本發(fā)明涉及環(huán)境電離輻射監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

核設(shè)施釋放的放射性物質(zhì)絕大部分會(huì)產(chǎn)生γ射線，核設(shè)施周邊環(huán)境γ輻射水平可大致代表其放射性物質(zhì)釋放量的總體水平。實(shí)時(shí)響應(yīng)、無(wú)間斷的γ輻射劑量率在線監(jiān)測(cè)可最為迅速地反映放射性物質(zhì)釋放量的變化情況，對(duì)于核設(shè)施日常運(yùn)行輻射水平調(diào)查、核事故預(yù)警、核事故后續(xù)處理均具有重要意義。

在我國(guó)核電系統(tǒng)及輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境γ輻射劑量率的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，普通的環(huán)境γ輻射劑量率可送至校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的X、γ參考輻射場(chǎng)中完成校準(zhǔn)，然而對(duì)于固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀，拆卸送至校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室會(huì)帶來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)空檔期，極大地破環(huán)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性，且反復(fù)的安裝、拆卸易導(dǎo)致儀器故障，有必要在現(xiàn)場(chǎng)直接完成其校準(zhǔn)。然而，目前國(guó)內(nèi)外還缺乏一種行之有效的針對(duì)固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

因此，研發(fā)一種量值準(zhǔn)確、適用于固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置，并研究建立科學(xué)規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，有助于滿足固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀量值溯源的需求，促進(jìn)環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)的開(kāi)展，對(duì)于保障核電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，維護(hù)核安全具有重要社會(huì)意義與實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡(jiǎn)要概述以提供對(duì)這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決 定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡(jiǎn)化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。

本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了一種固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)γ輻照裝置的準(zhǔn)確定位與遠(yuǎn)程控制調(diào)檔，減小場(chǎng)對(duì)操作人員的潛在輻射危害。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明揭示了一種固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置，包括γ輻射源、防護(hù)準(zhǔn)直模塊、輻射調(diào)檔模塊、定位模塊以及支撐調(diào)節(jié)模塊，其中：

γ輻射源，提供一個(gè)4π方向的輻射場(chǎng)；

防護(hù)準(zhǔn)直模塊，在校準(zhǔn)時(shí)將4π方向的輻射場(chǎng)約束為準(zhǔn)直輻射場(chǎng)，在非校準(zhǔn)時(shí)將4π方向的輻射場(chǎng)均防護(hù)??；

輻射調(diào)檔模塊，位于防護(hù)準(zhǔn)直模塊的開(kāi)口的正前方，用于調(diào)節(jié)輻射場(chǎng)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)空氣比釋動(dòng)能率范圍內(nèi)的多點(diǎn)校準(zhǔn)，同時(shí)改善輻射場(chǎng)均勻性；

定位模塊，確定輻射源與待校準(zhǔn)儀器之間的相對(duì)空間關(guān)系；

支撐調(diào)節(jié)模塊，將γ輻射源、防護(hù)準(zhǔn)直模塊、輻射調(diào)檔模塊、定位模塊水平地固定于特定高度。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，γ輻射源包括豁免源強(qiáng)度輻射源或者V類強(qiáng)度輻射源。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，防護(hù)準(zhǔn)直模塊由屏蔽材料制成，防護(hù)準(zhǔn)直模塊為球形，且在某一方向開(kāi)口且開(kāi)口可封閉。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，防護(hù)準(zhǔn)直模塊在關(guān)閉情況下，4π方向的輻射場(chǎng)均被防護(hù)準(zhǔn)直模塊屏蔽，球外任意防偽的劑量率控制在安全范圍內(nèi)；防護(hù)準(zhǔn)直模塊在打開(kāi)情況下，4π方向的輻射場(chǎng)被約束為準(zhǔn)直輻射場(chǎng)，準(zhǔn)直方向外的輻射場(chǎng)被屏蔽，劑量率控制在安全范圍內(nèi)，準(zhǔn)直方向內(nèi)的輻射場(chǎng)用于校準(zhǔn)儀器。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，輻射調(diào)檔模塊包括安裝于一轉(zhuǎn)盤上的不同厚度的輻射屏蔽板，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤將不同厚度的輻射屏蔽板依次置于防護(hù)準(zhǔn)直模塊的開(kāi)口正前方，以改變輻射場(chǎng)的強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，輻射屏蔽板以蒙特卡洛模擬為探索方法，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)成曲面型輻射屏蔽板，以改善劑量場(chǎng)均勻性。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，定位模塊由至少一個(gè)激光測(cè)距儀和激光接收板組合而成，其中激光測(cè)距儀的發(fā)光點(diǎn)與γ輻射源位于同一平面，該平面與校準(zhǔn)方向垂直，激光接收板固定于待校準(zhǔn)儀器表面，且與理想校準(zhǔn)方向垂直。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，支撐調(diào)節(jié)模塊由三腳架配合伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的云臺(tái)實(shí)現(xiàn)，能夠調(diào)節(jié)裝置的高度與角度。

