在核辐射探测中针对输出微电流的探测器，普遍采用美国ADI公司设计生产的ADA4530芯片搭建跨阻放大电路来进行微电流信号的测量。目前国内暂无ADA4530的国产替代，为解决该芯片的卡脖子问题，基于分离的场效应管和常规运算放大芯片搭建I-V跨阻转换电路，实现纯国产器件的弱电流放大电路设计。该电路的输出电压范围在0到10V之间，经过测试，当反馈电阻为100GΩ，输入电流为0.1~100pA时，其线性拟合优度为0.99998，相对偏差为0.235%，噪声峰峰值为0.057pA。当反馈电阻为10GΩ，输入电流为1pA时，在-10℃~80℃的温度变化范围内，其温漂小于0.042pA/℃。当反馈电阻为10GΩ，输入端悬空时，在室温6小时的稳定性测试中，输出漂移小于0.2662pA。
普通放射性气溶胶监测仪不便携且难以快速部署,无法满足核应急响应的需求。本文的目的是开发一款坚固耐用、紧凑的便携式放射性气溶胶监测仪。该监测仪使用3D打印技术设计了独特的机壳气路结构。采用反符合探测器,选用双通道能量甄别法、α/β比值法解决了无法准确测量和剔除氡子体、钍及其衰变子体等天然放射性气溶胶的问题。为实现准确测量以及核素识别与分析,使用非线性迭代剥峰（Statistics-sensitive nonlinear iterative peak-clipping,SNIP）去本底法、二阶导数寻峰法对信号进行分析和处理。监测仪能够在手机客户端进行远程监控,能安装在无人巡检机器人和无人机上。测试结果表明,该监测仪α和β的探测下限为0.72 Bq/m 3 和1.71 Bq/m 3 ,稳定性能好,在装有准直部件的情况下保持较好的探测效率,能够满足不同场景下的放射性气溶胶监测需求。
使用传统的蒙特卡罗方法计算CdZnTe探测器探测效率时存在效率损失。为了将无源效率刻度技术应用于CdZnTe探测器,提出了基于理想模型（仅考虑光子与探测器晶体和结构材料相互作用过程）的CdZnTe全能峰源探测效率计算方法。使用 152 Eu标准源样品验证了计算方法的可靠性,结果表明,计算结果与参考值的偏差不大于5%。该方法不需要考虑CdZnTe晶体内载流子不完全收集的复杂过程就可以得到可靠的效率计算结果,可操作性强。
The radionuclide air kerma rate constant(Γa).Γa is a very important data in dose evaluation and shielding calculation,which requires the conversion coefficient of flux to air Kerma(Ka/Φ)and the information of nuclide decay photon.In 2020,the International Commission on Radiation and Measurements(ICRU)released Report 95(Operational Quantities for External Radiation Exposure),which recommended a new Ka/Φ.In order to verify the change in nuclide values after the basic data was updated.Based on the theory and Monte Carlo method,the air specific kinetic energy rate constants of 39 kinds of nuclides commonly used in medicine,industry and agriculture were calculated,and different interpolation methods and threshold selection were compared and analyzed.The cubic splines,logarithmic-logarithmic Lagrangian interpolation,and linear-logarithmic Lagrangian interpolation interpolation methods have little influence on the calculation of Γ a.The calculation of Γa threshold selection pairs is very important,and the calculation of some nuclides with different thresholds is quite different,and the recommended nuclear medicine dose estimation is recommended to use a threshold of 10 keV,and the threshold of other cases is 20 keV.The difference between theoretical calculation and MCNP simulation calculation is small,and both can be used for constants calculation.
In order to solve the problem that the evaluation results of the uniformity of concentration of radon in a radon chamber via various methods were difficult to compare, according to its statistical properties, a mathematical model was built to analyze the uniformity of concentration of radon; an evaluation method for the overall uniformity of concentration of radon was proposed on the basis of single-factor multi-group ANOVA, and a detection method for nonuniform points in a radon chamber was proposed on the basis of single-factor two-group t-test; an evaluation process of the uniformity of concentration of radon in a radon chamber was established. The proposed method was applied to evaluate the HD-6 small and medium-sized radon chambers and achieved good results.
