核数据处理课程设计报告

核数据处理课程设计报告姓名： 学号： 班级:2012年月日目录一、 设计目的和要求二、 设计原理1、 探测原理。2、 核数据处理的分析方法：谱光滑、寻峰、求峰面积。三、 任务实现1、 计算器2、 写数据到文件中3、 按钮实现数据的读写4、 显示图谱5、 寻峰及道址换算6、 求峰面积、设计目的和要求1、 掌握核辐射探测的原理及核数据处理的方法;2、 了解图形程序的编写技能与技巧；3、 掌握文件读写函数的使用；4、 理解整个谱数据处理的流程；5、 进一步掌握对常用核数据处理的基本方法。:、设计原理1、探测原理。什么是核辐射和核辐射探测？所谓核辐射是指在各种核跃迁中，从原子核中释放出来中子、质子、a粒子、B粒子、X射线、Y射线等。由于它们本身具有波粒二象性，所以也将它们称为粒子或射线。而核辐射探测主要是用各种类型和规格的核辐射探测器记录粒子数目，测定放射源的活度，确定粒子的质量、电荷、寿命、能量以及动量等。在核辐射探测原理中，最基本的是利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离和激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁效应。X射线和Y射线在物质中没有直接电离和激发效应，因此，不能直接被探测到。只有利用它们在物质中的光电效应、康普顿散射和电子对产生效应等产生的次级电子再引起的电离和激发才能探测到。射线与物质的相互作用主要有三个过程：光电效应、康普顿效应、电子对效应1.1光电效应光子通过物质时和物质原子相互作用，光子被原子吸收后发射轨道电子的现象，称为光电效应，也称光电吸收。光电效应发出来的电子叫做光电子。光电效应、特征X射线和俄歇电的发射示意图光电子可以从原子的K、L、M等各壳层中发射出来。在光电效应过程中，因为动量守恒要求，除入射光子和光电外，还必需有第三者参加，即原子核，严格的讲是发射光电子之后余下的整个原子。所以自由电子不能产生光电效应，而且原子的内层电子由于受到原子核的强束缚更容易满足动量守恒而更容易发射光电子。一般的说，如果入射光子的能量超过K层电子结合能，那么，大约80%的光电吸收发生在K层电子上。1.1.1光电子的能量入射光电子的能量（E0=hv）一部分用来克服电子在原子核中的结合能，另部分转化为光电子的动能。，i=K,L,M…（Bi为第i壳层的电子的结合能，h为普朗克常量h=6.582*10-22。）原子发射光电子，从内壳层打出电子，便处于激发状态。退激有两种形式，一种是外层电子向内层跃迁伴随着放射特征X射线，其能量为两个壳层结合能之差（以K层为例，EKX=BK-BL）另一种是原子的激发能直接交给外壳层的其它电子，使外壳层电子从原子中发射出来，即发射俄歇电子，其能量也仅以K层为例：E=（B—B）—BeKLZ K L Z1.1.2光电子的角度分布光电子的角分布与入射光子的能量有关。实验上没有观察到00方向的光电子，这也证明了光电效应过程中的能量和动量守恒要求有第三者参加。实验和理论计算还证明在1800没有光电子。在光子能量很低时，光电子在900方向发射的概率最大，随着光子能量的增加，光电子发射方向逐渐趋向前方。导导二0-11.2康普顿散射康普顿散射是发生在入射光子与物质原子核外的轨道电子之间的非弹性碰撞。入射丫光子被电子散射后，不仅改变其运动方向而且损失能量。散射情况因入射丫光子能量不同而不同。在低能范围内（hv<<mec2）,Y光子与轨道电子作用使得Y光子只改变运动方向而不损失能量，这种散射称为汤姆逊散射。入射丫光子的能量hv接近或超过mec2时的散射称为康普顿散射。康普顿散射发生在束缚得最松的外层电子上的概率大，外层电子的结合能同入射Y光子的能量hv相比，可以忽略，同时外层电子轨道运动速度也远远小于光速，因此，康普顿散射可以认为是Y光子与静止状态的“自由电子”之间的弹性碰撞。利用相对论的能量和动量公式及康普顿散射中能量和动量守恒，可以写出下列方程：

