基于SNIP方法在月球伽马能谱数据处理中的应用

赵剑锟　陈　爽　蒋　越　甘　媛（成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059）

基于SNIP方法在月球伽马能谱数据处理中的应用

赵剑锟陈爽蒋越甘媛
（成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059）

摘要：采用伽玛射线谱仪来探测行星表面的物质成分是一种常规的手段。为了准确获取月表的元素分布特征，需要对伽玛能谱数据进行处理。从伽玛能谱数据的方面出发，提出采用SNIP方法对伽玛能谱数据进行本底扣除，获得了月球表面Th的分布特征，并且与美国的月球勘探者伽玛射线谱仪（LP-GRS）进行比较，结果表明， 其分析特征基本一致，同时也存在一些差异。

关键词：SNIP；月球伽马能谱；Th分布

通过嫦娥一号的有效载体伽玛射线谱仪获取月球表面的数据为我国科学界研究月表的物质组成与分布特征提供了有力的支撑，目前对有关嫦娥一号的伽马能谱数据的处理方法以及处理的结果进行了研究，并且得到很好的成果。目前对嫦娥一号的数据和嫦娥二号获取的数据进行深部挖掘，对我国进一步开展探月工作有重要的意义。

“阿波罗”及“月球勘探者”中使用的伽马能谱仪，对月球表面的数十种元素的局部和全月的分布情况进行了分析，本文通过引用SNIP方法对月球伽马能谱数据进行处理，并且对实验的结果予以了讨论，将Th的分布特征与LPGRS的数据进行了比较。

1　理论依据

Morhac 在Ryan等提出的SNIP算法的基础上提出了改进，采用LLS运算符对谱线的每道数据进行了变换，以增强对弱峰的敏感性。以设定的窗口值w=2m+1作为初值，采用窗宽逐减法的思路加快滤波速度。其相应的变换式如式（1）和（2）所示。

2　数据的处理

经过申请获得了CE1-GRS 的2C级数据是经过处理归一化后获得的数据，一般是按照下面的流程对数据进行进一步的处理，如图1所示。

对于嫦娥1号伽玛能谱数据，经过数据的筛选，获得有效的月球伽玛能谱数据，经过宇宙射线校正后，以经度和纬度均按照5°进行网格化分割，形成2592个5°×5°的区域带；然后将每个区域带中的谱线进行累积平均，形成该区域的能谱谱线；最后采用光滑的方法对谱线进行去噪后，采用SNIP方法对谱线进行处理，获得净峰，从而获得净峰面积。

图1　月球伽玛能谱数据处理流程图

如图2所示为CE1和LP的伽马能谱数据经过光滑之后的能谱图，在经过光滑后的谱线上，可以看到Fe（0.847MeV）的特征峰，Mg（1.369MeV）和K（1.462MeV）的特征峰的重叠峰，以及Si（1.779MeV）的特征峰，Th（2.62MeV）的特征峰，O （6.129MeV）特征峰在谱线都可以看出来（如图2所示）。而经过SNIP扣除本底后，在原有的基础上，还可以识别Al （2.210MeV）和U（2.204MeV）构成的重叠峰。经过SNIP对图2所示谱线数据进行处理后，特征峰能显露出来，其图如图3所示。

图2　CE1的月球伽玛能谱数据与LP的谱线的对比

3　月表Th分布特征的比较

由于天然伽玛射线中Th元素的2.615MeV的伽马射线的光子注量率的较高，且其能量比较高，不会和月表的其他谱线发生干扰，所以相对而言，确认Th的2.615MeV的能量特征峰的面积要容易很多。本文参考LP数据处理的过程，选取了2.5~2.7MeV的能量范围内的计数率之和作为Th-2.615MeV的能量的峰面积，求解月表各个区域3s的平均谱线，并且绘制相应的Th窗的全月分布图，其图如图4所示。CE1-GRS经过SNIP方法扣除本底后，其分布图如图5所示。

结语

图3　扣除本底后的谱线

与LP号的数据相比，其Th的分布特征基本一致，但存在一些差异，其部分区域出现了含量相对偏高的区域。此外，经过上述处理的月球伽马能谱数据得到的分布特征图，其条带状分布比较明显，其原因可能是由于伽玛能谱仪长期工作的过程中，由于环境温度等因素的不一致而带来的影响，在数据处理的过程汇总，应该需要考虑能谱仪在测量过程中的一致性。

图4　LP数据的Th月表分布图

从上述伽玛能谱数据处理的结果可以看出，在没有CE1-GRS的伽玛能谱本底的条件下，采用直接解析谱线获取月表Th的计数率分布图存在一定的问题，可以考虑和完善现有的方法，申请更对的CE1的其他数据作对比分析，以及与嫦娥2号的相关数据进行对比分析。

图5　CE1-GRS Th月表分布图

此外，SNIP方法可以用于对月球伽玛能谱数据进行全谱本底的扣除，可以很方便的获得能量特征峰的面积，该种方法具有消耗的时间短。

参考文献

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中图分类号：O657.35

文献标识码：A