随着空间观测数据的丰富和地球科学等研究的融合,对地表氡异常和电离层扰动两种现象开始进行联系和解释.异常垂直电场假说认为氡释放导致地表空气电离引起电场变化,地表垂直电场的异常通过大气层电场传导到电离层,最终引起电离层的扰动.通过调研地表氡的释放与测量、电离层扰动与测量、电离层异常的观测实例,进一步确认了地表氡异常与电离层扰动的联系.对氡异常与电离层扰动之间联系的基本模型进行了总结,综述了异常垂直电场假说的研究进展,提出了下一步研究工作开展的建议.
设计了一套基于波形数字化仪VX1742的新型闪烁体探测器数据采集系统.利用22Na放射源产生的γ射线对硅光电倍增管(SiPM)阵列耦合硅酸钇镥(LYSO)晶体条和硅酸钇镥晶体阵列组合成的两种闪烁体探测器进行照射,经该数据采集系统处理后,得到单个LYSO晶体条的能量分辨率为10.5％,LYSO晶体阵列位置分辨图清晰准确.实验结果表明,该套闪烁体数据采集系统能够完整记录波形信息,具有较高的数据传输效率和较强的抗干扰能力,有利于闪烁体探测器系统的性能提升和降低成本.
提出一种对复杂波形核脉冲信号进行梯形成形的方法.该方法将复杂波形核脉冲信号看成传递函数的冲激响应,对传递函数因式分解成一阶惯性环节和的形式.采用粒子群算法对复杂波形核脉冲信号进行识别,得到一阶惯性环节的个数、各个环节的比例系数以及脉冲幅值相关系数、发生时间和时间常数等参数.通过所识别的参数进行其梯形成形的公式推导及仿真实验表明,该方法获取的脉冲幅值精度较高.
介绍了参加国际原子能机构(IAEA)组织的全球实验室间样品能力验证概况.分析连云港辐射环境监测管理站近3年(2020～2022年)运用无源效率刻度方法分析IAEA样品,模拟出水样、生物、滤膜不同介质的效率曲线,分析样品中40K、60Co、75Se、110mAg、134Cs、137Cs、241Am等核素的浓度,报送34个数据的准确度和精密度均满足IAEA评估要求.验证无源效率刻度方法分析IAEA样品的实用性和可靠性,为该方法在环境辐射监测中的推广应用提供依据.
为提高核辐射探测机器人路径规划效果,利用沙猫群优化算法(SCSO)规划核辐射探测机器人路径.在介绍了 SCSO基本原理和通过4个基准测试函数对SCSO性能进行验证的基础上,将SCSO应用于核辐射探测机器人路径规划中,并以移动路径最短为目标进行了一种仿真场景和一种真实场景的路径规划实例验证.结果表明,SCSO算法得到的移动路径最短,能够更快更稳定地寻找到放射源,具有一定的优势.
通过探测载能α粒子激发空气中氮气而产生的荧光,实现对核应急或未知场所α表面污染强度的远程初判,该方法具有广阔的应用前景.其中,荧光产额和成像效果是关键性指标.为了研究α粒子激发空气中氮气的荧光产额和成像效果,以特定型号CCD相机为参考,结合Geant4软件,建立了光传输和收集模型,并对成像效果的信噪比、分辨率、遮掩效果等进行了模拟.结果表明,随着测量时间的增加,信噪比收益越来越低,且强源相比于弱源,要得到较高信噪比的图像更容易;α粒子诱发荧光的成像分辨率很高,成像结果的边界基本等同于源的尺寸;强源对其附近弱源存在掩盖效应,这一效应随着到强源距离的增加愈发不明显,且在超出α粒子的射程范围后,不再受到影响.该模拟结果对后续成像系统工程技术中CCD相机选型、可测活度下限、成像分辨率等关键性指标提供了重要参考.
设计了一款低功耗便携式辐射通用主机.该设备选用STM32L433芯片和其他低功耗器件,配合嵌入式节能控制软件,实现低功耗.主机采用内置锂电池供电,USB 口充电,具有按键控制、LED状态指示、蜂鸣报警、液晶显示、数据存储和数据传输等功能.主机提供外部探头电源,通过RS485协议通信,获取剂量数据,设置工作参数.
