核輻射探測(cè)儀器和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

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摘 要：目前，核能已經(jīng)慢慢走進(jìn)人們的生活，越來(lái)越多的項(xiàng)目都與核能有關(guān)聯(lián)，但是我們應(yīng)該注意的一點(diǎn)是，核能能使我們獲益，同樣也能危害人類的生活，比如：核輻射會(huì)威脅人類的健康，使人致病、致癌、致死。照射時(shí)間越長(zhǎng)，受到的輻射劑量就越大，危害也越大。所以，我們?cè)诶煤四艿耐瑫r(shí)，必須加強(qiáng)輻射環(huán)境檢測(cè)監(jiān)控?；诖耍撐脑敿?xì)闡述了核輻射探測(cè)儀器和技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了幾款目前正在使用的探測(cè)儀器，最后闡述了核輻射探測(cè)儀器和技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：探測(cè)器 核輻射 現(xiàn)狀 改進(jìn) 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TL81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0068-02

目前，核能已經(jīng)慢慢走進(jìn)人們的生活，越來(lái)越多的項(xiàng)目都與核能有關(guān)聯(lián)，但是我們應(yīng)該注意的一點(diǎn)是，核能能使我們獲益，同樣也能危害人類的生活。所以，我們?cè)诶煤四艿耐瑫r(shí)，必須加強(qiáng)輻射環(huán)境檢測(cè)監(jiān)控。為了保護(hù)公眾和環(huán)境，提高輻射事故的應(yīng)急響應(yīng)能力至關(guān)重要，探索更先進(jìn)的技術(shù)完善核輻射探測(cè)儀器將變得極其重要。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，核輻射監(jiān)測(cè)的任務(wù)和要求集中于以下兩個(gè)方面：一方面就是平時(shí)以及戰(zhàn)時(shí)的核輻射監(jiān)測(cè)任務(wù)；另一方面就是非戰(zhàn)事軍事行動(dòng)的核事故緊急救援。這些任務(wù)要求核輻射探測(cè)儀器不但要適合戰(zhàn)場(chǎng)，也要適合救援現(xiàn)場(chǎng)。

1 核輻射探測(cè)儀器和3S技術(shù)概述

核輻射探測(cè)器是通過(guò)使核輻射在氣體、液體或者固體中發(fā)生電離效應(yīng)、發(fā)光現(xiàn)象、物理變化或者化學(xué)變化來(lái)監(jiān)測(cè)核輻射的儀器。迄今為止，核輻射探測(cè)儀器衍生了很多種類，所運(yùn)用的原理也不盡相同，其與核輻射探測(cè)技術(shù)共同發(fā)展，相輔相成，都經(jīng)歷了計(jì)數(shù)、測(cè)譜以及圖像顯示等發(fā)展階段。

核輻射探測(cè)儀器可以直接或者間接地確定核輻射的相關(guān)參數(shù)，包括種類、能量、強(qiáng)度以及核壽命等。在不久的將來(lái)，基于3S技術(shù)的探測(cè)儀器將得到推廣，它是一款能夠給出入射粒子的位置、能量以及時(shí)間的組合型探測(cè)器，利用電子和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，提高對(duì)探測(cè)到的核輻射的分析能力以及所處理信息的精確度，也能夠提高對(duì)信息處理的速度和信息的利用率。目前，微電子技術(shù)正在促進(jìn)人類對(duì)微型探測(cè)器的研究，探索更為先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)和機(jī)制，研制超導(dǎo)探測(cè)裝置等。

我國(guó)是從20世紀(jì)50年代初期開(kāi)始展開(kāi)核輻射探測(cè)儀器研究工作的，到目前為止，分別成功研制出了原子核乳膠、蓋革計(jì)數(shù)管、碘化鈉以及閃爍體等前沿技術(shù)。3S技術(shù)分別包括遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)，其為現(xiàn)代技術(shù)的先導(dǎo)，對(duì)人類科學(xué)的進(jìn)步有著至關(guān)重要的作用。3S技術(shù)通過(guò)利用核輻射探測(cè)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，開(kāi)創(chuàng)了一種高效、安全且穩(wěn)定的信息服務(wù)模式，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明3S技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。

