基于MCMC的屏蔽环境放射源定位方法研究

遗失放射源的快速精准搜寻是航空放射源定位的核心问题。针对屏蔽环境下丢失放射源定位问题,提出了一种基于马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法的自适应样本集放射源定位算法。算法通过将屏蔽物衰减系数参数化,建立丢失放射源参数估计的物理模型,通过Metropolis-Hastings采样法获得放射源参数的后验分布,并实时判断马尔科夫链的收敛状态,使之自适应样本集长度,在保证定位精度的同时极大地缩短定位时间。分别采用MCMC方法、衰减系数参数化MCMC方法和增加收敛判断的自适应样本集MCMC方法,基于数值仿真和现场实验数据对放射源进行定位。仿真和实验结果表明,该算法可在未知衰减系数的屏蔽物条件下对放射源进行定位。在60m×60m仿真范围内,定位精度优于1 m;在5.4 m×2.4 m的室内实验范围内,定位精度优于0.1 m,定位精度与无屏蔽环境中的定位精度均处于同一数量级。通过实时判断收敛状态,可在保证定位精度的同时大幅缩短时间。在实验条件下,收敛状态实时判断前后的精度差异不大,但后者所需计算时间约为前者的10%。

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。

基于三晶体耦合γ射线方向探测器的放射源定位

为了快速定位并寻回丢失的放射源,设计了一种由NaI、CsI、锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)三种晶体与铅耦合组成的γ射线方向探测器,并采用基于蒙特卡罗方法的通用软件包MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)研究了铅晶比例、射线能量、剂量率等因素对探测器角度分辨率的影响。结果表明,对于137Cs源,在空气吸收剂量率≥0.331μGy·h^(-1)处,定位角度偏差≤0.99°;对于60Co源,在空气吸收剂量率0.586μGy·h^(-1)处,测量的平均角度偏差为0.46°;对于水平距离7 m、高度4 m的3.7×107Bq 137Cs源,相对定位偏差约为5%。

基于三NaI(Tl)晶体探测器的放射源定位研究

设计了一种三NaI(Tl)晶体组成的γ射线源定位探测器系统,并通过模拟仿真及实验研究了三NaI(Tl)晶体探测器在137Cs辐射场中全能峰占比计数随距离及入射粒子方向变化的关系。结果表明:在远距离探测情况下,采用全能峰占比法可以有效消除源与探测器间距对角度分辨的影响。对于探测距离约为2.58m的1.36×10^6Bq的^137Cs源,测量的最大角度偏差≤1.72°,定位位置相对偏差为3.71%。

基于改进粒子滤波的未知放射源定位方法

为应用自主移动机器人搜寻未知放射性物体,本文基于递推贝叶斯估计模型提出了一种改进粒子滤波的放射源定位方法。首先,建立初始粒子集,并根据观测值对粒子权值进行更新和归一化;其次,在重采样过程中引入自优化的重采样方法来增加粒子多样性;最后,对满足收敛条件的粒子进行加权求和估计出放射源位置与活度参数。仿真实验表明该方法可行有效:无屏蔽环境下具有较高的定位精度;有屏蔽环境下也能找到放射源的大致位置,为放射源的最终定位提供参考。

基于自适应M-H采样的放射源定位算法

针对放射源定位中的仪器设施昂贵且定位过程复杂的问题,提出了一种自适应M-H采样的放射源定位算法。利用轻便的个人剂量仪获取辐射场内不同测量点的剂量;再根据放射源的空间衰变规律,建立点放射源位置估计的贝叶斯推理模型,得到放射源参数的后验分布;通过自适应调整初始值和提议函数方差的M-H算法对后验分布进行采样,实现了室内环境中点放射源的定位。采用Eu-152展开实验,实验结果表明:提出的算法能够以较小的误差定位裸源,方法可行、有效。

基于指纹定位技术的放射源定位方法研究

放射源定位是放射性物质安全监管的重要内容之一。目前基于移动式探测器的定位方案存在应用条件、部署成本、监控时效等诸多方面的挑战。本文提出一种基于指纹定位技术的放射源定位方法,讨论了基于多探测器的放射源指纹定位系统设计方案,建立了基于环境辐射监测系统的仿真模型,设计了基于WKNN和XGBoost的放射源指纹定位算法并进行了实验仿真。结果表明:在4顶点探测器布置仿真模型中,基于WKNN和XGBoost的算法定位精确度差异不大,定位精度小于25米的精确度分别为89.1%和90.18%,基于XGBoost算法的放射源定位方法实时性较高,运行时间为WKNN算法的7.8%。

放射源定位方法研究引入实验教学的实践与探索——基于创新型人才培养视角

基于创新型人才培养视角,对放射源定位方法研究引入实验教学进行探讨。将科学研究的优势资源引入实验教学,开发伽马放射源定位和伽马辐射场监测这两个实验项目。实验中利用4个NaI闪烁体探测器同时测量137Cs放射源得到的计数率,通过EM算法迭代计算,采用极大似然估计的定位方法确定几个点状放射源的空间位置、活度及数量。通过教学实践和学生反馈对实验项目进行了修改完善,实现了科学研究与实验教学的有机结合。

