论文部分内容阅读
摘 要：农牧业科学院为了农作物辐照育种、农产品保鲜加工等方面研究的需要，放射源使用显得尤为重要。辐照技术的作用机理是利用X、α、β、γ等射线照射物质，使其产生物理、化学和生物效应，以便达到预期的目标。如用于农作物育种和花卉变异、食品保鲜与贮存。然而辐射源一旦发生遗失或失控，后果不堪设想。环保部门作为辐射监管的行政单位承受着巨大的压力和责任，当放射源失控事故发生时，搜寻过程中如何快速准确地对放射源迅速定位和安全处置是应急管理部门需要面对的一个重要问题。
关键词：放射源;快速定位方法;比较
中图分类号：F313
文献标识码：A
对交圆法和九点剂量率定位方法的原理进行介绍，分析两种方法的优缺点、适用性和实用性，并通过模拟放射源剂量场分布的方式对两种方法进行可行性和精准性进行验证，分析误差原因并提出改进策略和建议，在此基础上通过实验对比来验证改进后效果。
1方法介绍
1.1 交圆法
1.1.1基础公式
根据计算γ源的空气比释动能率公式：
·K=AIk/r2
K为距离γ源r （m）处的空气比释动能率，Gy/S
A为放射源的实时活度，Bq
Fk为γ放射性核素的空气比释动能率常数，Gym2Bq-1S-1
注：实时活度A一般没有相关信息，是通过计算而来，当放射源编码已知的情况下，通过辐射安全许可证查询放射源台账就可以查询到该枚放射源的出厂活度、日期，通过查询核素半衰期，通过公式：
A=A0×e（t1-t2）·ln2/T1/2|
A0为放射源出厂活度Bq
t1为放射源出厂时间
t2为实时时间（单位与半衰期时间保持一致）
1.1.2定位步骤
步骤①：确定剂量率响应区域，根据监测对剂量率超过本底3倍的区域予以监测。
步骤②：在剂量率响应区域取得多点监测剂量率值K，在已知核素类型和活度的前提下，就可以计算得出监测点与放射源的距离r。
步骤③：通过地图缩小比例尺A倍的基础上，以监测点为圆心r/A为半径作圆，多次作圆直到多网交于一点，取此点位放射源定位坐标。
步骤④：在自动设定A的基础上，自动再增加一个初始值，对放射源坐标进行重定位。
步骤⑤：分析定位坐标误差，若误差≤1%则可完成放射源定位;若误差较大，进行重复再定位。
1.1.3优缺点分析
优点：①公式简单易于理解;②核素已知，相关变量容易获取（常数和半衰期查表可知）;③多重定位，减小误差;④仪器设备简单常用。
缺点：①未知源搜索受限，若源活度不清楚，则公式无法使用，存在局限性;②屏蔽情况误差大，公式是对裸源计算而言，当出现屏蔽时将会出现重大误差，定位距离比实际距离要远;③空间角度存偏差，计算模型已经默认为监测探头与源项在同一平面上，但实际监测时基本上都不在同一平面上，计算距离与实际存在误差。
1.2九点剂量率定位法
1.2.1方法简介
有了辐射剂量仪和编码器的数据，仅凭一个点的剂量率数据无法判断放射源的方位，需要多点测量，给出辐射场的剂量率分布。理论上，辐射剂量率D与放射源距离r的平方成反比。据此制作数据库，把测量的结果与数据库进行比较就可以快速确定放射源位置。假设放射源的坐标位置为（6，6），以放射源处的剂量率为1，那么它的剂量率分布如表1所示。
以表1的数据为例，如果测得坐标（1，2）处的剂量率和（2，1）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/42=17/14，那么，可初步判断放射源在坐标（6，6）处。如果测得坐标（2，2）处的剂量率为（1，1）处的51/33 =17/11;坐标（1，3）处的剂量率和（3，1）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/35，那么就进一步证明放射源在坐标（6，6）处。如果测得坐标（2，3）处的剂量率和（3，2）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/26倍;坐标（3，3）处的剂量率为（1，1）处的51/19，那么可以肯定放射源在坐標（6，6）处。因此，根据9个点的剂量率数据，就可以完全确定放射源的坐标位置——9点剂量率定位放射源法。那么，如何高效地测得9点的剂量率数据？
设计了如图1所示的行走路线。如果剂量仪的剂量率数据处于本底水平，则继续搜寻，当发现剂量率数据超出本底剂量率水平3倍时开始记录监测点位置和剂量率数据。以此时的位置为坐标原点，按图1所示的路线行走，依次前进至坐标位置（1，1）、（1，2）、 （2，2）、 （2，1）、 （3，1）、 （3，2）、（3，3）、（2，3）、（1，3）等处测量辐射剂量率。用Java语言编制了数据处理程序，输入测量得到的9点剂量率值，电脑就可以快速给出放射源位置。
