一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置及其解谱方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于一种基于透射

【技术实现步骤摘要】
一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置及其解谱方法


[0001]本专利技术属于一种基于透射
‑
吸收法测量能谱的装置及其解谱方法，涉及一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置及其解谱方法。

技术介绍

[0002]能谱是表征射线源辐射特性的主要指标，高能短脉宽X射线的能谱测量技术在闪光照相等领域具有重要应用价值。目前，可行的能谱测量技术主要有吸收法、康普顿散射法、滤片
‑
荧光法、多道分析法以及弯晶布拉格衍射法。其中，最为简单易行、成本低廉、适用能量测量范围广的是吸收法。
[0003]基于吸收法的能谱测量装置通常采用辐射注量探测器(PIN二极管)或热释光剂量片(下简称：剂量片)作为吸收材料，并配合不同的吸收滤片组合，获得一系列辐射源的透射强度，再结合不同能段的光子在吸收片中的能量沉积，可以构造一个以能谱数据为待求向量的线性方程组。PIN二极管在高辐射剂量率的实验条件下容易饱和，无法得到有效测量信号，故而需要放置在距离辐射源较远的区域，这大大增加了测量装置的体积。剂量片则没有该项限制，可以放置在距离辐射源较近的区域。但是，目前使用剂量片的吸收法能谱测量装置通常采用叠片布置，即滤片和吸收片层层交替堆叠，使得到达较后方吸收片的射线衰减过程复杂，不易得到准确的吸收片能量沉积与入射光子能量的关系。另外，吸收法得到的线性方程组通常呈现高度病态的特性，目前已有的解谱方法有直接求逆法、迭代法、微扰法、期望最大值法及奇异值分解法。直接求逆法在方程组高度病态的情况下不易实施；迭代法、微扰法与期望最大值法要求提供初始能谱，并且初始能谱的准确性将极大影响求解效果；奇异值分解法在测量误差较大、求解能段较多的情况下仍无法给出符合实际情况的解。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中采用叠片式滤片布置吸收法进行能谱测量时，能谱测量装置不易得到准确的吸收片能量沉积与入射光子能量的关系，另外，现有的解谱方法存在若干问题，如直接求逆不易实施；迭代法、微扰法、期望最大值法要求的初始能谱的准确性将极大影响求解效果；奇异值分解法在测量误差较大、求解能段较多时无法给出符合实际情况的解。本专利技术提供一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置及其解谱方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，包括热释光剂量片装载盒、金属箔和滤片盖；
[0007]所述热释光剂量片装载盒前表面设有剂量片放置槽组，剂量片放置槽组为至少四个且呈n
×
n列设置，n为大于等于2的整数；所述剂量片放置槽组包括若干剂量片放置槽；
[0008]所述金属箔前表面设有a个滤片和一个空白区，所述热释光剂量片装载盒固定于金属箔的后表面，热释光剂量片装载盒前表面朝向金属箔后表面，a+1＝n2，滤片和空白区分别与剂量片放置槽组的位置和尺寸一一对应；滤片的种类与滤片的数量相同；
[0009]所述滤片盖开设有前后贯穿的第一通孔，第一通孔内设有多个格挡，用于将第一通孔分割为多个子区域；所述金属箔固定于滤片盖后表面，各滤片和空白区分别位于各子区域内，且滤片和空白区分别与对应子区域相适配。
[0010]第二方面，本专利技术还提供了一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置的解谱方法，包括以下步骤：
[0011]S1，使用至少两个能段划分不同的E，所述E为能谱各能段的等效单能光子能量组成的向量；
[0012]S2，使用仿真软件获得E对应的响应矩阵R；
[0013]S3，通过以下方法求解不同的E对应的线性方程组，对应得到不同的E对应的解I：
[0014]采用带有非负解约束的吉洪诺夫正则化方法求解以下线性方程组：
[0015]R
11
I1+R
12
I2+R
13
I3+
…
+R
1(n
‑
1)
I
n
‑1+R
1n
I
n
＝D1[0016]R
21
I1+R
22
I2+R
23
I3+
…
+R
2(n
‑
1)
I
n
‑1+R
2n
I
n
＝D2[0017]R
31
I1+R
32
I2+R
33
I3+
…
+R
3(n
‑
1)
I
n
‑1+R
3n
I
n
＝D3[0018]…
[0019]R
i1
I1+R
i2
I2+R
i3
I3+
…
+R
ij
I
j
++
…
+R
i(n
‑
1)
I
n
‑1+R
in
I
n
＝D
i
[0020]…
[0021]R
n1
I1+R
n2
I2+R
n3
I3+
…
+R
n(n
‑
1)
I
n
‑1+R
nn
I
n
＝D
n
[0022]其中，R
ij
为剂量片在第i个滤片后对光子能量E
j
的响应，单位为rad/光子；I
j
为光子能量E
j
对应的光子数；i＝1,2,
