基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法与流程

1.本发明属于辐射防护和环境保护领域，特别涉及基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法。


背景技术：

2.γ放射性核素的空间分布是环境放射性污染评价、辐射防护的重要参数。通常假设分布服从某种规律，使用单晶体探测器测量获得γ能谱，根据γ能谱中关注全能峰的净计数率和假设的分布规律，计算得到核素分布状态，难以实现核素空间分布的三维辨识。比如，测量地表层土壤时，常将土壤层划分为多个子平面层，并假设关注核素在每一层均匀分布，通过改变探测器距地高度进行测量，获得不同高度对应的γ能谱，根据γ能谱数据计算出每一子平面层中关注核素的活度浓度，得到核素的深度分布状态。或是对发射多种能量γ射线的核素，不改变测量高度，通过分析能谱中同一核素不同特征峰的净计数率，得到核素的深度分布状态。只在深度方向有分布空间辨识度，在平行地表方向没有辨识度。目前，尚未发现能够很有效解决该问题的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是建立一种通过现场测量γ能谱，分析获得未知分布规律γ放射性核素在空间中三维分布的方法。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法，其特征在于：将多个子探测器组成的阵列探测器架设在被测量空间中，并把空间划分为与子探测器数目相等的多个子空间，完成测量后，使用式(1)计算各子空间中关注放射性核素的活度浓度，得到核素在空间中的三维分布：
[0005][0006]
在式(1)中，ai为第i个子空间中关注核素的活度，是待求解值，bq；pr为关注核素特征γ射线的发射概率；ε
ij
为第j个子探测器对第i个子空间中关注核素发射的关注能量γ射线的探测效率，可通过模拟计算或实验获取；nj为第j个子探测器测得的关注能量γ射线特征峰的净计数率，cps；
[0007]
使用式(1)求解ai时，若子探测数量较多、在阵列中的结构对称性较好，通常会遇到病态问题，即用ε
ij
组成的能量响应矩阵有较大病态性，用式(2)的病态方程组求解方法解决：
[0008][0009]
在式(2)中，ε为能量响应矩阵，ε
′
ji
＝ε
ij3
；k为子空间数量；p表示第p次迭代，p＝0时ai为初始迭代值，可设置为任意正数。
[0010]
与相关本发明的现有技术客观相比，本发明的有益效果是：本发明作为基于阵列探测器现场测量γ放射性核素空间分布的方法，建立了基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法，可在不预先掌握核素分布规律信息条件下，用于任意空间中关注γ放射性核素的三维分布测量，对环境放射性调查、评价、辐射防护有重要意义。
附图说明
[0011]
图1为本发明的立体概念模型示意图(注：阵列探测器架设在被测量空间中，子空间的数量与子探测器数量相等)；在图1中，1-阵列探测器；2-被测量空间(γ放射性核素在每个子区间均匀分布，每个区间的核素活度浓度不相同)。
具体实施方式
[0012]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0013]
本发明的模型如图1所示，将多个子探测器组成的阵列探测器架设在被测量空间中，并把空间划分为与子探测器数目相等的多个子空间，完成测量后，使用式(1)计算各子空间中关注放射性核素的活度浓度，得到核素在空间中的三维分布：
[0014][0015]
在式(1)中，ai为第i个子空间中关注核素的活度，是待求解值，bq；pr为关注核素特征γ射线的发射概率；ε
ij
为第j个子探测器对第i个子空间中关注核素发射的关注能量γ射线的探测效率，可通过模拟计算或实验获取；nj为第j个子探测器测得的关注能量γ射线特征峰的净计数率，cps；
[0016]
使用式(1)求解ai时，若子探测数量较多、在阵列中的结构对称性较好，通常会遇到病态问题，即用ε
ij
组成的能量响应矩阵有较大病态性，用式(2)的病态方程组求解方法解决：
[0017][0018]
在式(2)中，ε为能量响应矩阵，ε
′
ji
＝ε
ij3
；k为子空间数量；p表示第p次迭代，p＝0时ai为初始迭代值，可设置为任意正数。
[0019]
本发明的注意事项：测量前，需根据被测量空间大小、关注的γ射线能量、空间的三维辨识精度要求等灵活设计阵列探测器结构、选用子探测器类型、确定子探测器数量；需各子探测器独立输出γ能谱；空间辨识精度需求越高，划分的子空间的体积应越小，子探测器的数量应越多；子空间可根据需要任意划分；若阵列探测器架设在被测量空间中心位置，各子空间的大小及其与各子探测器的相对位置应尽量有差异，以减小能量响应矩阵的病态性；实际测量后，将各子探测器测得的能谱数据代入式(2)计算出各子空间中关注核素的活度，即可得到核素在空间中的三维分布。


技术特征：
1.一种基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法，其特征在于：将多个子探测器组成的阵列探测器架设在被测量空间中，并把空间划分为与子探测器数目相等的多个子空间，完成测量后，使用式(1)计算各子空间中关注放射性核素的活度浓度，得到核素在空间中的三维分布：在式(1)中，ai为第i个子空间中关注核素的活度，是待求解值，bq；pr为关注核素特征γ射线的发射概率；ε
ij
为第j个子探测器对第i个子空间中关注核素发射的关注能量γ射线的探测效率，可通过模拟计算或实验获取；nj为第j个子探测器测得的关注能量γ射线特征峰的净计数率，cps；使用式(1)求解ai时，若子探测数量较多、在阵列中的结构对称性较好，通常会遇到病态问题，即用ε
ij
组成的能量响应矩阵有较大病态性，用式(2)的病态方程组求解方法解决：在式(2)中，ε为能量响应矩阵，ε
′
ji
＝ε
ij3
；k为子空间数量；p表示第p次迭代，p＝0时ai为初始迭代值，可设置为任意正数。

技术总结
本发明属于辐射防护和环境保护领域，特别涉及基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法，将多个子探测器组成的阵列探测器架设在被测量空间中，并把空间划分为与子探测器数目相等的多个子空间，完成测量后，使用式(1)计算各子空间中关注放射性核素的活度浓度，得到核素在空间中的三维分布。本发明建立了基于阵列探测器测量放射性核素空间分布的方法，可在不预先掌握核素分布规律信息条件下，用于任意空间中关注γ放射性核素的三维分布测量，对环境放射性调查、评价、辐射防护有重要意义。评价、辐射防护有重要意义。评价、辐射防护有重要意义。


技术研发人员：陈伟 刘文彪 王立皓 王雪梅 王志慧
受保护的技术使用者：中国人民解放军63653部队
技术研发日：2021.12.23
技术公布日：2022/4/26