分层γ扫描技术中点源定位的蒙特卡罗方法

随着核工业发展和放射性同位素的广泛应用,产生大量中、低放射性废物。中、低放射性废物长期贮存前要对放射性废物的核素种类、活度等进行测量。分层扫描(SGS)测量技术是一种无损检测桶装核废物的手段,但是在测量过程中会遇到放射性核素所在的位置变化,则相对衰减距离、效率刻度不对应,导致估计活度结果误差较大。本工作首先将当前层平均分成12份分别进行计数,并通过实验和蒙特卡罗模拟方法,记录以均匀聚乙烯样品填充对废物桶径向不同偏心位置的探测器的计数。由12个位置的探测器计数得到两个最值,并根据射线在样品中衰减规律计算得到放射性核素距桶轴的距离,从而确定放射性核素在当前层的位置。结果表明:此方法可求出放射性核素所在的位置从而估计点源在桶内旋转半径,对应使用该旋转半径下的自吸收校正因子、探测效率和衰减校正效率,提高了SGS估计的精度。     

基于蒙卡模拟的分段γ扫描无源效率刻度方法

针对200 L核废物桶分段γ扫描(SGS)过程中的效率刻度问题,提出了一种效率刻度函数模型,采用MCNP程序计算不同基质密度和γ射线能量条件下的离散断层效率,经过多元非线性回归获取函数参数,从而建立效率刻度函数,实现核废物桶SGS断层效率刻度。对核废物桶样品进行实验分析,结果表明:对于桶内基质分别为密度0.310 g·cm^-3的硅酸铝、密度0.595 g·cm^-3的木质纤维,桶内核素分别为活度3.110×10^5 Bq的点源137Cs、活度1.371×10^5 Bq的点源60Co,在桶内仅有单个点源存在的核素分布极端不均匀情况下,桶内核素活度重建误差在-37.68%~31.52%范围内。本文的方法能够准确有效实现核废物桶SGS断层效率矩阵计算,并确定核废物桶内放射性核素活度,满足实际检测要求。     

便携式食品放射性检测仪的研制及测试

设计了一种便携式食品放射性检测仪,主要包括测量结构、核信号处理单元和能谱分析程序。核信号处理单元主要包括抗混叠低通滤波器、程控增益放大器、高速A/D采样、数字低通滤波、梯形成形、脉冲幅度甄别和能谱获取等。能谱分析程序主要包括能谱光滑、能谱寻峰、能量刻度、本底扣除以及活度计算等。最后,以测量¹³¹I核素为例,研究了仪器对不同体积样品的探测效率、刻度系数和最低可探测活度,并根据刻度系数对300 mL食品样品的放射性测量结果进行校正。结果表明,仪器对常见食品中¹³¹I的放射性活度检测结果误差小于10%,满足食品放射性测量需求。     

核废物桶分层γ扫描点源衰减校正方法北大核心CSCD

采用Matlab数据拟合方法及数值计算方法给出校正后的衰减距离。通过Monte-Carlo模拟密度为1.0 g/cm3的聚乙烯材料均匀填充的放射性废物桶,在7个不同的旋转圆周上每隔30°模拟一次探测器计数,得到137Cs点源在桶内7个不同旋转半径上旋转一周的探测器计数,以贡献率较大的部分区域计算给出校正后的平均衰减距离。实验结果显示,通过此方法得到的活度相对误差在0.6%~25.2%之间,相对于传统以桶半径为固定衰减距离计算的结果(相对误差11.8%~209.9%),误差得到明显降低。说明此方法对提高核废物桶中点源活度估计的准确度是有效的。     

一种分段式γ扫描系统探测效率响应函数的数值计算方法

基于SGS探测系统中放射性核废物桶、准直器及HPGe探测器的空间几何分布建立数学模型。对低、中放射性核废物桶中点源137Cs的探测效率响应函数进行了数值公式推导，然后利用蒙特卡罗工具包MCNP模拟计算了相应的效率函数。将这两种方法模拟的结果进行了对比分析发现:数值计算方法的数据普遍高于MCNP模拟的数据，最大相对误差达143.26%，误差平均值为37.15%。对数值计算方法进行修正后，最大值相对误差为17.22%，平均值为4.54%。在误差范围内，可以认为该修正方法有效。     

