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《重庆大学》 2017年
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小尺度参考辐射γ光子探测器遂行校准的理论、装置及方法技术研究

刘易鑫  
【摘要】:γ光子(伽玛光子),系是γ射线(伽玛射线)的俗称(犹如X光,即为X射线俗称),γ射线又称γ粒子流,是波长小于0.001nm的电磁波,它是原子核能级跃迁蜕变时释放出来的。γ光子探测器,作为对γ光子进行测量和度量的仪器,被广泛应用于国防和国民经济众多领域之中。它既是保障核设施、核装置、涉核工作人员和公众安全极为重要的工具,在国民经济、核武器研制生产应用和相关科学研究中发挥着不可或缺的作用,又是避免核泄漏产生核辐射或消除核讹诈引起核恐慌强有力的保障。迄今,常用的测量γ光子的便携式测量仪器,均是送至配置有标准参考辐射场(Standard Reference Radiation,SRR)专业电离辐射计量机构中进行校准。然而,电离辐射计量机构与核仪器仪表使用单位之间的距离,通常在数百甚至上千公里,仪器仪表的送检周期,通常需要数周以上,送检效率极低。此外,对于固定安装在核设施上的场所γ光子探测器,由于无法整体拆卸送检,目前只能通过简易替代法,采用活度较低的放射源照射到仪器探头上,观察仪器响应并判断仪器的性能。但是,该方法无法对仪器的中、高量程进行校准,且未考虑到仪器使用现场的环境散射影响,因此,无法或难以对核仪器仪表的性能进行科学评估。有鉴于此,本文在中国工程物理研究院(九院)实验室基础研究项目“伽玛空气比释动能遂行定度关键技术研究”(项目编号:JW20*2005043)与国防科技工业局“十三五”技术基础科研项目“辐射防护用伽玛剂量(率)仪遂行校准装置研制”(项目编号:622)联合资助下,开展了基于小尺度参考辐射(Minitype Reference Radiation,MRR)γ光子探测器遂行校准技术的理论、装置及方法技术等研究工作,研究与开发了一套辐射防护用γ光子探测器遂行校准装置或系统。论文的研究内容,主要包括:(1)阐述了γ光子探测器,尤其是,场所γ光子(γ射线)剂量仪器校准方法的国内外研究现状及发展趋势。针对野外或室外、现场和原位校准面临的关键技术问题,研究了基于小尺度参考辐射(MRR)γ光子探测器遂行校准技术理论(原理和方法),提出了基于MRR检验点处γ空气比释动能约定真值(CAK)的测定方法及基于样本的机器预测方法,奠定了开展本论文研究工作基础。(2)开展了MRR构建和剂量场特征研究。通过对基于MRR的γ光子探测器遂行校准技术原理分析,构建了参考辐射MRR,利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟方法,开展了MRR剂量场特征研究,这为遂行校准技术进一步提供了理论支持。(3)开展了基于小波降噪和主元分析方法的散射γ能谱特征提取技术研究。针对散射γ能谱存在的噪声干扰以及能谱数据冗余等关键技术问题,采用小波分析方法对散射γ能谱进行降噪,去除能谱中的干扰噪声;然后,采用主元分析方法提取了散射γ能谱的特征主元,大大降低了建模所用的数据维数和数据数量,显著提高了小尺度参考辐射场中空气比释动能约定真值的定度精度。(4)开展了基于随机黑洞融合改进粒子群算法的MRR检验点处空气比释动能约定真值定度模型优化方法研究。MRR检验点处空气比释动能约定真值的定度模型,乃是基于实验样本数据、采用最小二乘支持向量机建立。研究中采用随机黑洞融合改进粒子群算法,优化了建模参数。较之于传统的粒子群、黑洞等算法,随机黑洞融合改进粒子群算法具备较强的全局寻优能力,优化后的模型测量精度优于其他算法。(5)研究了MRR的γ光子探测器遂行校准装置用于探测器校准时对探测器进行能量响应校正的原理及方法。通过分析不同探测器的能量响应曲线及γ能谱成分,计算得到了不同探测器的能量响应修正因子。在实际应用中,能量响应修正因子应用于对探测器进行能量响应经验校正,进而对校准结果进行修正。(6)研制了MRR的γ光子探测器遂行校准装置且测试了装置工作性能。研究分析了装置在测量过程中引起测量误差的因素,进而对每个因素引起的测量不确定度进行评估,得到了遂行校准装置测量标准不确定度为4.57%,扩展不确定度为9.14%。本项研究工作涉及了关乎辐射防护和核安全的γ射线剂量学,在国内外不仅率先研究了基于MRR的γ光子探测器遂行校准的理论及技术方法,而且还研制了一台γ光子探测器遂行校准装置样机,这既为γ光子遂行校准技术开辟了一个全新的发展方向,又可为γ光子探测器的现场和野外场地校准提供了一种新的示范装备。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TL816.2

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