泊松克里金算法在核辐射场重构中的应用研究

为验证泊松克里金法在核辐射场重构中的应用效果,本文对泊松克里金算法在辐射场剂量率插值计算中的计算原理进行了研究,结合代理模型对泊松克里金算法进行了求解。通过SuperMC软件建立虚拟辐射场,对泊松克里金算法的参数影响进行了分析,筛选出二次多项式基函数和GAUSS误差相关模型。采用6150AD-b闪烁体探测器对实际放射源进行测量,并利用实测辐射场剂量率数据和福岛周边空间剂量率数据对泊松克里金算法在核辐射场重构中的可行性进行了验证。结果表明：小范围简单辐射场中,样本数据量为网格点数的1/10时,平均相对误差在10%以内;大范围辐射场中,辐射热点区域略有偏移,平均相对误差为141.69%。以上结果表明,该方法在快速、低成本解决未知放射源辐射场的重构问题中有一定的潜力。     

基于地统计空间插值的三维辐射场重构研究

针对源项未知情况下的三维辐射场获取问题，根据辐射场具有空间自相关性的特点，利用地统计空间插值中结合对数变换的普通克里金方法来进行辐射场重构。通过两个实测的辐射场数据集对该方法进行了测试，结果表明，该方法在选取Exponential模型或Spherical模型来进行半方差拟合，且测量点为随机选取的情况下，其重构结果平均偏差的平均值为21.51%～74.01%,证明了该方法在实际应用中具有一定的有效性和可行性。另外，对测量点分布情况与辐射场重构准确性之间的关系进行了初步分析，确定了测量点的分布应尽可能均匀的选取方案。     

核级设备鉴定装置γ辐射场计算平台开发

为更广泛、更方便地解决实际工作中的辐射场计算问题,采用有效可靠的计算模型以及计算机数据管理和数据可视化技术,并利用贪心算法快速求解复杂方程,开发了通用的γ辐射场计算平台,该平台实现了放射源管理、三维显示放射源布置和辐射场剂量率水平以及自动生成布置方案等功能。实验表明,用该平台自动生成的方案布置的γ辐射场能够满足核级设备γ辐照鉴定的要求。      

基于克里金理论的辐射剂量场插值重构与可视化研究

使用基于克里金理论的插值计算方法对均匀网格与随机排列等不同分布类型的辐射剂量场进行了数据重构与可视化研究,并将重构结果与常用的反距离加权插值法进行了对比,分析了不同插值方法对辐射剂量场重构精度与可视化显示效果的影响。结果表明:对于多数情况,克里金插值法在辐射剂量场重构的精度与可视化显示的效果上均明显优于反距离加权插值法,算例中克里金插值法的结果与原始数据之间的偏差在10%以内,而反距离加权插值法的结果与原始数据之间的偏差基本在15%以上;但在辐射剂量场梯度变化较大且已知数据极少的区域,克里金插值法的计算结果偏差会增大,此时可使用反距离加权插值作为其补充,综合使用。本文的研究工作,验证了克里金插值法在辐射剂量场重构与可视化方面的应用潜力,可为推动辐射剂量场可视化仿真技术的发展提供技术支持。     

Multiquadric散乱数据插值方法在γ辐射场可视化中的应用初探

探究γ辐射场分布及其变化规律对于核设施的状态监控以及核辐射的防护研究具有重要意义。获取γ辐射场的空间分布需要解决利用少量、离散且分布不规则的实验数据重构整个辐射场的难题。本文首次将Multiquadric径向基函数散乱数据插值方法应用于γ辐射场的重构,并实现了γ辐射场模拟数据重构及可视化。对于具有轴对称性的γ辐射场,在采样数据点个数相同的条件下,与数据处理软件MATLAB中自带的Spline方法得到的插值结果相比,Multiquadric方法插值结果的平均相对误差仅为前者的9.47%;对于转动π/2对称的γ辐射场,提出了一种采样数据优化方案,重构结果的平均相对误差相较于未优化采样数据的结果降低了约64.51%。     

