基于BCCS与NNLS的大面积塑料闪烁体探测器放射性核素识别方法评估

《Scientific Reports》：Radionuclide identification for plastic scintillation detectors by backward cumulative channel sum

　　

摘要

大面积塑料闪烁体探测器被广泛应用于辐射门户监测设备中，但其康普顿散射占主导地位的能谱所提供的放射性核素特异性信息十分有限。我们评估了后向累积通道求和（BCCS）与非负最小二乘（NNLS）分解相结合的方案，并将其与使用显式背景模板的原始能谱NNLS以及探测器专用的五窗NNLS进行了比较。研究采用实测背景及针对钚-241、铯-137和钴-60的固定参考能谱，对18个独立能谱进行了分析：包括9个单核素测量、8个二元混合体测量和1个三元混合体测量。在主要的BCCS分析过程中，混合源的组成信息被屏蔽。所有三种方法在每一个单核素能谱中均将实际核素排在首位，在每一个二元混合体中均将两种组分分别排在前两位；三元混合体的所有三种核素均获得了正系数。对于9个混合源能谱，各方法的特定相对残差分别为：BCCS-NNLS为0.48%–1.31%，原始能谱NNLS为0.88%–1.60%，五窗NNLS为0.11%–0.50%；这些数值在不同表示空间中计算得出，不应作为等效的拟合优度度量进行比较。参数化泊松重采样支持了系数排序在计数统计波动下的稳定性。这些结果支持BCCS-NNLS作为一种简单、线性且可解释的方案，适用于固定核素库范围内的静态、无屏蔽测量，无需硬件改装或数据密集型训练。本研究未涉及开放集识别、活度定量或正式探测限问题。