核數(shù)據(jù)處理課程設(shè)計報告姓名： 學(xué)號： 班級:2012年月日目錄一、 設(shè)計目的和要求二、 設(shè)計原理1、 探測原理。2、 核數(shù)據(jù)處理的分析方法：譜光滑、尋峰、求峰面積。三、 任務(wù)實現(xiàn)1、 計算器2、 寫數(shù)據(jù)到文件中3、 按鈕實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫4、 顯示圖譜5、 尋峰及道址換算6、 求峰面積、設(shè)計目的和要求1、 掌握核輻射探測的原理及核數(shù)據(jù)處理的方法;2、 了解圖形程序的編寫技能與技巧；3、 掌握文件讀寫函數(shù)的使用；4、 理解整個譜數(shù)據(jù)處理的流程；5、 進(jìn)一步掌握對常用核數(shù)據(jù)處理的基本方法。:、設(shè)計原理1、探測原理。什么是核輻射和核輻射探測？所謂核輻射是指在各種核躍遷中，從原子核中釋放出來中子、質(zhì)子、a粒子、B粒子、X射線、Y射線等。由于它們本身具有波粒二象性，所以也將它們稱為粒子或射線。而核輻射探測主要是用各種類型和規(guī)格的核輻射探測器記錄粒子數(shù)目，測定放射源的活度，確定粒子的質(zhì)量、電荷、壽命、能量以及動量等。在核輻射探測原理中，最基本的是利用帶電粒子在物質(zhì)中對物質(zhì)原子產(chǎn)生的電離和激發(fā)效應(yīng)或快速輕帶電粒子穿過物質(zhì)時的電磁效應(yīng)。X射線和Y射線在物質(zhì)中沒有直接電離和激發(fā)效應(yīng)，因此，不能直接被探測到。只有利用它們在物質(zhì)中的光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(chǎn)生效應(yīng)等產(chǎn)生的次級電子再引起的電離和激發(fā)才能探測到。射線與物質(zhì)的相互作用主要有三個過程：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對效應(yīng)1.1光電效應(yīng)光子通過物質(zhì)時和物質(zhì)原子相互作用，光子被原子吸收后發(fā)射軌道電子的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，也稱光電吸收。光電效應(yīng)發(fā)出來的電子叫做光電子。光電效應(yīng)、特征X射線和俄歇電的發(fā)射示意圖光電子可以從原子的K、L、M等各殼層中發(fā)射出來。在光電效應(yīng)過程中，因為動量守恒要求，除入射光子和光電外，還必需有第三者參加，即原子核，嚴(yán)格的講是發(fā)射光電子之后余下的整個原子。所以自由電子不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，而且原子的內(nèi)層電子由于受到原子核的強束縛更容易滿足動量守恒而更容易發(fā)射光電子。一般的說，如果入射光子的能量超過K層電子結(jié)合能，那么，大約80%的光電吸收發(fā)生在K層電子上。1.1.1光電子的能量入射光電子的能量（E0=hv）一部分用來克服電子在原子核中的結(jié)合能，另部分轉(zhuǎn)化為光電子的動能。，i=K,L,M…（Bi為第i殼層的電子的結(jié)合能，h為普朗克常量h=6.582*10-22。）原子發(fā)射光電子，從內(nèi)殼層打出電子，便處于激發(fā)狀態(tài)。退激有兩種形式，一種是外層電子向內(nèi)層躍遷伴隨著放射特征X射線，其能量為兩個殼層結(jié)合能之差（以K層為例，EKX=BK-BL）另一種是原子的激發(fā)能直接交給外殼層的其它電子，使外殼層電子從原子中發(fā)射出來，即發(fā)射俄歇電子，其能量也僅以K層為例：E=（B—B）—BeKLZ K L Z1.1.2光電子的角度分布光電子的角分布與入射光子的能量有關(guān)。實驗上沒有觀察到00方向的光電子，這也證明了光電效應(yīng)過程中的能量和動量守恒要求有第三者參加。實驗和理論計算還證明在1800沒有光電子。在光子能量很低時，光電子在900方向發(fā)射的概率最大，隨著光子能量的增加，光電子發(fā)射方向逐漸趨向前方。導(dǎo)導(dǎo)二0-11.2康普頓散射康普頓散射是發(fā)生在入射光子與物質(zhì)原子核外的軌道電子之間的非彈性碰撞。入射丫光子被電子散射后，不僅改變其運動方向而且損失能量。