某高校放射源库辐射场的MCNP模拟及分析

采用非现场检测方法,给出某高校放射源库的辐射场分布,并计算出该放射源库的最大存储量,提出防护优化建议。利用MCNP(Monte Carlo N particle transport code)程序模拟计算放射源库辐射场分布,并与实测值对比,验证模拟值的可靠性。结果表明,MCNP程序模拟结果与现场实测值的误差基本保持在10%,能给出较精确的辐射场分布及源库最大存储量。结果提示:利用MCNP程序模拟放射源库及其周围辐射场,能在不进入辐射场的情况下,有效获取任意点处的剂量率;该高校放射源库采取的防护措施能保证在任意关注点处剂量率均小于国家标准限值;对于~(137)Cs的最大存储能力为4.88×10~(13) Bq,对于~(60)Co的最大存储能力为9.99×10~(10) Bq。     

减小辐射场剂量率预测不确定度的数据同化研究

为提高核事故早期辐射场剂量率评估的准确性和可靠度,提出一种基于数据同化理论的评价方法。根据数据同化理论,定义辐射场状态空间,建立了适合辐射场剂量率预测模型的状态转移和误差协方差矩阵。利用同化算法,综合考虑核事故辐射场剂量率预测模型与实测数据,实现辐射场剂量率的最优化表达。在Matlab软件平台上,运用数值模拟实验和福岛实测数据,对该方法进行了双重验证。实验结果表明,数值模拟实验条件下,当放射性物质空气释放率高估1个数量级时,同化后,辐射场剂量率相对均方根误差从1个数量级降低至50%左右。利用福岛核事故监测数据对同化系统进行验证,同化后的结果与实际测量结果相近,相对均方根误差在20%左右。以上结果表明,通过合理运用数据同化方法,可有效减小辐射场剂量率预测的不确定度。     

堆芯功率分布重构的两种空间统计性算法

本工作提出两种基于空间统计性理论的堆芯功率分布重构算法：普通克里金方法是一种基于空间自协方差的最优插值法;卡尔曼滤波方法是一种有效结合理论计算与测量数据的数据同化方法。应用秦山第二核电厂3号机组和大亚湾核电站1号机组的测量数据对上述两种方法的功率分布重构精度进行了验证,并与耦合系数法（CECOR）的重构精度进行了比较。结果表明,两种方法的重构误差均满足工程要求,且重构精度优于耦合系数法。     

核辐射实验室环境辐射评估及其核信息共享平台构建

利用辐射仪测量实验室的辐射剂量率,得出核辐射测量实验室环境辐射场分布规律及核信息共享平台的构建。实验采用单一变量原则,利用不同屏蔽材料对不同放射源进行屏蔽。结果表明:核辐射测量实验室辐射场呈现辐射状分布,辐射剂量与距离,屏蔽材料的性质以及辐射时间有关,并提出了核辐射测量实验的优化方案:即将核辐射信号共享,将放射源、高压电源、闪烁探测器、前置放大器作为共享仪器,通过核信息共享器将核信息输送到各个实验台,然后对核信息进行测量、分析。     

蒙卡-点核耦合方法计算核设施退役辐射场

在核设施退役过程中,随着退役设备的拆除,需要计算其三维辐射场的分布,并对核退役场景进行快速、精确的剂量计算和评估,以降低辐射对人员和环境的危害。目前,使用单一的确定论方法和随机性方法计算结构复杂的辐射场均存在不足,无法快速准确的计算退役设施辐射场的分布,而蒙卡-点核耦合计算可精确快速给出辐射场的分布,因此,利用蒙卡-点核耦合方法计算退役辐射场。对多点源辐射场模型计算结果表明,蒙卡-点核耦合计算比单一点核方法计算误差精度提高约1～2个数量级,相比于单一的蒙特卡罗计算可节约几十倍的时间;同时,蒙卡-点核耦合计算对体源模型的计算结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在30%以内,计算精度较高。基于蒙卡-点核耦合计算方法,初步开发了核设施退役三维辐射场计算程序软件。     

基于福岛核事故监测数据的辐射剂量场重构方法研究

辐射剂量场的重构是核事故后开展应急工作的一种重要手段。为了比较不同插值方法用于辐射剂量场重构的优劣,基于日本福岛第一核电站事故后发布的监测数据,分别利用反距离权重插值法、克里金插值法、线性三角网插值法和径向基函数插值法4种方法进行辐射剂量场重构。通过划分不同数量的测试集,以均方根误差、平均绝对误差以及标准偏差为判别依据...     

