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。     

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。     

γ辐射场轴向空间分布随源条件变化规律的计算分析

放射性材料的自发γ辐射场中包含有该材料的形状信息,探索γ辐射场分布与放射性材料形状的关联性对于材料对称性属性的被动测量具有重要意义。论文采用Monte Carlo方法对特定形状的放射性材料的γ辐射场进行了模拟,计算了不同形状、大小、不同自吸收层厚度等条件下源的γ辐射场轴向空间分布,分析了形状、大小等因素对γ轴向空间分布曲线走势的影响,解释了计算结论。     

核设施退役过程中的辐射场重构与拆除路径优化

辐射场分布和路径选择是核设施退役过程中影响工作人员吸收剂量的主要因素。针对核设施退役过程中多源项的三维辐射场,采用点核积分的方法进行重构,重构结果与蒙特卡罗程序计算结果吻合很好,验证了点核积分法的可行性。将核退役拆除路径问题抽象为一种类旅行商问题数学模型,构造不同拆除路径下所受外照射剂量对应的剂量矩阵,根据辐射防护ALARA(As Low As Reasonably Achievable)原则,利用遗传算法进行寻优。对于多源项退役拆除实例,计算给出了最优化拆除路径和三维可视化显示,并对优化效果进行了讨论。设计开发了面向核设施退役过程的辐射场重构与拆除路径优化功能软件。     

~(137)Cs γ辐照器光阑的优化设计

利用蒙特卡洛方法模拟计算了不同锥角外光阑准直孔条件下~(137)Caγ辐射场的均匀性和散射剂量,对外光阑进行了优化设计。通过实验与模拟计算验证了经光阑准直限束后辐射场的径向均匀性,在距离放射源中心1 m处得到了均匀性好于99%,直径大于10cm的均匀野。~(137)Csγ辐射场轴向剂量的模拟计算值、测量值与平方反比规律理论值对比差异均小于1%。使用光阑后辐射场的均匀性及轴向剂量分布规律达到了建立~(137)Csγ标准辐射场的需求。     

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。     

基于单球多计数器、GM计数管同时测量n、γ剂量当量的装置研制

介绍了一款同时测量混合辐射场中n、γ剂量当量的装置研制,该装置通过单球多计数器和GM计数管相结合的方法构成,单球多计数器的探测器由三根两两垂直的3He正比计数管构成,通过解谱的方法得到中子剂量当量。在Am-Be和Cf-252中子参考辐射场中进行了测试,剂量当量相对误差30%;在能量范围为63keV-1.25MeV的入射光子下进行了能量响应试验,相对误差30%。     

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。     

基于脉冲面积分析法改善(谱分辨率研究

尽可能减小噪声对γ谱分辨率的影响是γ能谱数据获取与处理的关键,传统的脉冲高度分析方法对于已有的脉冲信号噪声的抑制具有局限性.基于高速波形采样技术,提出采用脉冲面积分析方法获取γ谱,利用脉冲面积求和的方法,相当于对噪声信号进行多次采样求和平均,可以有效抑制噪声的影响.通过仿真模拟和实验测量,说明该方法对提高γ能谱分辨率具有显著的效果,可以成为一种有效的分析方法.     

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...     

Iterative reconstruction and statistical optimization for thenondestructive assay of distributed gamma source in a large nuclearwaste container

An iterative reconstruction and statistical optimization method for the nondestructive assay of total source activity of distributed gamma source in a large nuclear waste container is presented. Multiple detectors positioned as closely as possible to the waste barrel are used to measure the emerging radiation field from the distributed radiation source. The source distribution is reconstructed by using the conjugate gradient with nonnegative constraint method or maximum likelihood expectation method based on measured detector responses. Total source activity is estimated by examining the error bond and its associated confidence level. These are determined statistically by performing a large number of numerical experiments involving the counting statistics, the nonuniformity of source distribution, and the heterogeneous density of the self-absorbing medium. Using the conjugate gradient with nonnegative constraint method (CGNN) and maximum likelihood expectation maximum method (MLEM) methods the authors compare results of total activity estimation     

固定式环境γ辐射剂量率仪现场校准技术

固定式环境γ辐射剂量率仪是承担环境连续监测任务的主要设备,不便于拆卸送往计量实验室进行校准检定,且送检周期较长,影响连续监测点数据的连续性。为按期校准固定式仪表,本文结合蒙特卡罗方法研制了能量补偿型高气压电离室和便携式137 Cs照射装置,利用天然本底辐射(陆地γ射线和宇宙射线)和便携式照射装置产生的137 Csγ射线参考辐射对固定式环境γ辐射剂量率监测仪表开展现场校准实验。结果表明,采用环境比对和现场照射的方法能较好地解决固定式环境γ辐射剂量率仪的校准问题,现场所得校准因子与标准实验室中校准因子的相对偏差小于5%。     

不同海拔高度下γ射线空气衰减系数的计算

在航空γ剂量率测量过程中由于海拔高度跨度大,γ射线空气衰减系数会受到海拔高度、温度、气压与空气密度的影响,故需要进行相应修正。利用蒙特卡罗（MCNP）法模拟γ射线在不同空气密度下的线衰减系数。利用经验公式计算不同海拔高度下的空气密度,利用MCNP法建立γ谱仪模型,计算不同海拔高度、不同密度条件下的γ光子注量,根据指数衰减原理计算不同空气密度下的线衰减系数。结果表明,由经验公式求出的空气密度模拟得出的空气质量衰减系数与美国NIST推荐值最大相对误差为-17.3%;在γ射线参考辐射场中用衰减板进行实验验证,⁶⁰Co源的最大相对误差为6.0%,¹³⁷Cs源的最大相对误差为5.3%。本工作为后续低空近地辐射剂量的研究工作奠定了基础。     

支撑体对γ辐射物探测数据的影响

在对大质量高安全性要求的γ源进行辐射探测时,发现数据误差很大,不能用于定量分析。为此,基于探测器端面注量率参数理论探析了地面或支撑台对探测器数据影响的简化计算方法,采用蒙特卡罗方法分析了混凝土支撑体对粒子注量率的影响程度,研究了铅作为次级粒子吸收物质时,铅厚度和半径与注量率测量误差之间的关系。研究结果表明,在放射性材料辐射探测过程中,为减少混凝土支撑体对辐射探测数据的影响,应采用厚度不小于0.5 cm、半径不小于源高3倍的铅板作为次级粒子吸收体,可将探测数据最大误差由22%减少至15%左右,最小可接近10%,实验结果证实了该方法的有效性。