首先，3S技術(shù)具有實(shí)用性。3S技術(shù)是一種調(diào)控信息的新方式，通過(guò)動(dòng)態(tài)模型從多個(gè)維度體現(xiàn)核輻射信息，為探測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供了科技化平臺(tái)。該技術(shù)是探測(cè)核輻射寬帶設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)動(dòng)態(tài)圖像來(lái)顯示多種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)更形象的數(shù)字化控制來(lái)為核輻射信息服務(wù)。其次就是其安全性。將來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將應(yīng)用于調(diào)控核輻射信息空間領(lǐng)，因此，動(dòng)態(tài)展示技術(shù)是必不可少的。專業(yè)人員指出，我們目前的探測(cè)核輻射過(guò)程中，必須保證高效、安全且統(tǒng)一，才可以科學(xué)地指導(dǎo)核輻射探測(cè)項(xiàng)目的改造過(guò)程。

其次，3S技術(shù)有著多種認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，要想獲取虛擬操作權(quán)限，核輻射信息服務(wù)必須要有安全認(rèn)證的指令，否則系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉展示功能，這也是該技術(shù)的特色所在。3S技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用過(guò)程中，能夠整合多種有價(jià)值的數(shù)據(jù)，幫助系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)的指令。

最后，3S技術(shù)具有擴(kuò)展性。3S技術(shù)是核輻射探測(cè)儀器的核心技術(shù)，通過(guò)一系列信息處理能夠提高動(dòng)態(tài)展示效率，從多個(gè)維度顯示探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。為了保證信號(hào)的正常傳輸，必須向設(shè)備提供良好的傳輸環(huán)境，因此，設(shè)置一個(gè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是必不可少的。數(shù)據(jù)傳輸是3S技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用案例，其在運(yùn)行中可以降低誤碼率，從而能夠提升信號(hào)的穩(wěn)定性。

2 核輻射探測(cè)儀器和技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)下，我們最需要研制出一種可以在核爆炸裝置爆炸之前，就能夠?qū)⑺l(fā)現(xiàn)的、更為靈敏的探測(cè)器，以及一種如果在已經(jīng)發(fā)生爆炸的情況下，能以最快的速度判別核輻射的種類的裝置。當(dāng)今世界局勢(shì)復(fù)雜，許多國(guó)家經(jīng)常會(huì)遭遇恐怖分子的炸彈襲擊，我們必須要確定爆炸是否會(huì)造成核輻射，因此，在遭遇恐怖襲擊之后需要用核輻射探測(cè)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。以前的核輻射探測(cè)儀器是在發(fā)生了核爆炸之后才可發(fā)揮作用，而現(xiàn)在要求研制出一種應(yīng)對(duì)核恐怖主義襲擊的維和行動(dòng)的探測(cè)儀器。在1986年，切爾諾貝利事件說(shuō)明了尤其要對(duì)較低的核輻射進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)并及時(shí)報(bào)警。除此之外，核輻射探測(cè)儀器迫切要面對(duì)另一個(gè)問(wèn)題就是防止錯(cuò)誤報(bào)告的上傳，即核輻射探測(cè)儀器必須要可以區(qū)分自然輻射和核裝置的輻射，一方面要能避免不必要的麻煩和恐慌，另一方面也絕不能無(wú)法監(jiān)測(cè)出核裝置的輻射問(wèn)題。

如今，最新的核輻射探測(cè)儀器是以傳統(tǒng)的G-M技術(shù)為基礎(chǔ)，如圖1所示，并與其他技術(shù)相結(jié)合。例如：加拿大SAIC公司生產(chǎn)的GR-135核輻射探測(cè)儀器的原理就是利用依托于G-M技術(shù)和其他探測(cè)儀器技術(shù)；而美國(guó)Canberra公司的InSpector1000多功能數(shù)字化γ譜儀，是一種將NaI閃爍探測(cè)儀器和G-M技術(shù)相結(jié)合的儀器，其能夠?qū)崿F(xiàn)定量測(cè)量，并且能夠以最快的速度確定核輻射的種類。

GR-135核輻射探測(cè)儀器采用了4種探測(cè)技術(shù)，有測(cè)量范圍大、測(cè)量射線種類多等優(yōu)點(diǎn)，能夠用最快的速度判斷核輻射種類。第一，該儀器用到的探測(cè)器包括NaI探測(cè)器、CZT探測(cè)器、鋰玻璃中子探測(cè)器以及寬量程G-M管探測(cè)器等；第二，GR-135譜儀的能譜技術(shù)為90cps/1MBq/137Cs@1m，最大值為65 000 cps，1 024道MCA，自動(dòng)數(shù)字穩(wěn)譜；第三，該儀器的能量范圍是20 keV～3.0 MeV；第四，GR-135譜儀的劑量率測(cè)量范圍是10 nSv/h～100 mSv/h；第五，GR-135譜儀具有4個(gè)預(yù)定義核素庫(kù)以及200種核素譜。