基于点核积分的放射源定位方法

针对目前放射源估计定位方法中存在的低适用性问题,本文提出了一种基于点核积分的放射源定位方法。首先将连续的辐射区域离散化;然后采用列主元消去和非负线性最小二乘(NNLS)算法与点核积分相结合,对放射源源强进行反解;最后通过可信度函数来对放射源的所有可能位置进行判断,从而估计放射源的实际位置。为验证所提方法的有效性,通过MCNP5程序进行了虚拟仿真实验。实验结果表明,提出的方法能以较小的误差定位单放射源及多放射源所在的位置,方法有效可行。

基于SVM的放射源快速定位技术研究

针对丢失放射源快速定位需求,设计了一套NaI(Tl)探测阵列装置,基于阵列探测器间的阴影效应,通过蒙特卡罗模拟软件,获得计数率与入射射线角度之间的变化响应曲线。利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)方法建立探测阵列计数-入射射线角度预测模型。搭建放射源定位物理实验平台,开展多种条件下的探测阵列-放射源角度响应实验与位置响应实验,并使用计数率-角度响应模型对放射源定位,测试结果表明:^(137)Cs点源角度预测平均最大偏差为9.21°,最小偏差为1.77°,该方法可实现对放射源的快速、精确定位。

基于多探测节点的放射源监测及定位方法研究

本工作针对区域性放射源定位和活度监测,提出了基于多探测器单元的方向信息和计数信息的放射源定位和活度计算方法。该方法使用多个由CsI(Tl)晶体阵列耦合H8500光电倍增管制成的单探测器单元,利用每个探测器单元上各晶体计数比实现放射源方向测量,利用多个探测器的方向信息和计数信息实现放射源的准确定位和活度测量。最后通过^(68)Ge放射源实验验证了上述定位和活度计算方法。实验结果表明,仅采用2个探测器单元的方向信息和计数信息,通过合理布局,即可实现放射源精确监测和定位,相对定位误差优于5%,相对活度误差优于5%。

多放射源3D搜寻定位系统设计与模拟

为实现对多个放射源的搜寻定位,设计了用于确定放射源坐标的探测系统。探测系统基于方位角测量,用Na I探测器辨别γ放射源的方向。利用MCNP软件进行多放射源搜寻定位模拟实验,结果表明探测系统能够在多个放射源形成的辐射场中实现对放射源的搜寻并确定其空间坐标,且坐标偏差较小。探测系统可用于搜寻丢失的γ放射源并尽快确定其空间坐标。

基于参数估计与十字定位的放射源快速搜寻方法研究

遗失放射源的快速精准搜寻是进行航空放射源定位的核心问题。分析参数估计及十字定位两种放射源定位方法的优缺点,基于蒙特卡罗方法模拟计算得到137 Cs点源及天然本底空间辐射场数据,分别获得了参数估计法最优采样范围(最大定位精度所需采样点的最小分布范围)和十字定位法最优阈值(定位成功率大于95%时的最低剂量率)。针对参数估计法耗时长、十字定位法精度差的问题,提出了基于上述两种定位方法的组合式定位方法,该方法首先基于最优阈值利用十字定位法快速逼近至放射源附近,后基于最优采样范围使用参数估计法精准定位放射源位置。外场实验数据的测试结果表明,该方法相比于十字定位法精度提高49.6%;耗时相对于参数估计法减少71.1%。

无人旋翼机机载放射性监测系统研制

选取GM管与NaI(T1)伽马谱仪双辐射探测器作为辐射监测单元,通过软硬件开发,将GPS技术、无线通信技术、核分析技术、放射源定位、剂量率绘图等功能相融合,研制出一套快速灵敏且不受地形限制的远程机载辐射监测系统。测试结果表明:所开发的无人旋翼机机载放射性监测系统在3 km的传输距离下可保持稳定有效的数据通信;机载监测系统的最大可探测距离满足环境辐射监测需求;系统上位机软件实时显示获取的环境辐射数据,并具有轨迹标定、剂量警报、数据查询和分析等功能,为环境辐射评估提供了依据。

NaI探测器搜寻γ源定位准直器模拟设计

为尽快搜寻丢失的γ放射源,模拟设计了用NaI探测器确定γ源方位的铅准直定位装置。设计针对铅准直NaI探测器,运用MCNP软件模拟定位γ源。模拟结果表明,设计的铅准直NaI探测器能够识别γ射线的方向,且角度分辨率高,放射源模拟定位的偏差小,在多个放射源形成的辐射场中能对各个放射源进行定位。

移动机器人未知环境下辐射场分布地图构建算法

针对未知复杂环境中辐射场分布地图构建以及放射源搜寻定位等问题,利用移动机器人搭载核辐射探测器、激光雷达等进行辐射数据采集以及区域栅格地图构建;采集的离散辐射数据通过高斯过程回归方法(GPR)构建出环境辐射分布图,并将辐射分布图融合区域栅格地图,实现未知复杂环境中的辐射分布可视化及未知放射源定位。该方法能够处理小样本、非线性以及高维度等复杂问题,可快速构建环境辐射分布图。此外,在放射源存在的真实场景下开展了实验验证,实验结果表明,在无障碍物环境与复杂障碍物环境下移动机器人均能完成辐射场分布地图构建并估计出放射源所在位置,定位精度高于0.5m,可应用于搜寻丢失的放射源以及辐射安全监测。