1.2.2优缺点分析
优点：①不受核素种类和活度限制;②定位坐标与屏蔽与否无关。
缺点：①九点剂量监测选取较繁琐;②空间角度存偏差。
2综合对比分析
通过对以上两种方法的优缺点进行比较和分析，得出以下结论：①九点剂量率定位法要比交网法适用范围要广，不用过多的关注核素相关信息和是否存在屏蔽的问题。②但核素信息（种类活度）已知的前提下，利用交圆法公式可快速估算与源项的大体距离（屏蔽条件下也可迅速接近），有利于九点剂量率定位法固定监测位置的选取布点。③两者只考虑了理论计算问题，均没有考虑统计涨落、仪器噪声的误差影响。④未对源项三维定位给出误差分析。
针对以上几点，现尝试提出以下几点改进措施：①优化九点布位，尽量避免跨度较小，优先避开测量仪器的涨落范围。②以（1，1），（1，2） …，为起始点重复九点监测，重复校正定位源项减少误差。③监测点分别对四个不同方向进行定点圆周监测，尽量减少身体屏蔽和角度引起的偏差。 3实验验证
3.1实验设置
利用辖区内沧州师范学院的实验用源（Cs137，mCi级）设置实测实验来验证九点剂量率定位法的定位效果，分别进行多次实验，对改进措施前后的误差进行分析，评价改进措施的有效性。
实验一：实验设定情境：事先并不知道放射源的具体位置，监测人员与记录人员进行平行线直线搜寻，当发现剂量仪的剂量率开始增大，超出本底（60～90nGy/h）剂量率水平3倍时按照图1所示的路线行走（步长就取1m），对监测数据进行记录和对地点进行标记同时记录时间。通过对记录的数据进行数据库比对，获得放射源坐标，然后与实际放射源源位置进行比对。
实验二：按照实验一标定的方位开始监测，此次每一个点位分别在前后左右四个方向上进行监测记录，同时在（1，1）点为起始点重复九点的定位监测，对监测数据进行记录和对地点进行标记同时记录时间。通过对每点记录的数据进行分析比较后分别以（0，0）（1，1）为起始点进行数据库比对，获得两个放射源坐标，然后与实际放射源源位置进行比对。
实验三：将步长由1m调整为2m重复实验一、二，然后将定位坐标分别予以对比。
3.2实验设置说明
实验一为基础对比实验，实验二在此基础上将通过同点多向测量的方法初步解决仪器与源项射线方向的角度问题同时多点测量也会在一定程度上減小仪器统计误差，增加准确度;而将（1，1）点作为初始点进行重复再定位，目的也是通过多次测量减小误差，达到精确定位的目的。
实验三目的是尽量优化九点的布位，若步长太短相邻两点的剂量率偏差较小，容易造成较大的定位误差，通过辐射剂量率D与放射源距离r的平方成反比的性质，人为增大r的距离来增大剂量率的相对差。
3.3预期实验结果及分析
预期定位准确度最高的应为实验三中重复实验二的坐标，定位精度相对较差的应为实验一。
在通过实验的计算坐标与实际坐标对比并分析相对误差的大小来验证改进方法的有效性和可行性。
3.4注意事项
进行实验前一定要做好安全防护工作，根据实验源的活度和核素利用公式一对剂量率边界进行初步估算，画出安全距离，对四周进行警戒，防止无关人员进入产生误照射。实验完成后要迅速将实验源进行回收，并对周围剂量率进行监测。
参考文献：
[1]张华明.放射源的制备技术及其应用[J].同位素，2009，22（1）：54-59.
[2]园丁.什么是放射源，放射源有什么危害？[J].污染防治技术，2016（2）：58.
[3]邱玉会，樊树明，贾建奇，等.由两起放射事故谈小型密封源的安全管理[J].中国辐射卫生，2000（2）：93.
[4]戴瑜，赵福祥.关于辐射环境影响评价中非密封源工作场所的讨论[J].中国辐射卫生，2012，21（3）：314-315.
[5]潘强，张宏祥，彭元敏，等.放射源在线监控系统设计与应用[J].四川环境，2012，31（3）：44-48.
[6]薛会，胡飞，刘鸿诗，等.关于γ相机在放射源监测中的应用[J].环境与可持续发展，2015，40（1）：121-123.
[7]亚太经合组织同意促进核能发展[J].中外能源，2010（9）：117.
[8]马永和，徐秋静.天然放射性在工农业中的一些应用[J].原子核物理评论，1992，9（4）：47-50.
[9]杜静玲，赵志祥，刘文平，等.中国核技术应用发展现状与趋势[J].同位素，2018，31（3）：180-187.