根據(jù)本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的一實(shí)施例，校準(zhǔn)裝置還包括：

遠(yuǎn)程控制模塊，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作校準(zhǔn)裝置。

本發(fā)明還揭示了一種固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法，固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)如權(quán)利要求1所述，校準(zhǔn)方法包括：

在使用前，對(duì)校準(zhǔn)裝置在使用各種γ輻射源、各種輻射檔位以及各種校準(zhǔn)距離下的空氣比釋動(dòng)能率參考值進(jìn)行刻度，再以蒙特卡洛模擬方法，將不同條件下的刻度值擴(kuò)展為刻度曲線，計(jì)算包括劑量均勻性、地面反散射因子的參數(shù)，以提高空氣比釋動(dòng)能率參考值的準(zhǔn)確性；

在使用過(guò)程中，將校準(zhǔn)裝置置于待校準(zhǔn)儀器前，校準(zhǔn)方向正對(duì)待校準(zhǔn)儀器，利用定位模塊測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)裝置的位置、高度與角度，然后打開(kāi)防護(hù)準(zhǔn)直模塊開(kāi)始校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)期間通過(guò)調(diào)節(jié)輻射調(diào)檔模塊改變輻射場(chǎng)強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)校準(zhǔn)，通過(guò)更換γ輻射源來(lái)改變輻射場(chǎng)射線能量，以實(shí)現(xiàn)能量響應(yīng)校準(zhǔn)。

本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：

1、利用放射源制備技術(shù)，研制微型γ輻射源，搭配開(kāi)發(fā)防護(hù)準(zhǔn)直模塊、輻射調(diào)檔模塊、定位模塊、支撐調(diào)節(jié)模塊，集成開(kāi)發(fā)便攜式環(huán)境γ輻射劑量率現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置，提供了一種可現(xiàn)場(chǎng)使用的環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀校準(zhǔn)方法。

2、綜合考慮相關(guān)法律法規(guī)限制、操作人員輻射安全、校準(zhǔn)所需輻射場(chǎng)強(qiáng)度、校準(zhǔn)距離、裝置便攜性等問(wèn)題，以蒙特卡洛模擬為探索方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)放射源強(qiáng)度、防護(hù)準(zhǔn)直模塊尺寸等參數(shù)。

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)輻射屏蔽板曲面，在校準(zhǔn)距離有限的現(xiàn)場(chǎng)條件下，極大地改善校準(zhǔn)用輻射場(chǎng)的均勻性。

4、利用蒙特卡洛模擬方法，系統(tǒng)考慮由于地面反散射對(duì)校準(zhǔn)帶來(lái)的影響。

5、綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、以及軟件編程技術(shù)等不同學(xué)科的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)γ輻照裝置的準(zhǔn)確定位與遠(yuǎn)程控制調(diào)檔，減小場(chǎng)對(duì)操作人員的潛在輻射危害。

附圖說(shuō)明

圖1示出了本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的較佳實(shí)施例的示意圖。

圖2示出了本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置中的防護(hù)準(zhǔn)直模塊的較佳實(shí)施例的示意圖。

圖3A和3B示出了本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置中的輻射調(diào)檔模塊的較佳實(shí)施例的示意圖。

圖4示出了本發(fā)明的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法的較佳實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開(kāi)的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。

為了能夠設(shè)計(jì)出本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置，γ空氣比釋動(dòng)能(率)測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)應(yīng)該充分考慮以下因素：

1、首先，應(yīng)能夠提供一個(gè)校準(zhǔn)用準(zhǔn)直輻射場(chǎng)和一系列空氣比釋動(dòng)能率參考值。這是校準(zhǔn)的先決條件。