积分中值定理在放射性氙样品γ谱效率刻度技术中的应用

在实验室HPGe探测器测量分析氙气样品过程中需要用到相对方法进行分析, 然而由于放射性氙同位素半衰期较短, 制作相应的标准气体比较难, 给谱仪系统刻度带来困难.针对该问题, 提出使用混合面源模拟刻度四种氙同位素气体源的效率, 并提出将积分中值定理应用到面源刻度实验过程, 大大简化了中间流程, 提高了测量的准确性.利用氙分离纯化系统在高氡环境下采集样品, 获得了天然放射性¹³³Xe气体γ谱, 通过计算得到其活度浓度. 积分中值位置处的混合面源刻度结果和气体源刻度结果一致, 说明本文提出的面源刻度技术及积分中值定理的思想在HPGe 探测器效率刻度测量分析中是有效可行的. 关键词： 面源 无源效率刻度软件 效率刻度     

XH-3130A在线液体γ监测仪探测效率MC模拟

为了研究改造后的XH-3130A在线液体伽马监测仪对核电站某管道一次水放射性核素的探测效率及探测限的影响因素,利用MCNP5程序计算了改造前后XH-3130A伽马监测仪对管道放射性源项伽马能量在0.08~1.5 MeV范围全谱区及特征峰区活度浓度探测效率。针对放射性管道中单一核素Cs-137,计算结果与液体放射性源标定计数刻度实验数据符合较好。并分析了不同源项伽马能量及探头布置等因素对活度浓度探测效率大小影响差异。模拟结果表明,改造后的XH-3130A在线液体伽马监测仪不再影响原有测量管道整体性且最低探测限为1.35103 Bq/m3,可以满足工程技术要求。     

不同射线能量及线衰减系数条件下体源探测效率的函数模型

基于放射性废物桶内所含介质材料和放射性核素分段均匀分布的假设, 采用蒙特卡罗程序模拟计算多种射线能量、多种样品密度条件下的线衰减系数和体源探测效率, 通过多元非线性拟合得到以线衰减系数和能量为自变量的体源探测效率函数。基于壳源法, 通过多个点源组合测试近似替代均匀体源的实验测量, 对3种能量射线和3种密度的样品进行验证实验, 利用蒙卡模拟与数值拟合结合方法和实验测量两种方式获得各自的体源探测效率, 完成活度估算。两种方式活度估算结果相对误差均小于23%。通过蒙卡模拟与数值拟合结合方法所得结果与实验结果基本吻合, 证明了该方法的有效性。     

基于MCPT解法器库的专用辐射探测模拟软件研发与应用北大核心CSCD

甲状腺内^(131)I放射性活度与辐射探测结果的比例关系与甲状腺几何尺寸、探测距离等因素相关,是估算甲状腺内^(131)I含量与其可能造成的辐照损伤的关键参数。基于MCPT辐射输运数值模拟算法器库开发了用于开展NaI探测器伽马辐射测量模拟的应用程序,进而建立了多组具有不同容积的甲状腺型容器和不同探测距离的物理模型,最终通过蒙特卡罗数值计算得到了不同测量状态下探测器的探测效率。在甲状腺型容器与探测器距离较远时,数值模拟给出的结果与理论计算结果一致,证明此应用程序可用于定量分析NaI的探测效率。数值模拟结果表明,小距离模型的结果受甲状腺样容器的大小和距离的显著影响,模拟给出的探测效率表为开展深入细致的实验研究奠定了基础。     

中子产额活化测量法中γ γ符合探测效率的模拟计算

 为了估计聚变中子产额Cu活化测量法中加速器中子源刻度与实际测量中几何条件不一致对测量结果的影响，通过对MCNP进行二次开发，用蒙特卡罗方法计算了这两种情况下有角关联的γ γ符合探测效率，通过与刻度实验结果比较，验证了计算结果的正确性，得出了几何条件的差别引起探测效率的增加小于3%的结论。     

