伽马光谱

伽马光谱是定量研究能谱的伽马射线源，如在核工业，地球化学调查和天体物理学。

大多数放射源会产生不同能量和强度的伽马射线。当这些发射被光谱系统检测和分析时，可以产生伽马射线能谱。

对该光谱的详细分析通常用于确定伽马源中存在的伽马发射体的身份和数量，并且是辐射测定中的重要工具。伽马光谱是源中包含的发射伽马核素的特征，就像在光谱仪中一样，光谱是样品中所含材料的特征。

用闪烁计数器测定γ-辐射谱的实验室设备。闪烁计数器的输出进入处理和格式化数据的多通道分析器。

伽马光谱仪的主要组件是能量敏感辐射探测器和分析探测器输出信号的电子设备，例如脉冲分选器（即多通道分析仪）。附加组件可能包括信号放大器、速率计、峰值位置稳定器和数据处理设备。

伽马光谱探测器是能够与入射伽马射线相互作用的无源材料。最重要的相互作用机制是光电效应、康普顿效应和对产生。通过这些过程，伽马射线的能量被吸收并通过检测相互作用前后的能量差（或者，在闪烁计数器中，使用光电倍增管发射的光子）转化为电压信号。产生的信号电压与检测到的伽马射线的能量成正比。常见的检测器材料包括碘化钠(NaI)闪烁计数器和高纯锗探测器。

为了准确地确定伽马射线的能量，如果发生光电效应是有利的，因为它吸收了入射射线的所有能量。当一系列这些相互作用机制发生在检测器体积内时，吸收所有能量也是可能的。通过康普顿相互作用或对产生，一部分能量可能会从检测器体积中逸出，而不会被吸收。因此，吸收的能量产生一个信号，其行为类似于来自较低能量射线的信号。这导致光谱特征与较低能量的区域重叠。使用更大的检测器体积会减少这种影响。

然后，多通道分析仪(MCA)对在探测器体积内相互作用的每条伽马射线产生的电压脉冲进行分析。它采用瞬态电压信号并将其重塑为高斯或梯形形状。从这个形状，信号然后被转换成数字形式。在某些系统中，模数转换是在重新整形峰值之前执行的。该模拟数字转换器（ADC）也可以通过高度排序脉冲转换成特定箱柜，或信道.每个通道代表光谱中特定范围的能量，每个通道检测到的信号数量代表该能量范围内辐射的光谱强度。通过改变通道数，可以微调光谱分辨率和灵敏度。

脉冲高度分析仪原理：在不同时间t检测到三个脉冲1、2和3。如果脉冲达到其设定的电压电平，则两个鉴别器会发出计数信号。脉冲2个触发器下级é大号但不是上层êü。因此，脉冲2被计入表示为P的光谱区域。反重合计数器防止一个脉冲被分类到多个区域

多通道分析仪使用快速ADC记录输入脉冲并以以下两种方式之一存储有关脉冲的信息：

多通道分析仪输出被发送到计算机，计算机存储、显示和分析数据。多个制造商提供了多种软件包，通常包括光谱分析工具，例如能量校准、峰面积和净面积计算以及分辨率计算。

选择伽马光谱系统以利用几​​个性能特征。其中最重要的两个包括检测器分辨率和检测器效率。

在光谱系统中检测到的伽马射线会在光谱中产生峰值。这些峰也可以通过类似于光谱学的方式被称为线。峰的宽度由检测器的分辨率决定，这是伽马光谱检测器的一个非常重要的特性，高分辨率使光谱学家能够将两条彼此靠近的伽马线分开。伽马光谱系统经过设计和调整，以产生具有最佳分辨率的对称峰。峰形通常是高斯分布。在大多数光谱中，峰的水平位置由伽马射线的能量决定，峰的面积由伽马射线的强度和探测器的效率决定。

用于表示检测器分辨率的最常见数字是半高全宽(FWHM)。这是伽马射线峰在峰分布最高点一半处的宽度。分辨率数字是参考指定的伽马射线能量给出的。分辨率可以用xxx值表示（即eV或MeV)或相对术语。例如，碘化钠(NaI)检测器在122keV时的FWHM可能为9.15keV，在662keV时为82.75keV。这些分辨率值以xxx值表示。为了用相对术语表示分辨率，以eV或MeV为单位的FWHM除以伽马射线的能量，通常以百分比表示。使用前面的示例，检测器的分辨率在122keV时为7.5%，在662keV时为12.5%。锗探测器可在122keV下提供560eV的分辨率，产生0.46%的相对分辨率。

并非所有通过探测器的源发射的伽马射线都会在系统中产生计数。发射的伽马射线与探测器相互作用并产生计数的概率是探测器的效率。高效检测器比低效检测器在更短的时间内产生光谱。通常，较大的探测器比较小的探测器具有更高的效率，尽管探测器材料的屏蔽特性也是重要因素。通过将来自已知活动源的光谱与每个峰中的计数率与从每个伽马射线的已知强度预期的计数率进行比较来测量检测器效率。

效率与分辨率一样，可以用xxx或相对术语来表示。使用相同的单位（即百分比）；因此，光谱学家必须注意确定检测器的效率类型。xxx效率值表示通过探测器的指定能量的伽马射线相互作用并被探测到的概率。相对效率值通常用于锗探测器，并将探测器在1332keV下的效率与NaI探测器中3in×3的效率进行比较（即，1.2×10-3cps/Bq在25cm处）。因此，当使用非常大的锗探测器时，可能会遇到大于xxx的相对效率值。

被探测的伽马射线的能量是探测器效率的一个重要因素。可以通过绘制不同能量下的效率来获得效率曲线。然后可以使用该曲线来确定检测器在与用于获得曲线的能量不同的能量下的效率。高纯锗(HPGe)探测器通常具有更高的灵敏度。