1 东华理工大学 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
为解决嫦娥二号γ射线谱仪（Chang'E-2 gamma-ray spectrometer，CE2-GRS）数据中氢（H）特征γ射线（2H@2.223 MeV）微弱信息提取困难的问题，提出了衰变分支比剥谱与非线性最小二乘拟合高斯函数结合的方法，并基于全月幅铝（Al）丰度的研究结果，构建了剥离Al-H合峰中Al计数的特征函数，实现了对2.1~2.5 MeV能窗内干扰核素（214Bi@2.204 MeV、27Al@2.210 MeV、49Ca@2.371 MeV）的特征γ射线的剥离，最终获取了全月幅氢元素特征γ射线的3 s计数空间分布。对全月14个典型月海地区内氢元素特征γ射线计数进行分析，结果表明：月球背面的艾肯盆地、智海与月球正面的雨海、风暴洋表现出高值特征，其计数达到平均值的2.6倍。将月表氢元素分布特征与月球勘探者（Lunar Prospector，LP）超热中子数据对比发现：二者在月球正面的雨海、风暴洋地区以及月球背面艾肯盆地的分布特征呈高度负相关。月表氢元素分布特征进一步预测了智海、雨海、风暴洋区域可能大量存在结构水，实现了对轨道γ能谱数据的深入挖掘和科学应用。
CE2-GRS 衰变分支比 非线性最小二乘拟合 氢元素分布 CE2-GRS Decay branching ratio Nonlinear least-square fitting Distribution of hydrogen
1 东华理工大学 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
为进一步明确月球表面湮灭辐射的主要来源和影响机理，构建了轨道γ能谱仪中湮灭辐射特征峰定量分析模型，采用GEANT4模拟不同能量质子轰击月岩诱发γ射线微分能谱，并以“嫦娥一号”高能粒子探测器（Chang'e-1 High-energy Particle Detector，CE1-HPD）数据作为输入项，计算了宇宙射线中4~400 MeV质子在月表5种典型岩石中诱发湮灭辐射的特征峰信息。在对“嫦娥一号”γ能谱仪（Chang'e-1 Gamma-ray Spectrometer，CE1-GRS）获取的0.511 MeV特征峰进行本底扣除和天然放射性核素影响剥离后，与4~400 MeV质子诱发湮灭辐射结果进行比较。研究结果表明：级联簇射产生湮灭辐射的概率与入射质子能量呈正相关，在4~400 MeV能量范围内，典型月岩的成分差异对诱发湮灭辐射的影响不明显。虽然该能量段质子的注量率较高，但由于其能量较低，无法有效地通过级联簇射形成正电子，最终导致湮灭辐射贡献率较低，仅为（1.97±0.66）×10-4。
湮灭辐射 GEANT4 高能粒子 贡献率 Annihilation radiation GEANT4 Energetic particle Contribution rate
1 成都理工大学, 四川 成都 610059
2 浙江中控系统工程有限公司, 浙江 杭州 310053
X射线荧光测井技术是一种可以在井下原位进行元素定量(半定量)分析的测井技术, 对矿产勘查具有重要意义。 受井下温度影响, X射线荧光测井仪容易发生谱漂。 X射线测井仪采用硬件进行稳谱, 采用软件实现微小谱漂校正。 X射线荧光测井的谱数据量大, 难以采用人工校正的方法实现。 文章在总结了X射线荧光测量专业人员进行谱漂校正经验的基础上, 结合专家系统研究了X射线荧光测井谱漂的校正方法。 在谱漂校正过程中, 采用对散射本底变化不灵敏的对称零面积法进行自动寻峰, 并用标准方差进行指示峰判别。 利用先验知识（上一次能量刻度）和高斯概率密度函数对当前指示峰进行定性分析, 确定指示峰能量。 将指示峰峰位和定性分析获得的能量值采用最小二乘法进行拟合, 获得能量刻度系数, 并对偏离较大的数据进行筛选, 达到能量自动刻度目的, 实现X射线荧光测井仪器谱谱漂校正。 文章采用所述的谱漂校正方法对某次X射线测井仪温度实验的322条谱线进行校正, 结果表明该方法能够有效地自动校正X射线荧光测井仪谱漂。
谱漂校正 X射线荧光测井 专家系统 Rescaling spectrum shifting X-ray fluorescence well logging Expert system
1 成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
2 地学核技术四川省重点实验室, 四川 成都 610059
原位能量色散X射线荧光现场分析岩样矿物成分时, 岩样基体效应会对测量结果产生影响。 本文以Cu元素作为待测元素, 研究了17种不同岩样基体对原位能量色散X射线荧光分析Cu元素特征X射线强度的影响及其修正方法。 采用蒙特卡罗方法模拟获得了Cu元素含量相同的17种不同岩样测量谱线, 综合各类岩石元素构成的相似性, 并依据模拟谱线Cu元素Kα射线强度与谱线参数之间的相关性, 反映了原位能量色散X射线荧光分析岩样Cu元素的基体效应并不完全受岩体元素构成或岩石分类的控制, 需要依据岩石样分析谱线参数的相关性进行归类讨论。 针对基体影响Cu元素特征射线强度相似的15种岩样进一步研究, 并对Cu元素特征X射线与谱线主要参数的主成分进行分析, 发现散射本底、 X光管靶材料特征X射线及其非相干散射峰强度能够很好的描述Cu元素特征X射线强度受岩样基体影响的变化, 据此可以对基体效应影响相似的岩体进行Cu元素测量结果修正。 采用本文方法同样也能为不同岩性岩体其他待测元素基体效应的修正提供参考。
蒙特卡罗模拟 原位能量色散X射线荧光分析 基体效应 特征X射线 主成分分析 Monte carlo simulate In-situ energy-dispersive X-Ray fluorescence analy Matrix effect K-series X-ray Principal component analysis
1 地学核技术四川省重点实验室, 成都理工大学, 四川 成都 610059
2 四川省原子能研究院, 四川 成都 610010
