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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于cosRMC的同位素电池屏蔽计算研究

热电式同位素电池系统作为一种新型能源系统,在深空、深海探测任务中有广泛应用。钛酸锶热源中的放射性同位素90 Sr和90 Y会发射β射线,β射线与物质作用产生韧致辐射,韧致辐射具有很强的穿透力,需要为热源安装屏蔽层,以降低辐射剂量。当屏蔽层厚度超过一定值后,蒙特卡罗方法计算结果的统计误差显著增大,采用减方差技术可以提高热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。同时,直接电子输运模拟耗时很长,可以通过厚靶韧致辐射模型处理电子产生的光子,从而提高计算效率。本文开展了cosRMC程序的减方差技术和厚靶韧致辐射模型在同位素电池屏蔽计算中的应用研究与验证,基于美国SNAP-21结构的设计方案,采用cosRMC程序对同位素电池进行了精细建模,通过改变外屏蔽层厚度分析其对表面剂量率的影响,并与MCNP结果进行比较。结果表明,在电池径向和轴向使用不同厚度的屏蔽层,cosRMC与MCNP计算的贫铀屏蔽层表面的剂量率的相对误差在±3σ区间内符合良好。采用栅元重要性减方差后,两程序统计误差均减小,且在电池径向5 cm处和轴向4 cm处,结果在±3σ区间内符合良好,进一步验证了cosRMC程序进行热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。

基于固体径迹探测的中子个人剂量计性能研究

CR-39固体径迹探测器作为一款被动式的中子个人剂量计,具有方便携带、价格低廉、抗干扰能力强、对γ、β射线不敏感、对快中子响应好等优点。针对新开发的一款中子个人剂量计,根据国际标准ISO 21909-1,对新型中子个人剂量计的CR-39固体径迹探测单元的相关性能开展了实验研究。实验结果表明,CR-39固体径迹探测器具备良好的测读重复性、批次均匀性、剂量线性、稳定性、参考辐射场响应以及对光子不敏感的属性,同时给出了CR-39测量中子剂量的剂量探测下限和不确定度,为国际标准引进提供了实验数据参考。

常见结构缝隙对γ射线屏蔽性能影响的分析研究

屏蔽装置实际安装布置过程中,结构缝隙通常难以避免,不同缝隙对装置屏蔽效果影响存在较大差异。本文基于蒙特卡罗程序Geant4,分别对混凝土、铁(Fe)和铅(Pb)结构缝隙对^(60)Co和^(137)Cs源的γ射线衰减倍数和半值层Δ_(1/2)进行计算。重点对不同直缝宽度下不同屏蔽材料屏蔽性能和不同类型结构缝隙宽度下Pb板屏蔽性能进行分析研究;并在相同条件下对不同直缝宽度的Fe板计算结果进行了实验验证。结果表明:对于直缝而言,随着屏蔽体厚度的增加,相同缝隙宽度下半值层Δ_(1/2)逐渐变大;五类结构缝隙中,斜缝对Pb板屏蔽效果负面影响最小,其宽度每增加1 mm,半值层Δ_(1/2)的平均增量约为2.03%(^(60)Co)和2.02%(^(137)Cs),单V缝次之,直缝负面影响最大。本研究主要评估了各类缝隙结构对屏蔽装置防护效果的影响,在指导屏蔽装置的结构设计和选型等方面,具有重要的应用价值。

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。

硼化钨材料中子屏蔽性能及次级γ剂量产生的模拟研究

对辐射防护材料硼化钨的中子吸收和次级γ射线屏蔽性能进行分析。采用Geant4程序,对材料厚度0~2 cm、能量为热中子~20 MeV的入射中子进行模拟分析。研究结果表明:(1)硼化钨材料主要作用于热中子~10-2 MeV中子的吸收屏蔽。由不同材料对应的中子宏观分出截面和材料密度可知,厚度一定时,W_(2)B_(5)的中子吸收性能最优,质量一定时,WB_(4)中子吸收性能最优。以热中子为例,W_(2)B_(5)材料的中子宏观分出截面约为B203材料的8.67倍,是PB202屏蔽材料的40.59倍;(2)相比于传统中子吸收材料,W-B系化合物在低能中子吸收方面优势更为显著;(3)随着入射中子能量的增大,次级γ剂量对总剂量的贡献呈下降趋势;随着硼化钨材料厚度的增加,次级γ剂量对总剂量的贡献不断升高。为明确硼化钨应用场景及优势,实现中子源屏蔽装置的优化设计提供数据参考,具有实际的工程指导价值。

基于LaBr_(3)(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector,PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array,MURA)编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD通过LaBr_(3)(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效。测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。

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。

环形激光熔覆加工头的研制及聚焦光斑优化

研制了一种用于光内同轴送粉方式的激光熔覆加工头。理想状态下,加工头聚焦光斑呈现完整的环形,但在实际装配过程中,元件的加工公差和装配误差的积累会导致聚焦光斑产生形态错位和能量分布不均匀等现象。为改善上述现象,通过光学仿真的手段对加工头内部关键光学元件的位置和角度等参数进行了模拟,并以模拟结果为指导,在尽可能不引入新误差的前提下,对加工头内部光学元件的位置和角度进行了微调,测试结果表明,优化后的聚焦光斑形态对称,能量分布均匀。

基于VSLAM的三维γ剂量率场快速测量方法研究

针对核设施现场及数字化辐射防护系统对γ辐射场信息快速获取的需求,本文采用实时定位与地图构建技术(SLAM)结合γ剂量探测技术,解决室内场景高效测量γ剂量率辐射场并与数字化系统兼容的问题。根据场景传感器的特点,基于三色深度图像(红、绿、蓝色和深度,RGBD)相机研究视觉SLAM(VSLAM)算法和辐射测量数据同步与定位方法;建立了一套基于VSLAM的γ剂量率测量装置,测试了场景点云质量、轨迹定位精度和γ剂量率模块性能;选择某核设施现场进行实验,分析了测量效率、定位准确性和数字化系统兼容能力。结果表明,建立的VSLAMγ剂量率测量方法及相应装置,测量效率高、定位准确,且现场应用良好、数字化系统兼容,具有较广阔的应用前景。

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。

基于平板扫描仪的氡测量方法研究

CR-39固体径迹探测器因其材料的稳定性、良好的实用性等特点被广泛应用于氡的测量领域。针对现有的商用固体径迹探测器自动测读系统价格昂贵、维护成本及环境要求高的问题,本研究利用平板扫描仪设备,开展固体径迹形态学研究,通过建立基于径迹形态学参数的氡径迹识别法则,实现氡的高效、低成本测量。测量结果表明氡暴露量在500 kBq􀅰h/m^(3)以下时,径迹密度-暴露量曲线呈现良好的线性关系。研究表明,基于平板扫描仪的氡测量方法有望实现氡的高效测量且该测读方法兼顾高效、低成本、环境适应性强的特点。