散射情況因入射丫光子能量不同而不同。在低能范圍內(nèi)（hv<<mec2）,Y光子與軌道電子作用使得Y光子只改變運動方向而不損失能量，這種散射稱為湯姆遜散射。入射丫光子的能量hv接近或超過mec2時的散射稱為康普頓散射。康普頓散射發(fā)生在束縛得最松的外層電子上的概率大，外層電子的結(jié)合能同入射Y光子的能量hv相比，可以忽略，同時外層電子軌道運動速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，因此，康普頓散射可以認(rèn)為是Y光子與靜止?fàn)顟B(tài)的“自由電子”之間的彈性碰撞。利用相對論的能量和動量公式及康普頓散射中能量和動量守恒，可以寫出下列方程：

hv=mc2(y-1)+hVehv hV一=mcpycosW+——cosU0=mcPysinw一立cos0散射光子的能量hv’、康普頓電子的能量Ece及。與W之間的關(guān)系式分別為:(hv)2(1―cos0)E=hv一hv= —ce mc2+hv(1一cos0)ehv0ctgw=(1+ )tg-，由式可知，當(dāng)hv定時，0與，由式可知，當(dāng)hv定時，0與w之間有對應(yīng)的關(guān)系。顯然散射后光子的波長與入射光子之差為:人''一人=^—(1一cos0)mec ，系數(shù)h/mec2fc=0.24*10-9cm是所謂的康普頓波長。散射后光子的波長變長。當(dāng)0=00時，W=900，hv'=hv,Ece=0，相應(yīng)于光子從電旁邊掠過而未受到散射。當(dāng)。=1800時，小=00，即Y光子與電子對心碰撞，入射光子被反彈回來，反沖電子沿光子入射方向飛出，這種情況稱為反散射。(hv')(hv')=反散射光子的能量最小：hv1+(2hv/mc2)ehvEhvEemaX1+2/2hv)，通過測Eemax就可以確定入射反沖電子的能量達(dá)到最大：光子Y的能量。1.3電子對產(chǎn)生效應(yīng)當(dāng)Y光子能量大于1.02Mev時，Y光子經(jīng)過阻止介質(zhì)的原子核時，與原子核發(fā)生電磁相互作用，Y光子消失而產(chǎn)生一個電子和一個正電子(簡稱正電子對)，這就是電子對產(chǎn)生效應(yīng)。電子對產(chǎn)生效應(yīng)必須有第三者一一原子核參加，才能滿足能量守恒和動量守恒定律。電子對產(chǎn)生效應(yīng)的能量分配如下：hv=E+E+2mc2顯然，對于一定能量的入射光子，電對產(chǎn)生效應(yīng)的正電子和負(fù)電子的動能之和為常量。但是，電子和正電子之間的能量分配是任意的，它的動能0-(hv-2mec2)之間都是可能的。由于動量守恒關(guān)系，電子和正電子的發(fā)射幾乎都是沿著光子的入射方向前傾的。入射光子能量越大，正負(fù)電子的發(fā)射方向越是前傾。電子對產(chǎn)生效應(yīng)中產(chǎn)生的正電子和電子與物質(zhì)相互作用同前面介紹的一樣，負(fù)電子最終被吸收，但正電子在其中絕大部分動能損失而與周圍物質(zhì)達(dá)到熱平衡時將與物質(zhì)中的一個電子發(fā)生漂滅，放出兩個能量均為0.511Mev的Y光子。正電子的湮沒：正電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量損失機制和電子相同。正電子的特點

是:高速正電子進(jìn)入物質(zhì)后迅速被慢化，然后在正電子徑跡的末端與介質(zhì)中的電子發(fā)生湮沒，放出光子。或者，它與一個電子結(jié)合成正電子素，即電子一一正電子對的束縛態(tài)，然后再湮沒，放出光子。正電子湮沒放出光子的過程稱為湮沒輻射。正電子湮沒時放出的光子稱為湮沒光子。正電子湮沒時一般放出兩個光子，放出三個光子的概率僅為放出兩個光子概率的0.37%。從能量守恒出發(fā)：在發(fā)生湮沒時，正、負(fù)電子的動能為零，所以，兩個湮沒光子的總能量應(yīng)等于正、負(fù)電子的靜止質(zhì)量。即：時1+"=.+°2+m_C2，從動量守恒出發(fā)：湮沒前正、負(fù)電子的總動量為零，則，湮沒后兩個湮沒光子的總動量也應(yīng)為零。即：hv hv 1= 2-cc，因此，兩個湮沒光子的能量相同，各等于0.511MeV。而兩個湮沒光子的發(fā)射方向相反，且發(fā)射是各向同性的。正電子在材料中發(fā)生湮沒的概率：「r；C"，（n材料中的電子密度，單位1/cm3；re電子的經(jīng)典半徑；c光速。）