基于γ相機(jī)圖像的放射源三維分布重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、隨著近年來我國(guó)核工業(yè)的快速發(fā)展，核設(shè)施以及放射源等的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。目前，舊的原有的核設(shè)施部分已經(jīng)開始退役而更多的正面臨著退役，新的許多核設(shè)施還在陸續(xù)建設(shè)中，以取代舊的核設(shè)施，在未來的幾十年內(nèi)我國(guó)都將會(huì)不斷有核設(shè)施需要退役，因此開展研究與核設(shè)施的退役相關(guān)的源項(xiàng)調(diào)查技術(shù)是刻不容緩的。
　　核設(shè)施退役中的源項(xiàng)調(diào)查過程的重點(diǎn)是確定污染核素類型、估算放射性物質(zhì)滯留量和殘留量以及確定污染區(qū)域的邊界等。放射性物質(zhì)滯留量和殘留量的估算通常使

2、用γ譜無(wú)損分析方法來測(cè)定。而γ相機(jī)作為一種常用γ射線成像設(shè)備，是一種能夠快速在遠(yuǎn)距離條件下，以最直觀可視的方式得到放射源位置分布以及污染區(qū)的劑量分布的顯像設(shè)備，目前被廣泛用于各種核設(shè)施的輻射防護(hù)、退役去污、核事故響應(yīng)、屏蔽評(píng)估、環(huán)境保護(hù)、核廢物分類測(cè)量及國(guó)土安全等領(lǐng)域。
　　通過γ譜法對(duì)滯留量和殘留量進(jìn)行比較準(zhǔn)確的估算，需要計(jì)算或測(cè)量得到準(zhǔn)確的放射源探測(cè)效率，而其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是獲取放射源的三維分布。但γ相機(jī)只能得到放射源的二維

3、圖像，而只有得到放射源的三維分布，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)滯留量和殘留量進(jìn)行比較準(zhǔn)確的估算。因此如果能通過γ相機(jī)得到的二維圖像重構(gòu)放射源的三維分布將會(huì)是非常有意義的。
　　本研究在對(duì)γ相機(jī)成像機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)γ相機(jī)圖像進(jìn)行放射源三維分布重構(gòu)的思路。在深入調(diào)研現(xiàn)有可實(shí)現(xiàn)三維分成成像方式之后，設(shè)計(jì)了以CT圖像重建算法中統(tǒng)計(jì)重建為基礎(chǔ)的放射源三維分布重建技術(shù)路線。采用將三維分布重構(gòu)分解成將厚針孔圖像還原為理想針孔圖像和理想針孔圖像重建兩步

4、的方法，將整個(gè)過程劃分為圖像去噪、圖像復(fù)原和圖像重建三個(gè)模塊。圖像復(fù)原選用適用于厚針孔空間移變系統(tǒng)的Richardson迭代復(fù)原算法，圖像重建算法采用統(tǒng)計(jì)重建算法中的ML-EM重建算法。據(jù)此技術(shù)方案，實(shí)施了相應(yīng)的具體物理和數(shù)學(xué)模型構(gòu)建及程序算法編寫。其中圖像復(fù)原中設(shè)計(jì)了模擬和實(shí)驗(yàn)下的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模型，并編寫了γ相機(jī)數(shù)據(jù)讀取、圖像旋轉(zhuǎn)、圖像復(fù)原及γ相機(jī)圖像查看程序;圖像重建中設(shè)計(jì)了平行束和小孔成像重建物理模型，采用了任意角度、任意位置多幅圖

5、像聯(lián)合進(jìn)行重建的方式，以期在實(shí)際有最大的適用性，據(jù)此編制了三維分布重構(gòu)程序，定義了三維分布數(shù)據(jù)輸出格式并編制了三維分布數(shù)據(jù)的切片和3D查看程序。使用蒙卡程序建立了γ相機(jī)模擬模型并進(jìn)行多種成像模擬，并用模擬數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)方案和程序進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)試。最后，本研究對(duì)γ相機(jī)進(jìn)行了刻度和調(diào)節(jié)，使其能夠得到較為真實(shí)地實(shí)驗(yàn)放射源圖像。使用γ相機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維分布重構(gòu)。從模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重建結(jié)果來看，本文提出的方案是可行的，統(tǒng)計(jì)重建算法可以在少量圖片情況下對(duì)