【摘要】：核科學(xué)技術(shù)的研究突破極大地助力了人類的發(fā)展,為人類提供了方方面面的便利,但核武器試驗、核電站泄露等造成的核污染也給環(huán)境和身體健康帶來了不同程度的影響和傷害。加強核技術(shù)研究和核輻射監(jiān)測、減少核污染成為核工作人員和整個人類研究關(guān)注的重點和難點。其中,核信號作為研究基礎(chǔ),在核信號處理方法與技術(shù)的研究工作中被大量使用,但原始核信號通過放射源產(chǎn)生,存在時間地點及探測器壽命等方面的局限性,得到的核信號靈活性及參數(shù)可調(diào)性都不強,難以滿足信號靈活多樣可重復(fù)等要求,且放射源極強的放射性對從事核信號采集的工作人員有著不可避免的身體傷害,實際科研實驗中核測量工作的開展受到挑戰(zhàn)。通過對輻射環(huán)境中的放射性物質(zhì)釋放的γ射線進行監(jiān)測等手段,了解放射性物質(zhì)的組成,判斷其含量和活度,從而減少環(huán)境污染和身體傷害。然而在實際測量中,由于環(huán)境復(fù)雜性、干擾射線和探測器能量分辨率等原因,測得的譜信號常出現(xiàn)嚴(yán)重重疊干擾現(xiàn)象。作為常用的γ射線探測器,NaI(Tl)探測儀由于探測效率高、維護方便、成本適中等優(yōu)點被廣泛使用,但其對低能端重疊譜的分辨能力不強,使得重疊譜的分解成為譜分析中的難題。同時,為了在輻射監(jiān)測過程中實現(xiàn)更準(zhǔn)確及時的能譜測量分析和異常情況處理,并使之能適用于現(xiàn)場實時測量與分析,往往需要對測得的核能譜實時、精確反演�；诖吮尘�,本文在四川省科技支撐計劃“核輻射信號隨機特性關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014GZ0020)項目的支持下,結(jié)合前期對仿核信號、核能譜模擬、重疊峰分解等相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,依托C#和DSP,構(gòu)建了一套核能譜模擬系統(tǒng),同時借助于MATLAB分析工具,以信號模擬為主線,對具有隨機特性的仿核信號的生成、指數(shù)脈沖S-K高斯成形及梯形成形濾波、現(xiàn)場輻射監(jiān)測過程中任意核能譜的實時逼真模擬、嚴(yán)重重疊譜的分解以及能譜漂移等方面進行了討論研究。論文主要工作及成果如下:1、借助于MATLAB仿真平臺,對核脈沖信號成形前的指數(shù)脈沖進行了不同衰減常數(shù)、不同幅值的模擬,討論了S-K高斯成形、梯形成形算法,模擬了不同調(diào)整參數(shù)K時的指數(shù)脈沖高斯成形波形,并完成對無噪音和有噪音的指數(shù)脈沖的梯形成形濾波仿真。2、討論了能譜的統(tǒng)計特性及其數(shù)學(xué)模型,闡述了粒子群算法的基本原理,在MATLAB上模擬了原始重疊峰,分析了粒子群算法與重疊峰分解之間的聯(lián)系,確定了粒子群分解重疊峰的適應(yīng)度函數(shù),實現(xiàn)了兩峰重疊譜、三峰重疊譜、四峰重疊譜的粒子群分解,完成了算法分解重疊峰的能力定位;將分解得到的幾個高斯峰以一定比例搭配構(gòu)成新的重疊峰,并采用加抽樣法對其形成過程動態(tài)模擬。3、提出了全譜的數(shù)學(xué)模型,在MATLAB上完成了以一定比例的鐳~(226)Ra、釷~(232)Th、銫~(137)Cs三種核素能譜組成的原始混合譜的模擬,給出了粒子群算法用于全譜分解時的粒子優(yōu)劣的評價函數(shù),實現(xiàn)了涉及三個單譜權(quán)重未知數(shù)的全譜分解;將分解得到的三個單譜以一定比例組合構(gòu)成新的混合譜,并動態(tài)模擬其形成過程。4、討論了能譜的漂移,設(shè)定一定的漂移倍數(shù),在MATLAB上完成對~(226)Ra、~(232)Th、~(137)Cs三種核素能譜漂移的模擬,并將漂移后的能譜以一定比例搭配得到了原始漂移混合譜,實現(xiàn)了粒子群算法對原始漂移混合譜的分解,涉及到三個單譜的權(quán)重和漂移倍數(shù)這6個未知數(shù)。5、構(gòu)建了一套基于C#和DSP的核能譜模擬系統(tǒng),完成了硬件的搭建、C#上UI界面的設(shè)計及功能算法的實現(xiàn)與驗證;在C#上實現(xiàn)了對不同衰減常數(shù)、不同幅值的指數(shù)信號的模擬和不同成形參數(shù)的高斯成形,采用線性同余法和離散直接抽樣方法實現(xiàn)對~(226)Ra、~(232)Th、~(137)Cs三種核素能譜及其組成的混合譜的動態(tài)反演;在DSP的軟件環(huán)境CCS上完成了能譜模擬和誤差的計算分析。
【圖文】：

圖 3-1 探測器輸出端等效電路模型( ) ( ) * ( ) ( ) ( )bu t i t h t i t v h v dv+∞ ∞= = 沖擊函數(shù)，可得其單位沖擊響應(yīng)為：1( )tRCh t eC = 時輸出的電壓信號為：00( )tRCQu t eC = 。離散化0u (t )，，得到電壓離散值：00( )snTRCsQu nT eC = 的采樣周期，n 為整數(shù) 0,1,2,…。

圖 3-2 電流脈沖等效為沖擊函數(shù)時響應(yīng)示意圖 核脈沖信號及其成形仿真.1 指數(shù)和雙指數(shù)脈沖數(shù)字化模型核脈沖信號成形前主要表現(xiàn)為指數(shù)、雙指數(shù)信號，而成形后又通常采用高信號。將指數(shù)、雙指數(shù)信號的時間函數(shù)分別表示為（蔣開明 等，2017）：0( )/0( ) ( ) ( )t TV t u t T Ae v t τ= + （0 1 0 2( )/ ( )/0( ) ( ) ( ) ( )t T t TV t u t T A e e v tτ τλ = + （其中， u (t )、 v (t )分別表示階躍函數(shù)和噪音，τ 為信號衰減常數(shù)， A是度相關(guān)的系數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL99

【參考文獻】

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本文編號：2666309