基于多个NaI（T1）探测器的放射性物质二维定位方法

摘要

本发明公开了一种门禁检测系统中基于多个NaI探测器的放射性物质定位方法。通过测量γ射线的衰减规律和放射性物质在不同位置与探测器方位角的变化，来确定放射性物质二维定位模型。利用NaI探测器的能量分辨能力对放射性核素进行识别，有效地解决了在多源情况下，不同放射性核素之间的相互干扰，以及对多个不同放射性物质进行同时定位的问题。本发明选取计数较大的最大特征峰计数探测器、及其对侧探测器和对侧第二大特征峰计数探测器，有效地避免了当探测器探测面所占放射性物质的立体角过小或衰减距离过大时，探测器的计数值受统计涨落的影响，造成定位误差增大，甚至靠近边缘处无法定位的情况发生。具有测量时间短，定位准确率高等优点。

主权项

一种基于多个NaI(T1)探测器的放射性物质二维定位方法，其特征在于：借助γ射线的衰减规律和放射性物质在不同位置与探测器相应方位角变化，对通过门式检测系统的放射性物质进行定位，所述门式检测系统包括门式框架和分别位于门式框架两侧的两个探测器系统，所述探测器系统由NaI(T1)探测器阵列、塑料闪烁体探测器组成，NaI(T1)探测器阵列均匀嵌在塑料闪烁体探测器中，且两个探测器系统中的NaI(T1)探测器阵列相对设置，其定位方法包括以下步骤：(1)根据放射性物质在不同位置的方位角变化和γ射线衰减规律得到探测器特征峰计数不同，确定定位模型，包括以下步骤：(11)建立探测器计数的积分公式(1)；$I=\mathrm{tϵ\eta }\int \int \frac{I_0}{4\pi }{e}^{-\mathrm{\mu dL}}\mathrm{d\Omega }---\left(1\right)$其中，I为探测器计数，其中t为测量时间，ε为探测器本征探测效率，η为特征γ射线所占分支比，I0为γ放射性物质活度，μ为单能γ射线在空气中的线衰减系数，L为衰减厚度，Ω为探测器探测面所占放射性物质的立体角；(12)将衰减厚度L近似为γ放射性物质到探测面中心的距离简化得到公式(2)；$I=\frac{I_0}{4\pi }\mathrm{tϵ\eta }{e}^{-\mu \tilde{L}}\Omega ---\left(2\right)$(13)结合圆锥立体角与平面顶角关系式(3)，建立探测器计数I与θ的关系式(4)；$\Omega =2\pi [1-\cos \left(\frac{\theta }{2}\right)]---\left(3\right)$$I=\frac{I_0}{4\pi }\mathrm{tϵ}{\eta }^{-\mu \tilde{L}}2\pi [1-\cos \left(\frac{\theta }{2}\right)]---\left(4\right)$(14)结合上式求得最大特征峰计数探测器Dmax特征峰计数与其对侧探测器Dopp特征峰计数比值T1、Dopp特征峰计数与对侧第二大特征峰计数探测器Dsec特征峰计数探测器计数比值T2与放射性物质相对于各探测器的顶角、γ射线衰减厚度关系式(5)；$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=\frac{I_{\max }}{I_{\mathrm{opp}}}=e^{-\mu (L_{\max }-L_{\mathrm{opp}})}\frac{1-\cos \left(\frac{{\theta }_{\max }}{2}\right)}{1-\cos \left(\frac{{\theta }_{\mathrm{opp}}}{2}\right)}\\ T_2=\frac{I_{\mathrm{opp}}}{I_{\sec }}=e^{-\mu (L_{\mathrm{opp}}-L_{\sec })}\frac{1-\cos \left(\frac{{\theta }_{\mathrm{opp}}}{2}\right)}{1-\cos \left(\frac{{\theta }_{\sec }}{2}\right)}\end{array}\right.---\left(5\right)$(2)NaI(T1)探测器阵列对经过门式检测系统的放射性物质进行能谱测量，对测量能谱进行解谱分析，通过比对进行放射性核素识别，获取特征峰计数；(3)通过比较法找到最大特征峰计数探测器Dmax，及其对侧探测器Dopp、对侧第二大特征峰计数探测器Dsec；(4)求得Dmax特征峰计数与Dopp特征峰计数的比值T1，Dopp特征峰计数与Dsec特征峰计数的比值T2，公式为式(6)；$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=\frac{I_{\max }}{I_{\mathrm{opp}}}\\ T_2=\frac{I_{\mathrm{opp}}}{I_{\sec }}\end{array}\right.---\left(6\right)$(5)根据探测区间内位置坐标(x,y)，计算其相对于探测器Dmax、Dopp和Dsec的顶角和衰减厚度，代入式(5)，求解得到T1’、T2’；(6)通过迭代，当T1’、T2’与T1、T2足够接近时，确定当前位置坐标(x,y)为放射性物质位置坐标(X,Y)。