hv=mc2(y-1)+hVehv hV一=mcpycosW+——cosU0=mcPysinw一立cos0散射光子的能量hv’、康普顿电子的能量Ece及。与W之间的关系式分别为:(hv)2(1―cos0)E=hv一hv= —ce mc2+hv(1一cos0)ehv0ctgw=(1+ )tg-，由式可知，当hv定时，0与，由式可知，当hv定时，0与w之间有对应的关系。显然散射后光子的波长与入射光子之差为:人''一人=^—(1一cos0)mec ，系数h/mec2fc=0.24*10-9cm是所谓的康普顿波长。散射后光子的波长变长。当0=00时，W=900，hv'=hv,Ece=0，相应于光子从电旁边掠过而未受到散射。当。=1800时，小=00，即Y光子与电子对心碰撞，入射光子被反弹回来，反冲电子沿光子入射方向飞出，这种情况称为反散射。(hv')(hv')=反散射光子的能量最小：hv1+(2hv/mc2)ehvEhvEemaX1+2/2hv)，通过测Eemax就可以确定入射反冲电子的能量达到最大：光子Y的能量。1.3电子对产生效应当Y光子能量大于1.02Mev时，Y光子经过阻止介质的原子核时，与原子核发生电磁相互作用，Y光子消失而产生一个电子和一个正电子(简称正电子对)，这就是电子对产生效应。电子对产生效应必须有第三者一一原子核参加，才能满足能量守恒和动量守恒定律。电子对产生效应的能量分配如下：hv=E+E+2mc2显然，对于一定能量的入射光子，电对产生效应的正电子和负电子的动能之和为常量。但是，电子和正电子之间的能量分配是任意的，它的动能0-(hv-2mec2)之间都是可能的。由于动量守恒关系，电子和正电子的发射几乎都是沿着光子的入射方向前倾的。入射光子能量越大，正负电子的发射方向越是前倾。电子对产生效应中产生的正电子和电子与物质相互作用同前面介绍的一样，负电子最终被吸收，但正电子在其中绝大部分动能损失而与周围物质达到热平衡时将与物质中的一个电子发生漂灭，放出两个能量均为0.511Mev的Y光子。正电子的湮没：正电子与物质发生相互作用的能量损失机制和电子相同。正电子的特点

是:高速正电子进入物质后迅速被慢化，然后在正电子径迹的末端与介质中的电子发生湮没，放出光子。或者，它与一个电子结合成正电子素，即电子一一正电子对的束缚态，然后再湮没，放出光子。正电子湮没放出光子的过程称为湮没辐射。正电子湮没时放出的光子称为湮没光子。正电子湮没时一般放出两个光子，放出三个光子的概率仅为放出两个光子概率的0.37%。从能量守恒出发：在发生湮没时，正、负电子的动能为零，所以，两个湮没光子的总能量应等于正、负电子的静止质量。即：时1+"=.+°2+m_C2，从动量守恒出发：湮没前正、负电子的总动量为零，则，湮没后两个湮没光子的总动量也应为零。即：hv hv 1= 2-cc，因此，两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV。而两个湮没光子的发射方向相反，且发射是各向同性的。正电子在材料中发生湮没的概率：「r；C"，（n材料中的电子密度，单位1/cm3；re电子的经典半径；c光速。）PP=4.52X109竺(s-1)A（P,Z,A为材料的密度、原子序数和原子量。）正电子寿命=1/P，固体中=10-10s，气体中=10-7s。1.4光电效应、康普顿效应是光子与核外电子的作用结果，电子对效应是光子与原子核电磁场的作用结果。三种效应的相对重要性对低能射线和原子序数高的物质光电效应占优势；对中能射线和原子序数低的物质康普顿效应占优势；对高能射线和原子序数高的物质电子对效应占优势。三种效应相互竞争，可能同时存在。吕I吕I品S品M在三种效应中，每个光子都是在一次作用中就损失其全部能量或相当大部分能量，并发射出电子。正是这些电子使得探测射线成为可能。光电效应和电子对效应所发射的次级电子的能量单一，因此射线探测器的物质应选用Z尽可能大的材料。Y射线仪器谱的形成机制：Y射线的探测器必须有两个特殊的功能。首先，转换介质的作用，入射丫射线在探测器中有适当的相互作用几率产生一个或更多的快电子；第二，它对于这些次级电子来说必须起普通探测器的作用，能够记录这些次级电子在探测器中损失的能量。2、核数据处理的分析方法：谱光滑、寻峰、求峰面积。由多道脉冲分析器获取的谱数据需要以一定的数学方法进行处理才能得到实验要求的最终结果。能谱的数据处理大致可以分为两个步骤。首先进行峰分析，即由能谱数据中找到全部有意义的峰，并计算出扣除本底之后每个峰的净面积。第二步是放射性核素的活度或样品中元素浓度的计算，即由峰位所对应的能量识别出被测样品中含有哪些放射性核素或被激发的元素，并且由峰的净面积计算出放射性核素的活度或元素在样品中的浓度。下面分别采用重心法对所提供的数据能谱进行平滑、采用简单比较法来寻找峰的峰位、用瓦森峰面积法计算样品中特征射线峰净峰面积。2.1谱光滑（重心法）由于射线和探测器中固有的统计涨落、电子学系统的噪声的影响，谱数据有很大的统计涨落。在每道计数较少时，相对统计涨落更大。谱数据的涨落将会使谱数据处理产生误差。