[10]王乃彦.大力发展军民两用的核技术应用为国防现代化和国民经济服务[J].核农学报，2004，18（1）：1-5.
作者简介：李胜（1985-），男，河北省沧县，本科，在职研究生在读，工程师，研究方向：电离辐射和电磁辐射环境保护与防护。
关键词：放射源;快速定位方法;比较
中图分类号：F313
文献标识码：A
对交圆法和九点剂量率定位方法的原理进行介绍，分析两种方法的优缺点、适用性和实用性，并通过模拟放射源剂量场分布的方式对两种方法进行可行性和精准性进行验证，分析误差原因并提出改进策略和建议，在此基础上通过实验对比来验证改进后效果。
1方法介绍
1.1 交圆法
1.1.1基础公式
根据计算γ源的空气比释动能率公式：
·K=AIk/r2
K为距离γ源r （m）处的空气比释动能率，Gy/S
A为放射源的实时活度，Bq
Fk为γ放射性核素的空气比释动能率常数，Gym2Bq-1S-1
注：实时活度A一般没有相关信息，是通过计算而来，当放射源编码已知的情况下，通过辐射安全许可证查询放射源台账就可以查询到该枚放射源的出厂活度、日期，通过查询核素半衰期，通过公式：
A=A0×e（t1-t2）·ln2/T1/2|
A0为放射源出厂活度Bq
t1为放射源出厂时间
t2为实时时间（单位与半衰期时间保持一致）
1.1.2定位步骤
步骤①：确定剂量率响应区域，根据监测对剂量率超过本底3倍的区域予以监测。
步骤②：在剂量率响应区域取得多点监测剂量率值K，在已知核素类型和活度的前提下，就可以计算得出监测点与放射源的距离r。
步骤③：通过地图缩小比例尺A倍的基础上，以监测点为圆心r/A为半径作圆，多次作圆直到多网交于一点，取此点位放射源定位坐标。
步骤④：在自动设定A的基础上，自动再增加一个初始值，对放射源坐标进行重定位。
步骤⑤：分析定位坐标误差，若误差≤1%则可完成放射源定位;若误差较大，进行重复再定位。
1.1.3优缺点分析
优点：①公式简单易于理解;②核素已知，相关变量容易获取（常数和半衰期查表可知）;③多重定位，减小误差;④仪器设备简单常用。
缺点：①未知源搜索受限，若源活度不清楚，则公式无法使用，存在局限性;②屏蔽情况误差大，公式是对裸源计算而言，当出现屏蔽时将会出现重大误差，定位距离比实际距离要远;③空间角度存偏差，计算模型已经默认为监测探头与源项在同一平面上，但实际监测时基本上都不在同一平面上，计算距离与实际存在误差。
1.2九点剂量率定位法
1.2.1方法简介
有了辐射剂量仪和编码器的数据，仅凭一个点的剂量率数据无法判断放射源的方位，需要多点测量，给出辐射场的剂量率分布。理论上，辐射剂量率D与放射源距离r的平方成反比。据此制作数据库，把测量的结果与数据库进行比较就可以快速确定放射源位置。假设放射源的坐标位置为（6，6），以放射源处的剂量率为1，那么它的剂量率分布如表1所示。
以表1的数据为例，如果测得坐标（1，2）处的剂量率和（2，1）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/42=17/14，那么，可初步判断放射源在坐标（6，6）处。如果测得坐标（2，2）处的剂量率为（1，1）处的51/33 =17/11;坐标（1，3）处的剂量率和（3，1）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/35，那么就进一步证明放射源在坐标（6，6）处。如果测得坐标（2，3）处的剂量率和（3，2）处的剂量率相当，且为坐标（1，1）处剂量率的51/26倍;坐标（3，3）处的剂量率为（1，1）处的51/19，那么可以肯定放射源在坐標（6，6）处。因此，根据9个点的剂量率数据，就可以完全确定放射源的坐标位置——9点剂量率定位放射源法。那么，如何高效地测得9点的剂量率数据？
设计了如图1所示的行走路线。如果剂量仪的剂量率数据处于本底水平，则继续搜寻，当发现剂量率数据超出本底剂量率水平3倍时开始记录监测点位置和剂量率数据。以此时的位置为坐标原点，按图1所示的路线行走，依次前进至坐标位置（1，1）、（1，2）、 （2，2）、 （2，1）、 （3，1）、 （3，2）、（3，3）、（2，3）、（1，3）等处测量辐射剂量率。用Java语言编制了数据处理程序，输入测量得到的9点剂量率值，电脑就可以快速给出放射源位置。
1.2.2优缺点分析
优点：①不受核素种类和活度限制;②定位坐标与屏蔽与否无关。