量子粒子群融合算法在放射源探测标定中的应用

为有效进行辐射剂量探测,设计了有源在线监控模块。针对监控模块辐射测量值标定这一难题,提出了基于量子粒子群的融合算法实现对测量值与剂量值之间的高精度逼近。使用聚类和数据融合算法实现了拟合数据的自主最佳分段,避免了分段选择的主观性。仿真结果表明,融合算法能有效减少计数率较小时拟合函数的误差,提高各数据段测量值与剂量率之间的拟合精度,与整体拟合函数相比,进一步提高了拟合的精度。     

A novel algorithm for transmission image reconstruction of tomographic gamma scaners

<正>It is difficult to develop image reconstruction algorithms for tomographic gamma scanning based on drummed radioactive residues or wastes.In this paper,a novel reconstruction algorithm of transmission image for tomographic gamma scanning is proposed.It is based on the conventional transmission equation and equivalent gamma-ray track length modified by a Monte Carlo method.The algorithm is implemented by simulating the samples on the established platform.For the verification experiments of the algorithm,several cubic voxel samples were designed and manufactured.Experimental tests were conducted.The tomographic gamma scanning of transmission images is compared with the linear attenuation coefficients by the simulated values and experimental data with the algorithm and the reference values.The results show that the absolute relative errors of the reconstructed images are less than 5%.     

基于多算法的电子剂量场反演方法

为了研究精确放射治疗中多算法的电子剂量场反演方法及反演效果,建立非线性规划电子剂量场反演模型,利用体外透射剂量重建全空间电子剂量场,并通过多种算法实现。采用7个例题测试结果表明:除NMinimize算法不能实现该模型外,其他算法都能实现,其中Levenberg-Marquardt算法最精确快速。进一步测试表明,利用接近电子射程的透射剂量会带来较大的反演误差(尾差),原因可能是能谱平均带来的,因此改进方法需考虑改进对平均能量的近似。但由于反演时间较短,精度高,可实现实时剂量场反演;并且每一种算法都有特点,为实现提供多方法的选择性,满足临床上对实时剂量验证的需要。     

基于半扇束扫描的CT图像迭代重建算法

为解决探测器尺寸受限导致的CT图像重建区域面积受限以及X射线辐射剂量较大问题,提出一种半扇束扫描模式下的CT图像迭代重建算法。该算法将探测器水平偏置,稀疏角度下采集物体投影数据,利用ART-TV迭代算法对投影数据进行重建,达到预设迭代次数后,输出重建图像。实验结果表明:半扫描可扩大重建面积,降低探测器成本;利用迭代重建算法,降低剂量的同时重建优质CT图像。     

基于三角圆筒铅屏蔽NaI探测器的放射源定位研究

随着放射源和放射装置的广泛应用,放射源事故的发生概率不断增大。因此,一旦发现放射源丢失,如何尽快将其定位并安全找回尤为重要。本文设计了一种三角圆筒铅屏蔽的NaI探测器,用于放射源的定位探测。实验研究了测量时间、铅屏蔽厚度、源与探测器间距、伽马射线能量等因素对放射源定位的影响。结果表明:对于137 Cs源,在空气吸收剂量率≥0.028μGy/h处,定位平均角度偏差≤1.24°;对于60 Co源,在空气吸收剂量率0.4μGy/h处,测量的平均角度偏差为1.16°;对于距离约1.5 m的9.25×105 Bq 137 Cs源,定位偏差约为0.097m。     

江西省修水县石煤矿区放射性环境调查与评价

石煤的开发和综合利用对环境有可能造成一定的污染,其中影响环境放射性水平增高和居民受照剂量增加等辐射方面的污染问题较为敏感以及突出。本次研究对江西省主要石煤资源区——修水县一处典型石煤矿的放射性环境进行调查,通过多介质采样分析以及现场监测γ辐射空气吸收剂量率和地面γ能谱相结合,综合研究该区放射性核素分布与环境γ剂量率之间的关系,利用公式估算石煤矿区居民辐射剂量并评价其环境辐射情况。结果表明,调查范围内的石煤矿区地面γ辐射空气吸收剂量率的平均值达到了662 nGy/h,该处铀矿主要形式为碳硅泥岩型,区内石煤、石煤渣、土壤、水样放射性核素测量值都高于省内相应介质的本底值,石煤矿的开采需接受专业的监管。