基于全站仪定位的辐射场测量方法研究

在核设施检修或退役中,往往需要对现场的辐射剂量场进行测量。传统的剂量率仪不支持空间坐标测量,需要额外的坐标测量工具,且剂量测量和坐标测量不同步,使得测量效率受到限制。针对该问题,提出了一种基于全站仪定位的测量方法,可同时测量剂量率和对应的空间坐标,定位精度为mm级,研制了测量系统样机。使用样机对某个水泥固化放射性废物桶进行了测试实验,与蒙特卡罗计算结果进行对比,测量值与模拟值的相对偏差遵循正态分布,平均偏差为12.8%,标准偏差为9.37%,数量大约占96%的测量点位的相对偏差在[-30%,5%]的范围内,体现了较高的测量精度。对某核设施厂房的另外两个较为复杂的场景进行辐射场测量,使用对数变换普通克里金方法对离散的测量点进行辐射场插值计算,三维辐射场重构结果的平均相对偏差可控制在50%左右。结果表明通过基于全站仪的辐射场测量系统可对现场的三维辐射场进行重构,精度可以满足三维辐射场的应用需求。

应急辐射防护用定向剂量当量率仪研制

为了准确测量应急条件下的场所H′(0.07)数值,基于塑料闪烁体半导体光电二极管(SiPM),研制了一种应急辐射防护用定向剂量当量率仪。分别选取2层3μm的镀铝聚酯膜、厚度50μm和直径35 mm的塑料闪烁体、厚度5 mm的有机玻璃及SiPM,依次作为探测器的前窗、闪烁体、光导和光电转换器件。对于研制的应急辐射防护用定向剂量当量率仪,按照GB/T 4835.2—2013测得其辐射特性如下:在70μSv/h~1.7 Sv/h剂量率范围内,其相对固有误差在-14%~+20%范围内;在β射线平均能量为60~800 keV辐射中,在0~±60°入射时,测得响应随β辐射能量和入射角的变化在-16%~+48%范围内;在0.24 mSv/h辐射场中测量结果的统计涨落为8.4%。测试结果表明,该应急辐射防护用定向剂量当量率仪的辐射特性均满足GB/T 4835.2—2013中要求,可用于较高弱贯穿辐射场所和应急条件下的定向剂量当量率监测。

基于Zigbee技术的无线辐射监测系统的建立

基于Zigbee技术的无线辐射监测系统可对众多辐射监测仪的监测数据进行实时采集和统计分析,无需布线,组网灵活。该辐射监测系统包括多台辐射监测仪及上位机监测平台。辐射监测仪负责测量辐射信息,并将辐射测量结果通过Zigbee模块发送出来。辐射监测平台负责接收辐射测量结果,并将数据在监测平台上进行显示和存储。对辐射监测仪和辐射监测系统进行测试,测试结果表明:辐射监测仪可对在环境本底的基础上增加0.1μSv/h的γ辐射给出可靠报警;辐射监测系统可自动进行无线网络连接,整体运行稳定,数据采集准确,可实现对各个辐射监测仪监测数据的实时采集和存储。

环境自动监测站固定式辐射监测仪性能测试与评价

参考计量技术规范《固定式环境γ辐射空气比释动能(率)仪现场校准规范》(JJF 1733—2018),对辐射环境空气自动监测站78台高气压电离室开展辐射特性测试。现场校准方面,仅88%的电离室满足1±0.2的响应范围要求;78台电离室的重复性均不超过1%,响应的非线性均不超过6.5%,符合规范要求。针对电离室开展辐射性能测试,发现电离室在9.0×10^(-2)~1.0×10^(9)μGy/h范围内的响应均不超过1±0.2;电离室对164 keV以上的光子的能量响应趋于1.0,对60 keV以下的光子无响应能力,而当光子能量在60~164 keV范围内时,响应曲线会因γ光子与电离室内部惰性气体的光电效应出现“鼓包”;电离室不具备对核临界事故脉冲辐射的监测与警示能力;电离室能够在2 s内给出测量范围内的准确示值,但在分段电压的交界处,响应时间会延长至180~360 s;电离室的响应受环境温度、湿度变化的影响大小不足±0.01,表明电离室的环境适应性优良。

β辐射个人剂量当量H_(p)(3)次级标准电离室的设计与性能测试

研发了β辐射个人剂量当量H_(p)(3)次级标准电离室,不同于主标准器外推电离室的外推结构设计,该电离室采取附带体模的平板电离室的结构,兼顾高测量精度(相对固有误差<2.0%)的同时,简化试验流程。辐射性能试验结果表明:在β辐射H_(p)(3)个人剂量当量率5~170 mSv/h内的相对固有误差不超过±1.5%;具备β辐射H_(p)(3)个人剂量当量率0.5 mSv/h~1.5 Sv/h内至少5个量程的测量范围且相对固有误差不超过±4.0%;在β辐射±60°入射角下的响应相对偏差不超过±5%;电离室的测量重复性为0.6%;对^(90)Sr/^(90)Y源在30 cm处加展平过滤的测量相对扩展不确定度为U_(rel)=3.9%(k=2)。另外,实验发现,H_(p)(3)电离室对低能污染光子具有相对较高的响应。

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。

基于自适应源项离散的点核积分方法计算效率优化研究

点核积分方法面对多源项的复杂场景或是需要对辐射场进行动态更新的情形存在计算耗时较长的问题。针对该问题,通过点核积分程序CIRPDose对圆柱体源、长方体源等5类源项离散引起的误差随计算点与源距离的变化规律进行模拟计算,并提出了一种基于自适应源项离散的点核积分计算效率优化方法。在将该方法集成到CIRPDose程序后,通过自定义算例对其进行测试,测试结果显示,相比传统的固定离散数目,各类型源项在自适应离散方法下的辐射场计算用时最大缩短96.77%,且计算结果平均偏差最大值仅为3.19%,验证了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可为核设施内的三维γ辐射场快速计算提供技术支持。