而另外一種InSpector1000γ譜儀則是采用了獨(dú)特的無(wú)源效率刻度的核素活度來(lái)進(jìn)行定量測(cè)量工作，它能夠通過(guò)4種方式來(lái)測(cè)量常規(guī)的γ，其分別是劑量率測(cè)量、放射源尋找、實(shí)時(shí)核素γ識(shí)別以及采用獨(dú)有的無(wú)源效率刻度的核素活度定量測(cè)量。該儀器的技術(shù)特點(diǎn)如下：探測(cè)器包括NaI探測(cè)器和內(nèi)置G-M管探測(cè)器，其能譜道數(shù)有4 096道，計(jì)數(shù)通過(guò)率大于50 kcps，時(shí)間設(shè)置在1秒到100 000 0 s之間。NaI探測(cè)器的能量范圍在50 keV～3 MeV之間，內(nèi)置G-M管探測(cè)器的能量范圍在30 keV～1.4 MeV之間，其劑量率測(cè)量范圍在10 nSv/h～100 mSv/h或10 nSv～10 Sv之間。另外，該儀器有32個(gè)自定義核素庫(kù)，其中，每個(gè)核素庫(kù)有大約50種核素譜，每個(gè)譜又能夠設(shè)置64個(gè)感興趣區(qū)。

3 核輻射探測(cè)儀器和技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展趨勢(shì)

3.1 虛擬化

在研究核輻射過(guò)程中最為重要的環(huán)節(jié)就是研究其圖像，運(yùn)用該技術(shù)能提供操控模型平臺(tái)，不需要實(shí)物就能完成圖像的設(shè)計(jì)。我們可以通過(guò)引入虛擬模型作為操控處理平臺(tái)來(lái)避免由于探測(cè)方法不正確而引起的數(shù)據(jù)結(jié)果錯(cuò)誤。因此，針對(duì)此類問(wèn)題，需要總結(jié)核輻射探測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)，提出更為先進(jìn)的技術(shù)方案。

3.2 精確化

虛擬模型為用戶所提供的平臺(tái)，實(shí)質(zhì)上并不是正式的核輻射探測(cè)操作，而是在虛擬環(huán)境的條件下的圖像處理。所以，核輻射探測(cè)采用虛擬模型具有精確化的特點(diǎn)，防止在正式的操作中出現(xiàn)失誤，提高了核輻射圖像的質(zhì)量。目前，3S技術(shù)是核輻射探測(cè)領(lǐng)域中的新技術(shù)，它具有先進(jìn)性，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)核輻射的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為后期的工作提供了重要的依據(jù)。

3.3 模型化

核輻射探測(cè)是我國(guó)在發(fā)展核能的過(guò)程中必不可少的一部分，必須要使用最高端的科學(xué)技術(shù)對(duì)核輻射進(jìn)行探測(cè)，才能保證工作能夠正常且安全的進(jìn)行下去。通過(guò)圖像模型來(lái)探測(cè)核輻射，可以從根本上解決了以前對(duì)核輻射探測(cè)的不足。我們能夠通過(guò)數(shù)字模型，得到更加清晰、形象的圖像結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

由于目前人類對(duì)核能的需求日益擴(kuò)大，越來(lái)越多的領(lǐng)域都將用到核能，但是風(fēng)險(xiǎn)也是一直存在的。由于我國(guó)和平利用核能的技術(shù)不斷進(jìn)步，沿海核電站的數(shù)量將不斷提高，發(fā)生核事故的可能性也是存在的。日本福島核電站事故再次引起人們對(duì)核電安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，擁有核電站的國(guó)家紛紛采取各種應(yīng)急措施加強(qiáng)對(duì)核電站事故的處置與救援。由于核化生恐怖襲擊威脅日益增長(zhǎng)和對(duì)核電事故風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，在國(guó)際上探測(cè)技術(shù)方面的投資勢(shì)頭近期不會(huì)減弱。改進(jìn)的探測(cè)方法必將改善部隊(duì)迅速應(yīng)對(duì)襲擊、減少傷亡的能力。我們必須要改進(jìn)核輻射的探測(cè)裝置，使其能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到輻射是否出現(xiàn)異常，做好安全防護(hù)設(shè)施，這些都促使探測(cè)裝備和技術(shù)發(fā)展不僅要適用于戰(zhàn)場(chǎng)，而且要適用于第一救援現(xiàn)場(chǎng)這無(wú)論對(duì)社會(huì)環(huán)境還是人類的人身安全都有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

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