱分布。对单能γ能谱,康普顿分布在低能区是随道址缓慢变化的平滑谱。对于具有多种能量γ峰的复杂γ能谱,所有γ峰的康普顿分布均叠加在一起。因此,本底的总特征将是一个随能量而平滑下降的函数。第二,γ射线在探测器灵敏体积内的小角度散射。此过程使γ光子仅损失很小的能量,因而,所测得的全能峰将出现低能拖尾现象。第三,天然本底,主要来自仪器的电子学噪声、宇宙射线、大气中氡子体及探头材料中的放射性核素产生的辐射。

　　2　SNIP算法的原理及扣除本底的过程

　　Ryan等(1988)最早分析了SNIP算法扣除γ能谱本底的原理,Morhac等(1997)对该算法进行了改进。在实际扣除γ能谱本底的过程中,一般首先用LLS运算符(Hampton et a.l, 1994)对每道计数值进行变换,该变换公式如下:

　　式中i为道址数;y(i)为道址i对应的计数;v为运算结果保存向量。

　　(1)式中的自然对数运算符可处理高计数谱峰,而求平方根运算符对增强弱峰很敏感。然后根据SNIP算法依次迭代计算v1(i),v2(i)直到vm(i),m为人为设定的参数。即第p次迭代中第i道的vp(i)值确定方式为通过比较vp-1(i)跟vp-1(i+p),vp-1(i-p)的平均值的大小,并取两者中的小值。其数学原理如下:

　　(2)式中的p值有两种变化方式:一是从1开始每次迭代运算后加1直到等于给定的m值(变换窗宽逐增法);二是从给定的m值开始每次迭代运算后减1直到等于1(变换窗宽逐减法)。

　　当vm(i)计算完后,再进行反LLS运算即可求得全谱的基线谱。上述扣除本底的全部运算过程可用matlab语言描述如下(对变换窗宽逐增法):

　　for i=1:N

　　v( i)=log( log(sqrt(y( i)+1)+1)+1);

　　%LLS变换