基于虚拟刻度原理对放射性体源效率刻度方法的发展

采用蒙特卡罗模拟计算的方法,标定能够适用于不同HPGe探测器上的体源虚拟点源位置,需要对点源、体源的探测效率进行模拟计算。通过²⁴¹Am、¹³⁷Cs、⁶⁰Co点源和体源研究了HPGe晶体尺寸、类型对它们的虚拟点源位置的影响,模拟结果表明²⁴¹Am虚拟点源位置随着探测器尺寸、类型的不同呈现明显的差异性,说明虚拟刻度原理对于探测器表面的小体积样品测量在低能区间是不可取的,最后采用¹³⁷Cs、⁶⁰Co源得出体源高度与虚拟点源位置的半经验公式。通过实验室两台HPGe探测系统对尺寸Φ70 mm×65 mm标准土壤体源的探测效率进行计算,与模拟探测效率值、虚拟点源效率表征结果对比分析,验证了拟合一组表征虚拟点源位置的半经验公式是可行的。实验结果表明,对γ能量区间在300～2 000 keV进行体源的虚拟刻度时,选择可靠的定标源即可建立体源和虚拟点源位置的关系。这为解决监测工作中样品与探测器之间重复进行探测效率校准的问题提供了新的途径。     

基于放射性气体源体积的虚拟源刻度技术

大气中放射性气体氙同位素的活度浓度值是判断核裂变反应的关键数据, 长期以来其准确测量一直是个难题. 针对该问题, 本文提出和定义了虚拟点源的概念, 并使用LabSOCS软件模拟了不同尺寸气体体源和不同高度点源的探测效率, 根据计算的数据建立了气体源体积和虚拟点源位置的函数关系. 理论上证实了气体源体积和虚拟点位置有良好的线性关系, 在理论上为解决虚拟源刻度技术提供了新的途径.     

基于虚拟点探测器的虚拟点源效率刻度技术

主要针对尺寸为?75 mm×25 mm的241Am标准体源HPGe探测器探测效率展开研究,通过LabSOCS软件模拟及蒙卡计算研究发现,使用同一种结构类型的探测器测量特定形状的体源,其虚拟点探测器位置与虚拟点源位置满足线性、二次函数、指数等关系。针对确定的探测器,通过点源在对称轴线上不同高度位置实验就可以标定出虚拟点探测器位置,再结合它们的线性函数进一步计算出虚拟点源位置,最后将点源放置于虚拟点位置刻度即可得到体源的探测效率。因此,该技术方法首次提出通过虚拟点探测器位置找到了虚拟点源的位置,是一种全新的刻度方法,已达到实际应用的程度,可以大面积推广应用该技术成果。     

放射源探测效率的动态刻度方法

利用133Ba面源和137Cs点源匀速下降,成功刻度了133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率;利用133Ba面源和137Cs点源非匀速下降,成功刻度了非均匀分布的133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率。结果表明:匀速下降情况下,尺寸为f46.8 mm20 mm和f63.5 mm20 mm放射性133Xe气体体源的探测效率分别为0.155 和0.143,标准不确定度为8.4%(包含因子k=2 )。非均匀分布的体源效率和均匀分布的体源效率两者偏差在14%,线源的偏差在23%,可见由非均匀性引起的误差必须进行校正。     

平顶线结构光的中心检测算法及光刀平面标定

针对传统线结构光光刀平面标定方法测量精度不高,应用范围小的问题,提出基于平面标靶的线结构光系统光刀平面标定,对无激光的标靶图片进行迭代摄像机标定,有激光的标靶图片进行光刀平面标定.提出光强符合均匀分布的平顶激光检测中心算法,将平顶激光建模为矩形的台阶函数,估计背景亮度和前景亮度,确定亮条纹宽度,再将窗口内的有效像素参与重心计算,得到光条纹中心.用该算法对不同噪声及不同量块的图片进行处理,结果表明,处理后图像的均方根误差分别在0.149pixel和0.176pixel内,表明该算法抗噪声能力强、精度高.用该算法提取光条中心,计算光条在标靶上的位置,根据至少两个姿态下的光条中心三维点,基于最小二乘法拟合光刀平面.通过迭代摄像机标定和光刀平面标定,利用三角测量法,在立体视觉模型下获取物体的三维点云数据.实验测量两个距离为100.5mm的标准球,相机与标准球距离为500mm,比较两球心距离与标准距离,测得平均误差为0.236mm.表明平顶激光检测中心算法切实可行,光刀平面标定方法基本满足要求.