基于圆柱体探测器放射源定位方法模拟研究

摘要

随着核科学技术的迅速发展，放射源与辐射装置在诸多行业开始了广泛的应用，国内的放射源与辐射装置数量在逐年上升。然而，因为缺乏科学有效的管理，放射源事故时有发生，相当一部分数量的放射源被盗、遗失在外界环境中，对人和环境造成了严重的危害。因此，如何快速有效的寻找并定位遗失的放射源，减少辐射对人和生态环境的危害是十分重要的。 γ射线方向探测器能够在一定距离内能分辨出放射源射线的入射角度，从而确定放射源的方向信息。基于γ射线方向探测器的这个优点，本文设计了两种不同的γ射线方向探测器用来对放射源进行定位，主要内容分为以下两个部分： （1）三晶体耦合γ射线方向探测器 文章完成了三晶体耦合γ射线方向探测器的设计，并且利用MCNP软件对探测器的一些系数进行了模拟计算，讨论了探测器的晶体与铅芯的最优比例、源空气剂量率、探测器体积、射线能量等因素对探测器角度分辨率的影响；除此之外使用MCNP模拟了此探测器对空间放射源的定位，并分析了定位偏差的来源。 使用MCNP模拟的结果表明，当探测器晶体与铅芯半径之比约为1时，探测器的角度分辨率较好；在空气剂量率较低处，探测器的角度分辨率较差，此时大尺寸探测器的角度分辨率比小尺寸的探测器要好；在空气剂量率较高处，探测器的角度分辨率较好，角度的定位偏差较小；对于137Cs源，三晶体耦合γ射线方向探测器在空气吸收剂量≥0.331μGy?h-1处，定位角度偏差≤0.99°；对于60Co源，探测器在空气吸收剂量率0.586μGy?h-1处，平均的角度偏差为0.46°；对于水平距离7m、高度4m的3.7×107Bq的137Cs源，相对定位偏差约为5%。 （2）四单元NaI晶体方向探测器 完成了四单元NaI晶体方向探测器的设计，并利用MCNP模拟分析了探测器中各探测单元的角度响应，依据此角度响应分别设计了模糊逻辑算法和三角算法来对放射源进行定位。使用MCNP分别模拟了两种算法对放射源的定位情况，并讨论了空气剂量率、射线能量、探测器尺寸等因素对探测器角度分辨率的影响。模拟结果表明：在四单元NaI晶体方向探测器的基础上，使用模糊逻辑算法与三角算法均能快速的在辐射异常区域内分辨出射线的入射方向，算法的角度响应稳定；在相同情况下，大尺寸的探测器有利于提高探测器的角度分辨率，提高定位准确度。使用模糊逻辑算法对位置（50,200）的137Cs放射源定位时，相对偏差为8.3%；使用多探测器的定位阵列后，相对偏差不超过4.2%；对位置为（50,200,200）的空间中放射源定位的相对偏差约为3.31%。；使用三角算法对相同位置的放射源进行定位，相对偏差为2.53%。 文中所设计的方向探测器在理论模拟中均可用于放射源定位，在未来可能发生的核应急事件中能够提供一定的技术支持。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外放射源定位方法现状

1.2.1国内的放射源定位方法现状与发展

1.2.2 国外放射源定位研究

1.3.1放射源定位技术总结

1.3.2 技术方案讨论

1.3.3 研究目的及内容

第2章 基于三晶体耦合γ射线方向探测器放射源定位

2.1 引言

2.2 三晶体耦合γ射线探测器模型

2.3 三晶体耦合γ射线方向探测器定位原理

2.4 探测器角度分辨率影响分析

2.4.1 铅芯-晶体比例对探测器角度分辨率的影响

2.4.2 剂量率对探测器角度分辨率的影响

2.4.3不同能量射线对探测器角度分辨率的影响

2.5 空间放射源模拟定位

2.6 放射源定位误差分析

2.7本章小结

第3章 基于模糊逻辑算法与四单元NaI方向探测器的放射源定位技术

3.1 引言

3.2 四单元NaI晶体方向探测器模型

3.3 四单元NaI晶体方向探测器定位原理

3.4 模糊逻辑系统

3.4.1 模糊逻辑系统结构

3.4.2 数据模糊化

3.4.3 模糊规则库

3.4.4 模糊推理

3.4.5 去模糊化

3.5.1 探测器计数模糊化

3.5.2 模糊规则库设计与区域划分

3.5.3 模糊逻辑推理

3.6 模糊逻辑算法验证

3.7.1铅屏蔽层对位置不确定的影响

3.7.2 空气剂量率对位置不确定度的影响

3.7.3 探测器晶体大小对位置不确定度的影响

3.8.1 双探测器平面定位模拟

3.8.2 多探测器阵列定位放射源

3.8.3放射源空间位置定位模拟

3.8 本章小结

4.1 引言

4.2 三角定位算法原理

4.3 算法验证

4.4 角度分辨率优化

4.4.1 铅屏蔽层对角度分辨率的影响

4.4.2 空气剂量率对角度分辨率的影响

4.4.3 三角算法中晶体尺寸对角度分辨率的影响

4.5 放射源模拟定位

4.5.1 放射源平面位置定位模拟

4.5.2 放射源空间位置定位模拟

4.6 定位算法比较

4.7 本章小结

第5章 总结展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

附录Ⅰ

研究生期间发表的学术成果

致谢