PP=4.52X109竺(s-1)A（P,Z,A為材料的密度、原子序數(shù)和原子量。）正電子壽命=1/P，固體中=10-10s，氣體中=10-7s。1.4光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)是光子與核外電子的作用結(jié)果，電子對效應(yīng)是光子與原子核電磁場的作用結(jié)果。三種效應(yīng)的相對重要性對低能射線和原子序數(shù)高的物質(zhì)光電效應(yīng)占優(yōu)勢；對中能射線和原子序數(shù)低的物質(zhì)康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢；對高能射線和原子序數(shù)高的物質(zhì)電子對效應(yīng)占優(yōu)勢。三種效應(yīng)相互競爭，可能同時存在。呂I呂I品S品M在三種效應(yīng)中，每個光子都是在一次作用中就損失其全部能量或相當(dāng)大部分能量，并發(fā)射出電子。正是這些電子使得探測射線成為可能。光電效應(yīng)和電子對效應(yīng)所發(fā)射的次級電子的能量單一，因此射線探測器的物質(zhì)應(yīng)選用Z盡可能大的材料。Y射線儀器譜的形成機制：Y射線的探測器必須有兩個特殊的功能。首先，轉(zhuǎn)換介質(zhì)的作用，入射丫射線在探測器中有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔脦茁十a(chǎn)生一個或更多的快電子；第二，它對于這些次級電子來說必須起普通探測器的作用，能夠記錄這些次級電子在探測器中損失的能量。2、核數(shù)據(jù)處理的分析方法：譜光滑、尋峰、求峰面積。由多道脈沖分析器獲取的譜數(shù)據(jù)需要以一定的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理才能得到實驗要求的最終結(jié)果。能譜的數(shù)據(jù)處理大致可以分為兩個步驟。首先進(jìn)行峰分析，即由能譜數(shù)據(jù)中找到全部有意義的峰，并計算出扣除本底之后每個峰的凈面積。第二步是放射性核素的活度或樣品中元素濃度的計算，即由峰位所對應(yīng)的能量識別出被測樣品中含有哪些放射性核素或被激發(fā)的元素，并且由峰的凈面積計算出放射性核素的活度或元素在樣品中的濃度。下面分別采用重心法對所提供的數(shù)據(jù)能譜進(jìn)行平滑、采用簡單比較法來尋找峰的峰位、用瓦森峰面積法計算樣品中特征射線峰凈峰面積。2.1譜光滑（重心法）由于射線和探測器中固有的統(tǒng)計漲落、電子學(xué)系統(tǒng)的噪聲的影響，譜數(shù)據(jù)有很大的統(tǒng)計漲落。在每道計數(shù)較少時，相對統(tǒng)計漲落更大。譜數(shù)據(jù)的漲落將會使譜數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生誤差。其主要表現(xiàn)為在尋峰過程中丟失弱峰或出現(xiàn)假峰、峰凈面積計算的誤差加大等等。譜數(shù)據(jù)的平滑就是以一定的數(shù)學(xué)方法對譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少譜數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計漲落，但平滑之后的譜曲線應(yīng)盡可能地保留平滑前譜曲線中有意義的特征，峰的形狀和峰的凈面積不應(yīng)產(chǎn)生很大的變化。所謂重心法就是假設(shè)光滑后的數(shù)據(jù)是原來的重心。對某一質(zhì)點的集合體，由于各質(zhì)點所受合外力大小和方向不同，導(dǎo)致各質(zhì)點向不同方向運動不同距離，如果該質(zhì)點系所受的合外力為0，那么該物體的重心不變，對于能譜而言，由于噪聲信號幅度平均值為0，所以譜線上各數(shù)據(jù)的重心不變。由于能譜中不存在半道，則可以推出重心法的 3點平滑公式：-yi=1/4（yi-i+2yi+yi+i）;同理推出5點：-y1=1/16（y1_2+4y1_1+6y1+4y1+1y1+2）;以此可以推出7、9、11等點的平滑公式。這幾個平滑公式的優(yōu)點是權(quán)因子都是正數(shù)，平滑之后的譜數(shù)據(jù)不可能出現(xiàn)負(fù)值，從而提高了平滑之后的譜數(shù)據(jù)的可靠性。