基于自举原理的γ放射性核素识别方法研究

Radionuclide identification is the important technical means which much needed in environmental radioactivity monitoring, nuclear counter terrorism emergency response and nuclear accident emergency response. It is also the key technology of spectrometer. At present, due to the field measurement conditions and the limit of the capacity and efficiency to portable γ spectrometer resolution, the unknown nuclear with complex spectrum cannot be identified within a short period of time in the lower activity level. Therefore, radionuclide identification methods were proposed based on the bootstrap principle in this project. In the low activity level conditions, radionuclide will be measured for a short period of time (less than 2 minutes) using portable γ spectrometer, and the measured spectrum will be regarded as small sample data. The small sample data will be sampling with replication by bootstrap method. The feasibility of this method will be confirmed through the experimental verification with the γ spectrum which measured for longer time in the same conditions. Through the study of this project, in the low activity level conditions, the problem of rapidly and accurately obtaining the gamma radionuclide identification results will be solved. The method will provide technical support to developing high-performance portable γ spectrometer and establish a new idea and method for the analysis of spectrum.

放射性核素识别是环境放射性监测、核反恐应急响应、核事故应急处置等急需的重要技术手段，也是谱仪研制需要解决的关键技术。目前，由于受到现场测量条件以及便携式γ谱仪本身的分辨能力和效率的限制，当待查或待分析对象的活度较低的情况下，无法在较短的时间内识别能谱复杂的核素。对此，本项目提出基于自举原理的核素识别方法。在低活度水平条件下用便携式γ谱仪对放射性核素进行短时间（2分钟以内）测量，得到的γ能谱作为小样本数据。采用统计自举原理，对小样本数据进行放回式抽样分析，并将计算得到的γ能谱数据与相同条件下长时间实测的能谱进行核素识别实验对比，验证此种方法的可行性。通过本项目的研究，以期解决现场测量中快速准确识别γ放射性核素的问题，为研制高性能便携式γ谱仪提供技术支持，为γ能谱分析拓展新的思路和方法。

当前，核监测的应用范围已由早期主要针对核武器爆炸的战场核信息感知拓展到涉核多样化任务的核监测防护综合保障。然而，放射性核素分析是核监测装备技术的薄弱环节。因此，拟重点研究谱仪配置及谱分析关键技术。. 依据研究目的及科研计划，本课题主要完成了以下几部分工作：一、调研核爆炸辐射监测、核事故应急辐射监测和核反恐中涉及的典型放射性源项特点，分析了相关核素的γ能谱及特征峰的特点，总结提出相应放射性核素γ能谱的分析需求。二、实验研究典型γ谱仪探测器（NaI(Tl)、LaBr3(Ce)、CdZnTe、HPGe）的性能特点，包括能量刻度及效率刻度实验。参考IAEA等标准中的测试方法，进行了核素识别实验，给出了实验结果。在上述实验的基础上探讨了典型γ谱仪配置对其的满足程度。三、在windows操作系统环境下，利用bootstrap方法分析处理实测小样本数据。采用R语言设计了计算程序，研究了参数和非参数法的小子样试验评估方法，用实测γ能谱数据验证此方法的可行性。同时，用非参数方法研究了在不同类型探测器能谱分析中的应用，提出了基于bootstrap方法的实验结论。. 课题围绕放射性核素分析方法有针对性地开展工作，总结分析了源项特点、提出了谱仪配置的建议、实验验证了新型谱分析方法的可行性，这些工作为反恐、核事故应急及核爆炸监测等提供了有效的放射性核素分析手段。