针对城市大气颗粒物监测、 污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要, 研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。 以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理, 通过仪器总体设计、 结构设计、 FPGA硬件电路设计和软件设计, 实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、 含量计算等功能; 通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品, 完成了分析仪的标定。 该分析仪可在线、 连续监测大气颗粒物（如TSP, PM10, PM2.5）的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。 成都东郊的现场应用显示, 分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性, 对颗粒物中所含重金属元素（如As, Hg, Cd, Cr, Pb等）的监测较为灵敏。 通过技术性能测试, 表明分析仪具备检出限低、 快速分析、 使用方便等特点, 能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求, 具有较强的现场应用能力。
β射线 X射线 大气颗粒物 分析仪设计 β ray X ray Atmospheric particle matter Analyzer design
1 地学核技术四川省重点实验室, 成都理工大学, 四川 成都 610059
2 江西省核工业地质局测试研究中心, 江西 南昌 330002
3 绵阳市辐射环境监测站, 四川 绵阳 621000
针对能量色散X射线荧光法测铀过程中存在自激发效应对测量结果产生干扰的问题及以往测铀仅使用放射性同位素源作为激发源的测量限制, 利用微型X射线对铀矿样品进行自激发效应测量, 并分别将109Cd, 241Am, 微型X光管三种不同激发源测量铀矿样品的结果进行比较分析。 结果表明, 自激发效应产生的特征X射线峰面积计数仅为有源条件的0.01%以下, 属统计涨落范畴, 对测量结果的干扰可忽略不计; 109Cd源由于其特征射线能量22.11和24.95 keV均在Lα吸收限能量21.75 keV附近, 激发光电截面最高, 相应的荧光产额也高, 故109Cd源相比于241Am源对铀元素的激发效率更高; 241Am源测量误差明显大于109Cd源的测量误差, 原因是铀的L系能量特征峰与241Am源特征射线26.35 keV的散射峰能量区叠加, 造成实测谱线本底偏高; X光管作激发源的铀矿样品中铀含量与化学分析结果之间的误差在10%以内, 仅为同位素源激发X射线荧光分析误差的一半, 且X光管激发谱峰面积计数值明显大于源激发条件下的峰面积计数, 说明X光管作激发源的测铀质量优于源激发模式。
激发源 能量色散X荧光法 自激发效应 微型X光管 Excitation source Energy dispersive X-ray fluorescence Self-excited effect Micro X-ray tube
微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域, 具有体积小、 功耗低、 X射线发射效率高等特点, 可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。 目前常用铍(Be)作为出射窗材料, 成本高, 而且有毒性。 同时为减少低能散射射线, 在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。 本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料, 透射高能射线, 屏蔽低能散射射线, 降低制作成本和难度。 文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。 结果表明, Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用, 在Al窗厚度超过1.5 mm时, 低能射线完全被屏蔽, 高能射线有部分透射。 通过和已有研究成果［1, 5］对比分析, 在Ag靶厚度为2 μm, Al窗厚度为0.8 mm时, 低能射线所占的比例仅为0.087 8%, 高能射线产生率为0.002 73%, 既能有效屏蔽低能射线, 又能保证高能射线较高的出射率, 能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。
Al窗 蒙卡模拟 微型透射式X射线管 出射窗厚度 Aluminum windows Monto Carlo simulation Miniature transmission X-ray tube Thickness of exit window 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2891
能量色散X射线荧光分析方法是目前常用的一种多元素分析方法,但该方法检出限和分析精度,受到分析基体的影响.基本参数法是目前一种常用的分析方法,但在使用过程必须获取净峰面积和基体所有成分,而在实际使用时,尤其在分析低含量样品时,净峰面积计算、基体中“暗物质”影响了测量精度,制约了基本参数法的应用.针对基本参数法的不足,将谱线解析方法与基本参数法融合,将重叠峰剥离过程嵌入基本参数法迭代过程中.在含量计算过程中,采用分析样品特征X射线分支比的理论系数,对重叠峰进行剥离,解决能量色散X射线荧光测量中净峰面积计算和定量分析问题;在计算过程中,对“暗物质”进行均一化处理.通过对标准物质测量分析,结果表明对于Ni,Cu,Zn三个元素改进型基本参数法(改进型FP)测量结果准确度高于影响系数法。
基本参数法 能量色散X射线荧光分析 谱线解析 fundamental parameter method energy dispersive X-ray Fluorescence analysis meth spectra analysis 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 2034