其主要表现为在寻峰过程中丢失弱峰或出现假峰、峰净面积计算的误差加大等等。谱数据的平滑就是以一定的数学方法对谱数据进行处理，减少谱数据中的统计涨落，但平滑之后的谱曲线应尽可能地保留平滑前谱曲线中有意义的特征，峰的形状和峰的净面积不应产生很大的变化。所谓重心法就是假设光滑后的数据是原来的重心。对某一质点的集合体，由于各质点所受合外力大小和方向不同，导致各质点向不同方向运动不同距离，如果该质点系所受的合外力为0，那么该物体的重心不变，对于能谱而言，由于噪声信号幅度平均值为0，所以谱线上各数据的重心不变。由于能谱中不存在半道，则可以推出重心法的 3点平滑公式：-yi=1/4（yi-i+2yi+yi+i）;同理推出5点：-y1=1/16（y1_2+4y1_1+6y1+4y1+1y1+2）;以此可以推出7、9、11等点的平滑公式。这几个平滑公式的优点是权因子都是正数，平滑之后的谱数据不可能出现负值，从而提高了平滑之后的谱数据的可靠性。这在原始谱数据中本底很小、峰很高、而且峰的宽度很窄时是非常重要的。如果平滑之后的谱数据出现了负值（这显然是不合理的），可能使后续的计算程序在运行时产生错误。2.2寻峰（简单比较法）简单比较法寻峰：简单比较法寻峰是最直观而又快速的一种导峰方法。在谱数据中，某一道的数据比其邻近的几道大很多时，则认为该道存在一个峰。在计算中边疆检索平滑后的谱数据，如在第m道满足— 一— ~rT.*— - —ym-2<〉m-TRH3m>ym+2则第m道附近有一个峰。式中TRH是寻峰阈值。在第m道附近的谱数据中用二阶差值多项式计算出精确峰位。2.3求峰面积（线性本底法）峰面积的计算是定量的基础。知道了特征峰的净峰面积，就可以计算目标元素的含量。实测谱中，各特征峰是叠加在环境本底和康普顿散射背景之上的。总峰面积S：在一个特定的峰区内，各道计数之和。本底面积B：由环境本底和散射造成的计数总和。净峰面积A：由峰的总面积扣除本底面积即可得出净峰面积。即：S—B=A，

所以，计算净峰面积，如何确定B最关键。步骤：①确定峰的左右边界L、R。计算总面积：上=二,",,,i=L-计算本底面积：B-（delta.十次7心_）* ―”L XLf a计算净峰面积：A=S—B2.4程序流程图能谱数据的获取利用重心法对能谱平滑（五点法）平滑后的能谱图简单比较法寻峰峰的边界道确定线性本底法计算峰的净面积得到计算峰面积|结束i［、任务实一/1、计算器1.1任务要求设计一个对话框，编辑程序。实现简单的数据加、减、乘、除。1.2任务步骤1.2.1编辑一个对话框并在对话框内编辑按钮。1.2.2分别对每个按钮进行编程。voidCJisuanqiDlg::OnJia(){//TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereUpdateData(true);m_Result=m_Firnum+m_Secnum;UpdateData(false);}voidCJisuanqiDlg::OnJian(){//TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereUpdateData(true);m_Result=m_Firnum-m_Secnum;UpdateData(false);}voidCJisuanqiDlg::OnCheng(){//TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereUpdateData(true);m_Result=m_Firnum*m_Secnum;UpdateData(false);}voidCJisuanqiDlg::OnChu(){//TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereUpdateData(true);m_Result=m_Firnum/m_Secnum;UpdateData(false);}2、写数据到文件中2.1任务要求设计一个对话框，编辑程序。实现数据的写入。2.2任务步骤2.2.1编辑一个对话框并在对话框内编辑按钮。2.2.2对按钮进行编程。#include<stdio.h>#include<string.h>voidmain(){FILE*fp;inti,a[2048H2],b[2048〕[2];if((fp=fopen("090623.txt","r"))==NULL){printf("fileopenerror.