2、其次，應(yīng)可以準(zhǔn)確確定輻射源與待校準(zhǔn)儀器之間的相對(duì)空間關(guān)系(包括距離與角度)。這是校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的前提條件。

3、然后，校準(zhǔn)裝置應(yīng)可以微調(diào)高度、角度，其支撐部件應(yīng)對(duì)不同地形具有一定適應(yīng)性。這是針對(duì)復(fù)雜校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的必要應(yīng)對(duì)措施。

4、隨后，校準(zhǔn)過(guò)程應(yīng)充分考慮地面散射及輻射場(chǎng)非均勻性等問(wèn)題。這是進(jìn)一步保證校準(zhǔn)準(zhǔn)確性的必要修正。

5、最后，校準(zhǔn)裝置應(yīng)充分考慮放射源相關(guān)管理法規(guī)與條例以及操作人員輻射安全性，同時(shí)保證一定便攜性。這將是校準(zhǔn)工作得以順利開(kāi)展的基本保障。

基于上述因素本發(fā)明設(shè)計(jì)出了如圖1所示的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的較佳實(shí)施例的示意圖。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的校準(zhǔn)裝置包括：γ輻射源1、防護(hù)準(zhǔn)直模塊2、輻射調(diào)檔模塊3、定位模塊以及支撐調(diào)節(jié)模塊5。

γ輻射源1提供一個(gè)4π方向的輻射場(chǎng)。γ輻射源1可由常見(jiàn)的⁶⁰Co、¹³⁷Cs或其它半衰期較長(zhǎng)的γ放射性核素制備為點(diǎn)源或者近似點(diǎn)源的體源/面源，其放射性強(qiáng)度綜合放射源管理法規(guī)與條例與校準(zhǔn)的需要，較佳的(但不限于)取豁免源強(qiáng)度或者V類源強(qiáng)度。通過(guò)更換γ輻射源，可以改變輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與射線能量。

防護(hù)準(zhǔn)直模塊2在校準(zhǔn)時(shí)將4π方向的輻射場(chǎng)約束為準(zhǔn)直輻射場(chǎng)，在非校準(zhǔn)時(shí)將4π方向的輻射場(chǎng)均防護(hù)住。防護(hù)準(zhǔn)直模塊2由鎢合金、鉛或其它屏蔽性能良好的材料制成。較佳的(但不限于)制為球形，并在某個(gè)方向開(kāi)口，開(kāi)口可封閉，模塊的材料與尺寸應(yīng)充分考慮屏蔽效果與便攜性。圖2示出了防護(hù)準(zhǔn)直模塊2的一種具體實(shí)現(xiàn)，可以兼顧屏蔽效果與便攜性，圖2左邊為鎢制防護(hù)準(zhǔn)直球的主體，圖2右邊為鎢制防護(hù)準(zhǔn)直球的蓋。防護(hù)準(zhǔn)直模塊2關(guān)閉情況下，4π方向的輻射場(chǎng)均被防護(hù)準(zhǔn)直器屏蔽，球外任意方位的劑量率可控制在安全范圍內(nèi)；防護(hù)準(zhǔn)直模塊2打開(kāi)情況下，4π方向的輻射場(chǎng)被約束為準(zhǔn)直輻射場(chǎng)，準(zhǔn)直方向外的輻射場(chǎng)被屏蔽，劑量率可控制在安全范圍內(nèi)，準(zhǔn)直方向內(nèi)的輻射場(chǎng)可用于校準(zhǔn)儀器。