铀燃料芯块表面及操作人员弱贯穿辐射剂量监测

铀燃料中^(238)U和^(235)U衰变时伴随着大量的β射线发射,操作铀燃料芯块的人员可能存在较大弱贯穿辐射风险。使用β谱仪和定向剂量当量率仪,对燃料芯块表面的β发射谱和β辐射剂量率进行了测量,测得燃料芯块发射的β射线最大能量为2.3 MeV,燃料芯块表面H′(0.07)可达1.38mSv/h,H′(0.07)和H′(10)的比值达到了约36.3。实验测得目前燃料芯块操作人员穿戴的防护用品对高能β射线几乎没有防护效果,燃料芯块操作人员H_(p)(0.07)和H_(p)(10)比值高达130。根据场所和人员弱贯穿辐射测量结果,提出了对铀燃料操作人员增加H_(p)(0.07)和H_(p)(3)监测的建议,并给出了可降低燃料芯块操作人员弱贯穿辐射剂量的防护方法。

斑马鱼在放射生物学领域的研究进展

斑马鱼是主要模式生物之一,因其对外界环境敏感,是常用的生态毒理学模型和良好的环境检测活试剂。本文综述了斑马鱼在放射生物学领域的相关研究进展,包括斑马鱼对水中^(137)Cs的浓集和排出,γ射线、氚和X射线对斑马鱼胚胎-幼鱼生长发育的影响,电离辐射对斑马鱼多代或隔代的种群效应,以及斑马鱼在辐射防护剂、DNA损伤修复蛋白和放射增敏剂方面的相关研究,旨在为斑马鱼在放射生物学领域的进一步研究提供参考。

一种基于标准样品浓度稀释的在线氚监测仪校准装置

为解决在线氚监测仪的现场校准问题,开展了在线氚监测仪现场校准方法研究,主要包括现场校准装置的机械构造、工作原理、校准装置量值的确定,以及需要开展的校准项目。利用该现场校准装置和氚活度浓度标准装置,对同一台在线氚监测仪进行了校准比较,结果表明两者的校准因子分别为1.07和1.05,相对偏差约为2%,该现场校准装置具备量值传递的能力,可满足现场校准要求。此外,该校准装置具有便携性、可操作性和可拆分的特点,可保证现场校准不受场所作业空间的限制,适合在现场进行校准实验,可解决国内在线氚监测仪设备无法溯源的问题。

在线定向剂量当量率监测系统研制

为了实时准确测量工作场所定向剂量当量率H′(0.07)数值,研制了ZF-FD7型在线H′(0.07)监测系统。其探测器是基于塑料闪烁体和半导体光电二极管(SiPM)研制,开发的中间机和上位机具有数据传输、剂量率显示、超阈值报警等功能。对于研制的在线H′(0.07)监测系统,参照GB/T4835.1-2012测得其辐射特性如下:在76μSv/h~1.4 Sv/h剂量率范围内,其相对固有误差在±10%之内;在β射线平均能量为60~800 keV范围内,响应在0.8~1.2之间;在−45°~45º入射时,入射角的响应在0.88~1.00之间;在1 mSv/h辐射场中测量结果的统计涨落为2.0%。探测器进行温度补偿后,在−10~40℃内,响应变化为0.91~1.08;在相对湿度为45%~85%范围内,响应变化为0.93~1.00。测试结果表明,该ZF-FD7型在线H′(0.07)监测系统的特性均满足GB/T4835.1-2012要求,可用于较高弱贯穿辐射场所的定向剂量当量率实时监测。

基于空气荧光的Alpha表面污染测量样机的研制

基于空气荧光的α表面污染光学测量方法,相对于其它α表面污染测量方法具有非接触式测量、对于异形构件可有效测量、不易被污染等优点。同时基于荧光的α表面污染测量技术也面临着由于有限的荧光产额而导致的探测下限过高的问题。介绍了自行研制的基于空气荧光的α表面污染测量样机,样机采用了望远镜+扫描的测量方式。初步的性能测试结果表明,在距离物镜1 m处,常温常压下该样机的灵敏度为2.63 s^(-1)/kBq,测量时间为10 s时,最小可探测活度为1.0 kBq。此时现场适用性验证实验证明该样机在探测范围内能够准确地测量出α表面污染的空间分布。

斑马鱼对放射性核素^(137)Cs的浓集与排出动力学研究

核能发电实现经济效益增长的同时,也存在使得放射性物质进入核电站附近水域的风险,对生态环境产生了一定的影响。斑马鱼作为实验室常用的水生模式生物,对外界环境变化十分敏感,可起到理想的环境监测指示作用。该文探究了斑马鱼对核电站液态流出物中主要放射性核素之一的^(137)Cs的浓集与排出动力学过程。通过对养殖方法和装置进行设计,实现了斑马鱼在放射性水体条件下的养殖,并以活体检测的方式对斑马鱼体内的^(137)Cs活度进行定期测量。结果显示:在放射性活度浓度约1 000 Bq/L的养殖条件下,浓集实验初期斑马鱼对^(137)Cs的吸收较快,其体内^(137)Cs比活度呈直线上升趋势,直至第50 d左右基本保持不变,对应的生物浓集系数为(5.81±0.23)L/kg;排出实验初期斑马鱼体内^(137)Cs比活度下降较快,但从第60 d左右下降趋势开始变得不明显,最终趋于平缓。整体表现出斑马鱼对^(137)Cs富集水平相对较低,但不易排出的特点。该实验可为核电发展对水生生物的影响评估以及水环境评价工作提供一定的参考。