這在原始譜數(shù)據(jù)中本底很小、峰很高、而且峰的寬度很窄時是非常重要的。如果平滑之后的譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)了負(fù)值（這顯然是不合理的），可能使后續(xù)的計算程序在運行時產(chǎn)生錯誤。2.2尋峰（簡單比較法）簡單比較法尋峰：簡單比較法尋峰是最直觀而又快速的一種導(dǎo)峰方法。在譜數(shù)據(jù)中，某一道的數(shù)據(jù)比其鄰近的幾道大很多時，則認(rèn)為該道存在一個峰。在計算中邊疆檢索平滑后的譜數(shù)據(jù)，如在第m道滿足— 一— ~rT.*— - —ym-2<〉m-TRH3m>ym+2則第m道附近有一個峰。式中TRH是尋峰閾值。在第m道附近的譜數(shù)據(jù)中用二階差值多項式計算出精確峰位。2.3求峰面積（線性本底法）峰面積的計算是定量的基礎(chǔ)。知道了特征峰的凈峰面積，就可以計算目標(biāo)元素的含量。實測譜中，各特征峰是疊加在環(huán)境本底和康普頓散射背景之上的。總峰面積S：在一個特定的峰區(qū)內(nèi)，各道計數(shù)之和。本底面積B：由環(huán)境本底和散射造成的計數(shù)總和。凈峰面積A：由峰的總面積扣除本底面積即可得出凈峰面積。即：S—B=A，

所以，計算凈峰面積，如何確定B最關(guān)鍵。步驟：①確定峰的左右邊界L、R。計算總面積：上=二,",,,i=L-計算本底面積：B-（delta.十次7心_）* ―”L XLf a計算凈峰面積：A=S—B2.4程序流程圖能譜數(shù)據(jù)的獲取利用重心法對能譜平滑（五點法）平滑后的能譜圖簡單比較法尋峰峰的邊界道確定線性本底法計算峰的凈面積得到計算峰面積|結(jié)束i［、任務(wù)實一/1、計算器1.1任務(wù)要求設(shè)計一個對話框，編輯程序。實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)加、減、乘、除。1.2任務(wù)步驟1.2.1編輯一個對話框并在對話框內(nèi)編輯按鈕。1.2.2分別對每個按鈕進(jìn)行編程。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、寫數(shù)據(jù)到文件中2.1任務(wù)要求設(shè)計一個對話框，編輯程序。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入。2.2任務(wù)步驟2.2.1編輯一個對話框并在對話框內(nèi)編輯按鈕。2.2.2對按鈕進(jìn)行編程。#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任務(wù)效果壓shiyan |X3、按鈕實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫3.1任務(wù)要求編輯程序。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫。3.2任務(wù)步驟3.2.1新建C++文檔。3.2.2輸入程序并運行。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任務(wù)效果N=1任務(wù)實現(xiàn)說職兼框血lismm河心球明海675SB2784淑896睡^79瀾W曲瀾弗霽凋拘792034772G3E692836692037772838?9涵92849GB湖19389馳迥474凋％州2B4781汕&75Prig汗五司n*k建y上口匚■>!!ti.miul<sBB4、顯示圖譜4.1任務(wù)要求設(shè)計一個對話框，編輯程序。實現(xiàn)圖譜的顯示。4.2任務(wù)步驟4.2.1編輯一個對話框并在對話框內(nèi)編輯按鈕。4.2.2分別對每個按鈕進(jìn)行編程。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任務(wù)效果5、尋峰及道址換算5.1任務(wù)要求設(shè)計一個對話框，編輯程序。實現(xiàn)尋峰及導(dǎo)址是計算。5.2任務(wù)步驟5.2.1編輯一個對話框并在對話框內(nèi)編輯按鈕。5.2.2分別對每個按鈕進(jìn)行編程。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