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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2507.16282v1 (physics)
[提交于 2025年7月22日 ]

标题: 基于归一化互相关的康普顿边缘自动标定方法

标题: The Automatic Calibration Method of the Compton Edge Based on Normalized Cross-correlation and Simulated Annealing Algorithm

Authors:Dehua Kong, Yanbiao Zhang, Zixi Lin, Yehao Qiu, Xiulian Chen, Zhonghai Wang
摘要: 在闪烁探测器中准确的能量通道校准对于核物理、医学成像和环境监测中的可靠辐射检测至关重要。 有机闪烁体如BC408和EJ309缺乏全能量峰,使其康普顿边缘成为传统峰方法失效时的关键校准替代方案。 现有的康普顿边缘识别技术——用于50%-70%幅度点的高斯拟合、一阶导数最小值检测和蒙特卡罗模拟——由于低计数率、光谱重叠和主观区间选择而显著退化。 首次,我们提出了一种基于归一化互相关(NCC)、模拟退火(SA)和卷积响应模型的自动化校准程序,以解决这些问题。 该方法通过基于NCC的匹配自动选择康普顿边缘区间,利用SA进行全局参数优化,然后使用卷积模型进行精确匹配。 对有机闪烁体(BC408、EJ309)和无机闪烁体(NaI:Tl、LaBr3:Ce)使用137Cs、22Na、54Mn和60Co辐射源进行的实验表明,该方法的准确性与全能量峰校准方法相当(余弦相似度>99.999%),并且相比两种传统方法表现出更好的稳定性。 在光谱重叠和低计数率的极端情况下,该方法在BC408中的平均误差分别为两种传统方法的19.77%和15.65%,在EJ309中的平均误差分别为两种传统方法的56.44%和33.15%。 这项工作推进了探测器校准,并为高能实验和便携设备提供了可扩展的自动化解决方案。
摘要: Accurate energy channel calibration in scintillation detectors is essential for reliable radiation detection across nuclear physics, medical imaging, and environmental monitoring. Organic scintillators like BC408 and EJ309 lack full-energy peaks, making their Compton edge a critical calibration alternative where traditional peak methods fail. Existing Compton edge identification techniques - Gaussian fitting for the 50%-70% amplitude point, first derivative minimum detection, and Monte Carlo simulation - suffer significant degradation from low count rates, spectral overlap, and subjective interval selection. For the first time, we propose an automated calibration procedure based on Normalized Cross-Correlation (NCC), Simulated Annealing (SA), and a convolutional response model to address these issues. This method automates the selection of the Compton edge interval through NCC-based matching, utilizes SA for global parameter optimization, and then employs a convolutional model for precise matching. Experiments involving the irradiation of organic scintillators (BC408, EJ309) and inorganic scintillators (NaI:Tl, LaBr3:Ce) with 137Cs, 22Na, 54Mn, and 60Co radiation sources demonstrate that this method achieves accuracy commensurate with full-energy peak calibration method (cosine similarity >99.999%) and exhibits superior stability compared to the two traditional methods. In the extreme cases of spectral overlap and low count rate, the average errors of this method are 19.77% and 15.65% of those from the two traditional methods in BC408, 56.44% and 33.15% of those from the two traditional methods in EJ309. This work advances detector calibration and offers a scalable, automated solution for high-energy experiments and portable devices.
评论: 康普顿散射,有机闪烁体,闪烁探测器,卷积模型,归一化互相关,模拟退火
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 核实验 (nucl-ex)
引用方式: arXiv:2507.16282 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2507.16282v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.16282
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Dehua Kong [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 22 日 07:07:34 UTC (3,917 KB)
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