環(huán)境輻射監(jiān)測與定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、近年來,隨著核技術(shù)的飛速發(fā)展,核安全和核輻射探測日益受到關(guān)注。輻射監(jiān)測系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng),如放射源的貯藏和運輸、核廢料的處理、反恐怖、交通口岸貨物放射性監(jiān)測、環(huán)境輻射污染監(jiān)測、核電站及反應(yīng)堆監(jiān)測,核物理實驗室以及醫(yī)療放射科如PET、CT等部門的監(jiān)測。傳統(tǒng)輻射監(jiān)測系統(tǒng)不具備射源定位功能,對于可移動射源的監(jiān)測和搜尋僅能通過移動式巡測儀來實現(xiàn),帶有射源定位功能的輻射監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以確定環(huán)境輻射劑量還可以讓用戶快速定位射源,極大的豐富

2、了輻射監(jiān)測的信息,國外有將γ相機應(yīng)用于輻射定位的相關(guān)研究,但是其系統(tǒng)復(fù)雜、視角窄小、探測效率低一定程度上限制了其應(yīng)用。目前國內(nèi)尚無類似的監(jiān)測系統(tǒng)。本課題對射源輻射場進行了分析,從整體上設(shè)計了環(huán)境輻射監(jiān)測和定位系統(tǒng)的框架,包括探測器、數(shù)據(jù)獲取模塊和射源定位系統(tǒng)三個部分,完成了輻射監(jiān)測和定位系統(tǒng)的開發(fā),并對系統(tǒng)性能進行了測試和評估。
　　探測器方面,選用了新型的光電器件SiPM耦合大尺寸BGO閃爍晶體獲取γ輻射劑量率。與傳統(tǒng)NaI閃爍

3、體耦合PMT結(jié)構(gòu)相比,具有更高的靈敏度和穩(wěn)定性,并且BGO的高線衰減系數(shù)和SiPM的高集成度極大的縮小了探測器的尺寸,增加了系統(tǒng)的靈活性。數(shù)據(jù)獲取方面,采用了多路分離讀出的方式解決了陣列SiPM耦合大尺寸連續(xù)晶體信號讀出的問題。
　　射源定位系統(tǒng)方面,分析了射源的輻射場物理模型,基于本文搭建的輻射監(jiān)測系統(tǒng)的劑量信息,使用牛頓迭代法獲取了輻射場參數(shù),得到射源的位置信息,方便了射源的實際定位,系統(tǒng)在監(jiān)測范圍內(nèi)達到5.6cm的空間分辨率

4、,但是其線性區(qū)域小,精確定位需要探測器多,在一定程度上限制了其應(yīng)用。針對原定位系統(tǒng)的不足,設(shè)計了基于陣列晶體的方向靈敏型探測器結(jié)構(gòu),利用射線在晶體中沉積量的分布差異提取射源方向,仿真驗證了其可行性。使用陣列BGO和SiPM陣列實現(xiàn)了探測器,平均計算角度偏差2.94度,在最優(yōu)視角。范圍達到了2.34度的角度分辨率。該定位方法有360度全視角監(jiān)測、較高的定位準確度、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點,十分適合核設(shè)施的區(qū)域輻射監(jiān)測。本文最后討論了該定位方法的改進