\n");}for(i=0;i<2048;i++){fscanf(fp,"%d%d",&a[i][0],&a[i][1]);for(i=0;i<2048;i++){fprintf(fp,"%d%d”,a[i][0],a[i][1]);printf("%d%d\n",b[i][0],a[i][1]);}if((fp=fopen("090623(1).txt","w"))==NULL){printf("fileopenerror.\n");}for(i=0;i<2048;i++){b[i][0]=a[i][0];b[i][1]=a[i][1];fprintf(fp,"%d%d\n",b[i][0],b[i][1]);printf("%d%d\n",b[i][0],b[i][1]);}fclose(fp);}2.3任务效果压shiyan |X3、按钮实现数据的读写3.1任务要求编辑程序。实现数据的读写。3.2任务步骤3.2.1新建C++文档。3.2.2输入程序并运行。voidCShiyanDlg::OnDushuju(){//TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereFILE*fp;intdatanum=0,data[2048];floatdata_ph[2048];inti;intdata1,data2;if((fp=fopen("090623.txt","r"))==NULL){printf("Cannotopenthefile.\n");exit(0);}while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d%d”,&data1,&data2);data[datanum++]=data2;fscanf(fp,"\n");}for(i=0;i<2048;i++){if(i<2||i>2045)data_ph[i]=data[i];elsedata_ph[i]=(data[i-2]+4*data[i-1]+6*data[i]+4*data[i+1]+data[i+2])*1.0/16.0;printf("%f\n",data_ph[i]);fclose(fp);if((fp=fopen("OUT1.txt","w"))==NULL){printf("fileopenerror.\n");exit(0);}for(i=0;i<2048;i++){fprintf(fp,"%d%f\n”,i+1,data_ph[i]);}fclose(fp);}3.3任务效果N=1任务实现说职兼框血lismm河心球明海675SB2784淑896睡^79澜W曲澜弗霁凋拘792034772G3E692836692037772838»9涵92849GB湖19389驰迥474凋％州2B4781汕&75Prig汗五司n*k建y上口匚■>!!ti.miul<sBB4、显示图谱4.1任务要求设计一个对话框，编辑程序。实现图谱的显示。4.2任务步骤4.2.1编辑一个对话框并在对话框内编辑按钮。4.2.2分别对每个按钮进行编程。voidCShiyanDlg::OnYuantu()doublexViewport,yViewport;intmax;CWnd*pWnd=GetDlgItem(IDC_P1);CDC*pDC=pWnd->GetDC();pDC->SetMapMode(MM_ANISOTROPIC);CRectrect;doublescale;GetDlgItem(IDC_P1)->GetWindowRect(&rect);scale=25.4*10/pDC->GetDeviceCaps(LOGPIXELSX);CDCMemDC;CBitmapMemBitmap;MemDC.CreateCompatibleDC(NULL);MemBitmap.CreateCompatibleBitmap(pDC,rect.Width(),rect.Height());MemDC.FillSolidRect(0,0,rect.Width(),rect.Height(),RGB(255,255,255));max=data[0];for(inti=1;i<2048;i++){if(data[i]>max)max=data[i];}for(i=0;i<2048;i++){xViewport=(i+1)*rect.Width()/2048;yViewport=(0.67*data[i]*rect.Height())/max+10;pDC->SetPixel(xViewport,rect.Height()-yViewport-1,RGB(255,0,0));pDC->BitBlt(0,0,rect.Width(),rect.Height(),&MemDC,0,0,SRCCOPY);}MemBitmap.DeleteObject();MemDC.DeleteDC();pDC->DeleteDC();}voidCShiyanDlg::OnWudianpinghua()doublexViewport,yViewport;floatmax;CWnd*pWnd=GetDlgItem(IDC_P2);CDC*pDC=pWnd->GetDC();pDC->SetMapMode(MM_ANISOTROPIC);CRectrect;doublescale;GetDlgItem(IDC_P2)->GetWindowRect(&rect);scale=25.4*10/pDC->GetDeviceCaps(LOGPIXELSX);CDCMemDC;CBitmapMemBitmap;MemDC.CreateCompatibleDC(NULL);MemBitmap.CreateCompatibleBitmap(pDC,rect.Width(),rect.Height());MemDC.FillSolidRect(0,0,rect.Width(),rect.Height(),RGB(255,255,255));max=data_ph[0];for(inti=1;i<2048;i++){if(data_ph[i]>max)max=data_ph[i];}for(i=0;i<2048;i++){xViewport=(i+1)*rect.Width()/2048;yViewport=(0.67*data_ph[i]*rect.Height())/max+10;pDC->SetPixel(xViewport,rect.Height()-yViewport-1,RGB(255,0,0));}pDC->BitBlt(0,0,rect.Width(),rect.Height(),&MemDC,0,0,SRCCOPY);MemBitmap.DeleteObject();MemDC.DeleteDC();pDC->DeleteDC();4.3任务效果5、寻峰及道址换算5.1任务要求设计一个对话框，编辑程序。实现寻峰及导址是计算。5.2任务步骤5.2.1编辑一个对话框并在对话框内编辑按钮。5.2.2分别对每个按钮进行编程。voidCShiyanDlg::OnButton1(){LButton_Clicked=1;left_flag=1;Left_x=x_old;Left_y=y_old;}voidCShiyanDlg::OnButton2(){inti,j,xl,xr,max=0,maxi=0;floatnewx;CRectrect1;CWnd*pWnd=GetDlgItem(IDC_P1);pWnd->GetWindowRect(rect1);ScreenToClient(&rect1);CDC*pDC=pWnd->GetDC();RButton_Clicked=1;if(left_flag==1){Right_x=x_old;Right_y=y_old;//GetDlgItem(IDC_P1)->GetWindowRect(&rect1);xl=2048*(Left_x-rect1.left)/rect1.Width();xr=2048*(Right_x-rect1.left)/rect1.Width();for(i=xl+2;i<xr-1;i++){if((data[i]-1.0*sqrt(data[i])>data[i-2]) &&(data[i]-1.0*sqrt(data[i])>data[i+2])){for(j=i-2;j<i+3;j++){if(data[j]>max){max=data[j];maxi=j;}m_e3=maxi;UpdateData(false);}}}newx=maxi*rect1.Width()/2048;CDC*pDC=pWnd->GetDC();CPenlpen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));CPen*pOldPen=pDC->SelectObject(&lpen);pDC->MoveTo(newx,0);pDC->LineTo(newx