……
,n，j＝1,2,
……
,n；n为剂量片数量；D
i
为第i个滤片后剂量片的平均吸收剂量数值；
[0023]S4，合并步骤S3得到的各个解中按照预设精细度划分的部分，得到最终的能谱解。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1.本专利技术提出一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，采用阵列式滤片
‑
吸收片布置方式，使得光子透射
‑
吸收的路径简单明确，吸收片能量沉积与入射光子能量之间的关系易于计算。其中，滤片盖通过相应的格挡结构减少了散射及串扰影响，采用本专利技术的装置，容易得到准确的吸收片能量沉积与入射光子能量的关系。
[0026]2.本专利技术中热释光剂量片装载盒、金属箔和滤片盖连接时螺钉仅在三个边角处设置，能够确定热释光剂量片装载盒、金属箔和滤片盖之间的角向位置关系。
[0027]3.本专利技术中，在综合考虑被测能谱范围及能段划分、滤片材料成本、加工难易程度，以及加工精度的前提下，选用计算响应矩阵条件数较小的滤片组合。
[0028]4.本专利技术还提出了一种测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：包括热释光剂量片装载盒(1)、金属箔(2)和滤片盖(3)；所述热释光剂量片装载盒(1)前表面设有剂量片放置槽组(4)，剂量片放置槽组(4)为至少四个且呈n
×
n列设置，n为大于等于2的整数；所述剂量片放置槽组(4)包括若干剂量片放置槽(5)；所述金属箔(2)前表面设有a个滤片(6)和一个空白区(12)，所述热释光剂量片装载盒(1)固定于金属箔(2)的后表面，热释光剂量片装载盒(1)前表面朝向金属箔(2)后表面，a+1＝n2，滤片(6)和空白区(12)分别与剂量片放置槽组(4)的位置和尺寸一一对应；滤片(6)的种类与滤片(6)的数量相同；所述滤片盖(3)开设有前后贯穿的第一通孔，第一通孔内设有多个格挡(7)，用于将第一通孔分割为多个子区域(8)；所述金属箔(2)固定于滤片盖(3)后表面，各滤片(6)和空白区(12)分别位于各子区域(8)内，且滤片(6)和空白区(12)分别与对应子区域(8)相适配。2.根据权利要求1所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：所述金属箔(2)上开设有三个第二通孔(9)，所述滤片盖(3)上开设有三个第三通孔(10)，所述热释光剂量片装载盒(1)上开设有三个螺纹孔(11)；所述第二通孔(9)、第三通孔(10)和螺纹孔(11)的位置一一对应；所述热释光剂量片装载盒(1)、金属箔(2)和滤片盖(3)通过三个螺钉(13)连接，螺钉(13)位于第二通孔(9)、第三通孔(10)和螺纹孔(11)内。3.根据权利要求1或2所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：所述热释光剂量片装载盒(1)和滤片盖(3)均呈长方体状，所述金属箔(2)为正方形；所述第二通孔(9)分别位于金属箔(2)的三个边角处。4.根据权利要求3所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：n＝4，所述剂量片放置槽(5)为四个。5.根据权利要求4所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：所述滤片盖(3)采用铅材料，所述热释光剂量片装载盒(1)采用铂材料。6.根据权利要求5所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于：a个所述滤片(6)形成的滤片组合，通过以下方式确定：Sx，通过下式计算多组滤片组合对应的响应矩阵的条件数：R＝(1.6
×
10
‑
11
)
·
E0·
exp[
‑
(μ/ρ1)x1]
·
{1
‑
exp[
‑
(μ
en
/ρ2)x2]}/(ρ2V)其中R为剂量片响应，单位为rad/光子；μ/ρ1为滤片对应光子能量E0的质量衰减系数，μ/ρ1的单位为cm2/g，E0的单位为keV；x1为滤片的面密度，单位为g/cm2；μ
en
/ρ2为剂量片主体材料LiF对应光子能量E0的质量能量吸收系数，μ
en
/ρ2的单位为cm2/g；x2为剂量片材质的面密度，单位为g/cm2；ρ2为剂量片材质的密度，单位为g/cm3；V为剂量片的体积，单位为cm3；Sy，选取条件数最小时对应的滤片组合。7.一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置的解谱方法，基于权利要求1至6任一所述一种测量高能短脉宽X射线能谱的装置，其特征在于，包括以下步骤：S1，使用至少两个能段划分不同的E，所述E为能谱各能段的等效单能光子能量组成的向量；S2，使用仿真软件获得E对应的响应矩阵R；
S3，通过以下方法求解不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桓通，张沛洲，王一竹，李兴文，吴坚，陈立，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：