为提高核辐射探测器电路故障诊断精度,提出了一种麻雀搜索算法(SSA)优化卷积神经网络(CNN)的核辐射探测器电路故障诊断新方法.该方法针对CNN网络参数选取主要依靠经验且对诊断精度有较大影响的实际,以SSA算法为优化算法进行CNN网络参数自适应选取,从而提高CNN网络诊断性能.通过核辐射探测器电路故障诊断实例对所提的SSA-CNN诊断方法进行了验证分析,结果表明所提方法提高了诊断精度,且比其他几种方法性能更突出.
介绍了一种混合像素传感器的外围数字读出电路,适用于高能粒子探测、生物医学成像等领域.该外围读出电路由拥塞缓解电路、持续仲裁电路与循环仲裁电路组成.分析了粒子集群的特征和不同数据路由策略对电路的影响,采用间隔n列通道共享存储器与持续/循环仲裁两种策略,缓解瞬时大量粒子击中时的信息损失问题.仿真结果表明,拥塞缓解电路较传统电路在200 kHz对撞频率下,数据读出能力提升43％,当传感器阵列击中比例达3％时,粒子信息损失减少23.43％.采用0.13 μm CMOS工艺,64通道拥塞缓解外围数字电路的面积为219 664 µm2,对比未经拥塞缓解处理电路,数字外围电路面积减小13.26％.
近年来,氚的监测在确保反应堆的安全运行、工作人员的健康安全有着重要作用,特别是对以氚为核燃料的聚变反应堆.基于β射线诱发的韧致辐射X射线谱仪(BIXS)由于记忆性效应低、探测器尺寸小已逐渐成为国内外研究的热点.利用蒙特卡洛方法(MCNP)对BIXS探测器的尺寸以及材料进行了优化设计.结果表明,在0.5 MPa的工作压力下,铍窗厚度为0.1 mm、铍窗镀金层厚度为125 nm的小型BIXS测量系统可实现氚气的在线测量和探测器的小型化,其中100 s探测限为1.79×108 Bq.
设计了一种便于携带的核电堆外探测器故障诊断装置.该装置主要由脉冲放大模块、电流采集模块、正负高压模块与数字处理模块组成.该装置可对涂硼正比计数管的脉冲信号进行放大调理,然后通过高速ADC采集与上位机实现对脉冲信号的波形分析;还可对补偿电离室与非补偿电离室的电流信号进行I/V转换与数字化处理,然后通过上位机实现对电流数据的分析.通过测试验证了装置在脉冲波形分析和电流数据分析的最终效果,满足核电厂工程检修应用的要求.
基于反符合钝化注入平面硅(PIPS)探测器设计一个合适的准直器,降低低能α粒子对β粒子计数的影响.利用Geant4软件模拟反符合PIPS探测器添加准直器前后不同能量的α粒子和β粒子探测效率,结果表明,添加准直器后α探测效率降低约18％,β能量大于0.65 MeV时,添加准直器后的β探测效率降低约0.5％.利用241 Am标准面源对反符合PIPS探测器添加准直器前后的探测效率进行实验测量,发现与理论计算的探测效率吻合好,可去掉约95％的能量小于3 MeV的α粒子.准直器可应用在气溶胶监测仪需要准确区分α粒子和β粒子计数的场合.
介绍了一种放射源自动屏蔽装置的设计.该装置采用屏蔽体和电控旋转或平移装置组合设计,可用于辐射防护仪器的性能测试,具有自动使放射源处于屏蔽状态或暴露状态功能,解决了测试过程中放射源频繁取放的问题,提高了测试效率,避免了放射源对测试人员身体健康带来的危害.
为解决核电厂安全级仪控系统部分应用中,阈值调节系统因电位器引起的系统精度变化过大的问题,开展了阈值调节系统优化设计,分析了其误差主要来源,提出了引入可调节低温漂电阻网络的优化设计方案.经理论计算,优化设计后电位器温度变化导致的系统最大精度误差减少至原系统的1/55,优于0.5％F.S.根据优化设计前后的方案,分别搭建了样件进行对比实验验证,优化设计后实测系统精度提高了至少40倍,0～55℃环境温度下实测精度优于0.1％FS.
采用线性自动化移动系统携带特殊核材料和放射性物质对基于谱分析的门式车辆放射性物质监测系统(SPM)进行了多种研究试验.通过对SPM采集到的γ计数率数据进行分析,得到了特殊核材料和放射性物质的活度及其运动速度与SPM的γ计数率之间的关系,提出了一种改进SPM报警算法以提高报警准确率的方法.