輻射調(diào)檔模塊3位于防護(hù)準(zhǔn)直模塊的開(kāi)口的正前方，用于調(diào)節(jié)輻射場(chǎng)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)空氣比釋動(dòng)能率范圍內(nèi)的多點(diǎn)校準(zhǔn)。通過(guò)優(yōu)化輻射調(diào)檔模塊還可以改善輻射場(chǎng)均勻性。輻射調(diào)檔模塊3包含一系列不同厚度的輻射屏蔽板(如圖1所示的輻射屏蔽板31a和31b)，不同輻射屏蔽板置于防護(hù)準(zhǔn)直器開(kāi)口正前方時(shí)，即 可在γ輻射源前方同一距離處獲得不同強(qiáng)度的輻射場(chǎng)。圖3A和3B示出了輻射調(diào)檔模塊3的示意圖，在本實(shí)施例中輻射調(diào)檔模塊3的構(gòu)造是將不同厚度輻射屏蔽板31a～31c安裝于一個(gè)轉(zhuǎn)盤32上，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤32可將不同厚度輻射屏蔽板31a～31c依次置于防護(hù)準(zhǔn)直模塊2開(kāi)口正前方，從而改變輻射場(chǎng)的強(qiáng)度。由于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)條件限制，校準(zhǔn)裝置與待校準(zhǔn)儀器7之間的距離往往受到限制，某些情況下需要控制在1m左右，此時(shí)劑量場(chǎng)的均勻性往往難以得到保證，本實(shí)施例以蒙特卡洛模擬為探索方法，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)曲面型輻射屏蔽板，可由有效改善劑量場(chǎng)均勻性。以配備7mm的鎢屏蔽板的校準(zhǔn)裝置為例，鎢屏蔽板無(wú)曲面設(shè)計(jì)的情況下，其1m遠(yuǎn)處φ400mm的劑量場(chǎng)內(nèi)，劑量率最大差異可達(dá)15％，而采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的曲面，該值可降為2.5％(受限于加工技藝，否則可以調(diào)節(jié)至更低)。

定位模塊確定γ輻射源1與待校準(zhǔn)儀器7之間的相對(duì)空間關(guān)系。本實(shí)施例中的定位模塊由若干個(gè)激光測(cè)距儀和激光接收板組合而成。例如，由三個(gè)朝向與校準(zhǔn)方向一致的激光測(cè)距儀41a～41c和激光接收板42組成，激光測(cè)距儀發(fā)光點(diǎn)與輻射源位于同一平面，該平面與校準(zhǔn)方向垂直。激光接收板42固定于待校準(zhǔn)儀器7表面，且與理想校準(zhǔn)方向垂直。當(dāng)三個(gè)激光測(cè)距儀41a～41c與激光接收板42距離一致，校準(zhǔn)方向符合理想校準(zhǔn)方向，當(dāng)該距離和理想情況下輻射源到待校準(zhǔn)儀器7表面距離一致，劑量場(chǎng)強(qiáng)度即與理想值一致。

支撐調(diào)節(jié)模塊5將γ輻射源1、防護(hù)準(zhǔn)直模塊2、輻射調(diào)檔模塊3、定位模塊水平地固定于特定高度，且可以調(diào)節(jié)高度與角度，對(duì)復(fù)雜地形有一定適應(yīng)性。本實(shí)施例中的支撐調(diào)節(jié)模塊5由三腳架配合伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定制云臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

較佳的，本實(shí)施例的校準(zhǔn)裝置還包括遠(yuǎn)程控制模塊6，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作校準(zhǔn)裝置，盡可能縮短近距離操作該校準(zhǔn)裝置的時(shí)間。

上述實(shí)施例的固定式環(huán)境γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法如圖4所示，其詳細(xì)步驟如下。

步驟S1：在使用前，對(duì)校準(zhǔn)裝置在使用各種γ輻射源、各種輻射檔位以及各種校準(zhǔn)距離下的空氣比釋動(dòng)能率參考值進(jìn)行刻度，參考值可溯源自國(guó)家基準(zhǔn)。

步驟S2：再以蒙特卡洛模擬方法，將不同條件下的刻度值擴(kuò)展為刻度曲線，計(jì)算劑量均勻性、地面反散射因子等，以提高空氣比釋動(dòng)能率參考值的準(zhǔn)確性，并考慮環(huán)境因素可能帶來(lái)的影響。

步驟S3：在使用過(guò)程中，將校準(zhǔn)裝置置于待校準(zhǔn)儀器前，在空間條件允許及劑量率大小能滿足校準(zhǔn)需求的前提下，盡量遠(yuǎn)地放置校準(zhǔn)裝置。

步驟S4：校準(zhǔn)方向正對(duì)待校準(zhǔn)儀器，利用定位模塊測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)裝置的位置、高度與角度，然后打開(kāi)防護(hù)準(zhǔn)直模塊開(kāi)始校準(zhǔn)。

在校準(zhǔn)期間可以通過(guò)調(diào)節(jié)輻射調(diào)檔模塊改變輻射場(chǎng)強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)校準(zhǔn)，也可以通過(guò)更換γ輻射源來(lái)改變輻射場(chǎng)射線能量，以實(shí)現(xiàn)能量響應(yīng)校準(zhǔn)。

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