小尺度參考輻射γ光子探測器遂行校準(zhǔn)的理論、裝置及方法技術(shù)研究.pdf

1、γ光子（伽瑪光子），系是γ射線（伽瑪射線）的俗稱（猶如X光，即為X射線俗稱），γ射線又稱γ粒子流，是波長小于0.001nm的電磁波，它是原子核能級躍遷蛻變時(shí)釋放出來的。γ光子探測器，作為對γ光子進(jìn)行測量和度量的儀器，被廣泛應(yīng)用于國防和國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域之中。它既是保障核設(shè)施、核裝置、涉核工作人員和公眾安全極為重要的工具，在國民經(jīng)濟(jì)、核武器研制生產(chǎn)應(yīng)用和相關(guān)科學(xué)研究中發(fā)揮著不可或缺的作用，又是避免核泄漏產(chǎn)生核輻射或消除核訛詐引起核恐慌強(qiáng)有力

2、的保障。
　　迄今，常用的測量γ光子的便攜式測量儀器，均是送至配置有標(biāo)準(zhǔn)參考輻射場（Standard Reference Radiation，SRR）專業(yè)電離輻射計(jì)量機(jī)構(gòu)中進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，電離輻射計(jì)量機(jī)構(gòu)與核儀器儀表使用單位之間的距離，通常在數(shù)百甚至上千公里，儀器儀表的送檢周期，通常需要數(shù)周以上，送檢效率極低。此外，對于固定安裝在核設(shè)施上的場所γ光子探測器，由于無法整體拆卸送檢，目前只能通過簡易替代法，采用活度較低的放射源照射到儀

3、器探頭上，觀察儀器響應(yīng)并判斷儀器的性能。但是，該方法無法對儀器的中、高量程進(jìn)行校準(zhǔn)，且未考慮到儀器使用現(xiàn)場的環(huán)境散射影響，因此，無法或難以對核儀器儀表的性能進(jìn)行科學(xué)評估。
　　有鑒于此，本文在中國工程物理研究院（九院）實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“伽瑪空氣比釋動(dòng)能遂行定度關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號：JW20*2005043）與國防科技工業(yè)局“十三五”技術(shù)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目“輻射防護(hù)用伽瑪劑量（率）儀遂行校準(zhǔn)裝置研制”（項(xiàng)目編號：622）聯(lián)合資助下，

4、開展了基于小尺度參考輻射（Minitype Reference Radiation，MRR）γ光子探測器遂行校準(zhǔn)技術(shù)的理論、裝置及方法技術(shù)等研究工作，研究與開發(fā)了一套輻射防護(hù)用γ光子探測器遂行校準(zhǔn)裝置或系統(tǒng)。論文的研究內(nèi)容，主要包括：
　　（1）闡述了γ光子探測器，尤其是，場所γ光子（γ射線）劑量儀器校準(zhǔn)方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。針對野外或室外、現(xiàn)場和原位校準(zhǔn)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，研究了基于小尺度參考輻射（MRR）γ光子探測器

5、遂行校準(zhǔn)技術(shù)理論（原理和方法），提出了基于MRR檢驗(yàn)點(diǎn)處γ空氣比釋動(dòng)能約定真值（CAK）的測定方法及基于樣本的機(jī)器預(yù)測方法，奠定了開展本論文研究工作基礎(chǔ)。
　?。?）開展了MRR構(gòu)建和劑量場特征研究。通過對基于MRR的γ光子探測器遂行校準(zhǔn)技術(shù)原理分析，構(gòu)建了參考輻射MRR，利用蒙特卡羅（Monte Carlo，MC）模擬方法，開展了MRR劑量場特征研究，這為遂行校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)一步提供了理論支持。
　?。?）開展了基于小波降噪和主

6、元分析方法的散射γ能譜特征提取技術(shù)研究。針對散射γ能譜存在的噪聲干擾以及能譜數(shù)據(jù)冗余等關(guān)鍵技術(shù)問題，采用小波分析方法對散射γ能譜進(jìn)行降噪，去除能譜中的干擾噪聲；然后，采用主元分析方法提取了散射γ能譜的特征主元，大大降低了建模所用的數(shù)據(jù)維數(shù)和數(shù)據(jù)數(shù)量，顯著提高了小尺度參考輻射場中空氣比釋動(dòng)能約定真值的定度精度。
　　（4）開展了基于隨機(jī)黑洞融合改進(jìn)粒子群算法的MRR檢驗(yàn)點(diǎn)處空氣比釋動(dòng)能約定真值定度模型優(yōu)化方法研究。MRR檢驗(yàn)點(diǎn)處空氣

7、比釋動(dòng)能約定真值的定度模型，乃是基于實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)、采用最小二乘支持向量機(jī)建立。研究中采用隨機(jī)黑洞融合改進(jìn)粒子群算法，優(yōu)化了建模參數(shù)。較之于傳統(tǒng)的粒子群、黑洞等算法，隨機(jī)黑洞融合改進(jìn)粒子群算法具備較強(qiáng)的全局尋優(yōu)能力，優(yōu)化后的模型測量精度優(yōu)于其他算法。
　?。?）研究了MRR的γ光子探測器遂行校準(zhǔn)裝置用于探測器校準(zhǔn)時(shí)對探測器進(jìn)行能量響應(yīng)校正的原理及方法。通過分析不同探測器的能量響應(yīng)曲線及γ能譜成分，計(jì)算得到了不同探測器的能量響應(yīng)修正因

8、子。在實(shí)際應(yīng)用中，能量響應(yīng)修正因子應(yīng)用于對探測器進(jìn)行能量響應(yīng)經(jīng)驗(yàn)校正，進(jìn)而對校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行修正。
　?。?）研制了MRR的γ光子探測器遂行校準(zhǔn)裝置且測試了裝置工作性能。研究分析了裝置在測量過程中引起測量誤差的因素，進(jìn)而對每個(gè)因素引起的測量不確定度進(jìn)行評估，得到了遂行校準(zhǔn)裝置測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度為4.57％，擴(kuò)展不確定度為9.14%。
　　本項(xiàng)研究工作涉及了關(guān)乎輻射防護(hù)和核安全的γ射線劑量學(xué)，在國內(nèi)外不僅率先研究了基于MRR的γ光子