缺点：①九点剂量监测选取较繁琐;②空间角度存偏差。
2综合对比分析
通过对以上两种方法的优缺点进行比较和分析，得出以下结论：①九点剂量率定位法要比交网法适用范围要广，不用过多的关注核素相关信息和是否存在屏蔽的问题。②但核素信息（种类活度）已知的前提下，利用交圆法公式可快速估算与源项的大体距离（屏蔽条件下也可迅速接近），有利于九点剂量率定位法固定监测位置的选取布点。③两者只考虑了理论计算问题，均没有考虑统计涨落、仪器噪声的误差影响。④未对源项三维定位给出误差分析。
针对以上几点，现尝试提出以下几点改进措施：①优化九点布位，尽量避免跨度较小，优先避开测量仪器的涨落范围。②以（1，1），（1，2） …，为起始点重复九点监测，重复校正定位源项减少误差。③监测点分别对四个不同方向进行定点圆周监测，尽量减少身体屏蔽和角度引起的偏差。 3实验验证
3.1实验设置
利用辖区内沧州师范学院的实验用源（Cs137，mCi级）设置实测实验来验证九点剂量率定位法的定位效果，分别进行多次实验，对改进措施前后的误差进行分析，评价改进措施的有效性。
实验一：实验设定情境：事先并不知道放射源的具体位置，监测人员与记录人员进行平行线直线搜寻，当发现剂量仪的剂量率开始增大，超出本底（60～90nGy/h）剂量率水平3倍时按照图1所示的路线行走（步长就取1m），对监测数据进行记录和对地点进行标记同时记录时间。通过对记录的数据进行数据库比对，获得放射源坐标，然后与实际放射源源位置进行比对。
实验二：按照实验一标定的方位开始监测，此次每一个点位分别在前后左右四个方向上进行监测记录，同时在（1，1）点为起始点重复九点的定位监测，对监测数据进行记录和对地点进行标记同时记录时间。通过对每点记录的数据进行分析比较后分别以（0，0）（1，1）为起始点进行数据库比对，获得两个放射源坐标，然后与实际放射源源位置进行比对。
实验三：将步长由1m调整为2m重复实验一、二，然后将定位坐标分别予以对比。
3.2实验设置说明
实验一为基础对比实验，实验二在此基础上将通过同点多向测量的方法初步解决仪器与源项射线方向的角度问题同时多点测量也会在一定程度上減小仪器统计误差，增加准确度;而将（1，1）点作为初始点进行重复再定位，目的也是通过多次测量减小误差，达到精确定位的目的。
实验三目的是尽量优化九点的布位，若步长太短相邻两点的剂量率偏差较小，容易造成较大的定位误差，通过辐射剂量率D与放射源距离r的平方成反比的性质，人为增大r的距离来增大剂量率的相对差。
3.3预期实验结果及分析
预期定位准确度最高的应为实验三中重复实验二的坐标，定位精度相对较差的应为实验一。
在通过实验的计算坐标与实际坐标对比并分析相对误差的大小来验证改进方法的有效性和可行性。
3.4注意事项
进行实验前一定要做好安全防护工作，根据实验源的活度和核素利用公式一对剂量率边界进行初步估算，画出安全距离，对四周进行警戒，防止无关人员进入产生误照射。实验完成后要迅速将实验源进行回收，并对周围剂量率进行监测。
参考文献：
[1]张华明.放射源的制备技术及其应用[J].同位素，2009，22（1）：54-59.
[2]园丁.什么是放射源，放射源有什么危害？[J].污染防治技术，2016（2）：58.
[3]邱玉会，樊树明，贾建奇，等.由两起放射事故谈小型密封源的安全管理[J].中国辐射卫生，2000（2）：93.
[4]戴瑜，赵福祥.关于辐射环境影响评价中非密封源工作场所的讨论[J].中国辐射卫生，2012，21（3）：314-315.
[5]潘强，张宏祥，彭元敏，等.放射源在线监控系统设计与应用[J].四川环境，2012，31（3）：44-48.
[6]薛会，胡飞，刘鸿诗，等.关于γ相机在放射源监测中的应用[J].环境与可持续发展，2015，40（1）：121-123.
[7]亚太经合组织同意促进核能发展[J].中外能源，2010（9）：117.
[8]马永和，徐秋静.天然放射性在工农业中的一些应用[J].原子核物理评论，1992，9（4）：47-50.
[9]杜静玲，赵志祥，刘文平，等.中国核技术应用发展现状与趋势[J].同位素，2018，31（3）：180-187.
[10]王乃彦.大力发展军民两用的核技术应用为国防现代化和国民经济服务[J].核农学报，2004，18（1）：1-5.
作者简介：李胜（1985-），男，河北省沧县，本科，在职研究生在读，工程师，研究方向：电离辐射和电磁辐射环境保护与防护。