一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法及装置与流程

本发明涉及放射性核素识别定位方法及装置，具体涉及一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法及装置。

背景技术：

1、随着核技术在医疗诊断、工业无损检测、科研实验及能源开发等领域的广泛应用，放射性物质的使用频次与规模持续增长。从核医学中用于靶向治疗的放射性药物，到工业探伤中使用的密封放射源，再到环境监测中追踪的微量放射性核素，放射性应用已深度融入现代社会的诸多关键环节。

2、然而，应用范围的扩大也带来了新的挑战。一方面，放射性物质的种类日趋复杂，不同核素在半衰期、辐射能量特征及潜在危害性方面存在显著差异；另一方面，放射源在运输、使用及废弃处置过程中，意外丢失、非法转移或环境泄漏的风险随之上升。在此背景下，如何快速、准确且远距离地识别并定位未知放射源，已成为保障公共安全与生态环境的一项重要技术难题。

3、放射性核素识别与定位技术的核心目标，在于确定核素种类并精确判定其空间位置。传统辐射探测手段，例如盖革计数器或闪烁体探测器，往往仅能感知辐射存在而无法区分核素种类，或在定位上仅能提供粗略估计，难以实现精确定位。这些局限性可能导致误判或延误应急处置。因此，亟需发展能够同时实现核素种类识别与空间精确定位的技术，这已成为提升核安全保障水平、提高应急响应效率、优化放射性废物管理，以及促进核技术可持续发展的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中，传统辐射探测手段无法兼顾核素种类识别与空间精确定位，导致在复杂应用场景下难以对未知放射源进行快速、准确、远距离综合研判的技术问题，而提出了一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法及装置。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法，用于二维平面上的放射性点源的识别定位，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1、在待识别定位的放射源辐射区域内放置已标定探测器，所述探测器包括n个探测单元，n≥3；已标定结果包括多种不同核素种类放射源相对探测器方位角度x的拟合曲线函数fi(x)，i为探测单元编号，i∈[1,n]；

5、步骤2、通过n个探测单元分别独立测量待测放射源的γ射线能谱，得到n个γ射线能谱，将n个γ射线能谱合成为总能谱；

6、步骤3、根据总能谱的特征峰能量在放射性核素特征峰查找表中查找对应的核素种类，从而识别出放射源的核素种类；

7、步骤4、基于识别出的核素种类，分别统计每个γ射线能谱上相应的核素特征峰净计数，得到n个核素特征峰净计数；

8、步骤5、将各个核素特征峰净计数相对于总计数进行归一化，得到n个归一化计数值ci；所述总计数为n个核素特征峰净计数之和；

9、步骤6、找出与所识别核素种类对应的拟合曲线函数fi(x)，将n个归一化计数值ci作为找出的拟合曲线函数fi(x)的函数值，从而构建超定方程组；

10、步骤7、求解所述超定方程组，得到最佳公共解，所述最佳公共解为放射源相对探测器的方向，完成基于像素探测器的放射性核素识别定位。

11、进一步地，步骤6中，所述超定方程组为：。

12、进一步地，步骤1中，所述标定步骤包括：

13、步骤a、在探测器周围放置一种已知核素种类的标定放射源；

14、步骤b、获取标定放射源相对探测器的方位角度x，通过步骤2、步骤4和步骤5的方法获取方位角度x对应的n个归一化计数值ci；

15、步骤c、绕探测器改变标定放射源的位置m次，每次改变位置后重复步骤b，得到m组标定数据，每组标定数据包括一个已知方位角度x和与之对应的n个归一化计数值ci；m≥300；

16、步骤d、通过m组标定数据获取标定放射源相对探测器方位角度x的拟合曲线函数fi(x)；

17、步骤e、更换不同核素种类的标定放射源，并重复步骤b至步骤d，从而获得多种不同核素种类放射源相对探测器方位角度x的拟合曲线函数fi(x)。

18、进一步地，步骤1中，每个探测单元均为扇形，n个探测单元绕同一中心轴合围成圆柱形的探测器；所述中心轴垂直于待测放射源所在的二维平面。

19、进一步地，步骤1中，所述探测器的直径为10mm~30mm，其高度为10mm~20mm；所述探测器由0.5mm~1.5mm厚的铝壳、碳纤维壳或铍壳封装。

20、进一步地，步骤1中，所述探测单元的材料为碲锌镉或锗。

21、进一步地，步骤1中，n=3。

22、一种基于像素探测器的放射性核素识别定位装置，用于实现上述的基于像素探测器的放射性核素识别定位方法，其特殊之处在于：

23、包括探测器、数据记录分析模块和电源；所述数据记录分析模块中预存有放射性核素特征峰查找表；

24、所述探测器包括n个探测单元，n≥3；

25、所述数据记录分析模块通过n条信号采集电路分别与n个探测单元连接；

26、所述电源分别与探测器、数据记录分析模块和信号采集电路连接。

27、进一步地，每个所述探测单元均为扇形，n个探测单元绕同一中心轴合围成圆柱形的探测器；所述中心轴垂直于待测放射源所在的二维平面；

28、所述探测器的直径为20mm，其高度为15mm。

29、进一步地，所述探测单元的材料为碲锌镉或锗。

30、本发明的有益效果：

31、1、实现了核素种类识别与空间定位的一体化协同探测。

32、本发明提供的一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法，通过多个独立探测单元同步采集多路γ射线能谱，利用各通道特征峰信息进行联合比对，能够准确识别出放射源的核素种类。在此基础上，本发明创新性地将各探测单元的归一化计数结果与预构建的拟合曲线函数相结合，构建超定方程组并求解，从而精确反推出放射源相对探测器的方向；该方法打破了传统技术中识别与定位功能相互割裂的局限，在同一探测架构下同时完成两项核心任务，显著提升了综合探测能力，尤其适用于复杂未知源项的快速研判。

33、2、具备较高的识别定位效率，充分满足应急响应时效性要求。

34、本发明提供的一种基于像素探测器的放射性核素识别定位方法，通过实时采集各探测单元的能谱数据，并结合预先存储于系统中的特征峰查找表进行快速比对，避免了复杂的离线能谱解析过程，大幅缩短了核素判读时间；同时，定位环节采用超定方程组数值求解策略，计算量小、收敛速度快，可在获取有效计数后即时输出方位估计结果；整个识别定位流程无需人工干预或反复测量，具备良好的实时性和自动化水平，能够为应急响应、丢失放射源搜寻等时效敏感型任务提供及时、可靠的技术支撑。

35、3、装置结构简洁、成本可控，具备良好的工程实用性和可部署性。

36、本发明提供的一种基于像素探测器的放射性核素识别定位装置，主要由探测器、信号采集电路、数据记录分析模块及电源等基本组件构成，整体架构清晰、部件通用性强，无需配备复杂的机械扫描机构或精密位移平台，从而有效降低了系统硬件成本与制造难度；同时，由于结构紧凑、重量轻便，该装置便于现场快速架设、携带和转移，可灵活部署于核设施出入口、边境口岸、城市重要场所或野外环境等多种应用场景，具有突出的工程实用价值和广泛的推广应用前景。