農(nóng)業(yè)中關(guān)于放射源快速定位方法比較研究

摘 要：農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院為了農(nóng)作物輻照育種、農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工等方面研究的需要，放射源使用顯得尤為重要。輻照技術(shù)的作用機理是利用X、α、β、γ等射線照射物質(zhì)，使其產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物效應(yīng)，以便達到預(yù)期的目標(biāo)。如用于農(nóng)作物育種和花卉變異、食品保鮮與貯存。然而輻射源一旦發(fā)生遺失或失控，后果不堪設(shè)想。環(huán)保部門作為輻射監(jiān)管的行政單位承受著巨大的壓力和責(zé)任，當(dāng)放射源失控事故發(fā)生時，搜尋過程中如何快速準(zhǔn)確地對放射源迅速定位和安全處置是應(yīng)急管理部門需要面對的一個重要問題。

關(guān)鍵詞：放射源;快速定位方法;比較

中圖分類號：F313

文獻標(biāo)識碼：A

對交圓法和九點劑量率定位方法的原理進行介紹，分析兩種方法的優(yōu)缺點、適用性和實用性，并通過模擬放射源劑量場分布的方式對兩種方法進行可行性和精準(zhǔn)性進行驗證，分析誤差原因并提出改進策略和建議，在此基礎(chǔ)上通過實驗對比來驗證改進后效果。

1方法介紹

1.1 交圓法

1.1.1基礎(chǔ)公式

根據(jù)計算γ源的空氣比釋動能率公式：

·K=AIk/r2

K為距離γ源r （m）處的空氣比釋動能率，Gy/S

A為放射源的實時活度，Bq

Fk為γ放射性核素的空氣比釋動能率常數(shù)，Gym2Bq-1S-1

注：實時活度A一般沒有相關(guān)信息，是通過計算而來，當(dāng)放射源編碼已知的情況下，通過輻射安全許可證查詢放射源臺賬就可以查詢到該枚放射源的出廠活度、日期，通過查詢核素半衰期，通過公式：

A=A0×e（t1-t2）·ln2/T1/2|

A0為放射源出廠活度Bq

t1為放射源出廠時間

t2為實時時間（單位與半衰期時間保持一致）

1.1.2定位步驟

步驟①：確定劑量率響應(yīng)區(qū)域，根據(jù)監(jiān)測對劑量率超過本底3倍的區(qū)域予以監(jiān)測。

步驟②：在劑量率響應(yīng)區(qū)域取得多點監(jiān)測劑量率值K，在已知核素類型和活度的前提下，就可以計算得出監(jiān)測點與放射源的距離r。

步驟③：通過地圖縮小比例尺A倍的基礎(chǔ)上，以監(jiān)測點為圓心r/A為半徑作圓，多次作圓直到多網(wǎng)交于一點，取此點位放射源定位坐標(biāo)。

步驟④：在自動設(shè)定A的基礎(chǔ)上，自動再增加一個初始值，對放射源坐標(biāo)進行重定位。

步驟⑤：分析定位坐標(biāo)誤差，若誤差≤1%則可完成放射源定位;若誤差較大，進行重復(fù)再定位。

1.1.3優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：①公式簡單易于理解;②核素已知，相關(guān)變量容易獲?。ǔ?shù)和半衰期查表可知）;③多重定位，減小誤差;④儀器設(shè)備簡單常用。

缺點：①未知源搜索受限，若源活度不清楚，則公式無法使用，存在局限性;②屏蔽情況誤差大，公式是對裸源計算而言，當(dāng)出現(xiàn)屏蔽時將會出現(xiàn)重大誤差，定位距離比實際距離要遠;③空間角度存偏差，計算模型已經(jīng)默認(rèn)為監(jiān)測探頭與源項在同一平面上，但實際監(jiān)測時基本上都不在同一平面上，計算距離與實際存在誤差。

1.2九點劑量率定位法

1.2.1方法簡介

有了輻射劑量儀和編碼器的數(shù)據(jù)，僅憑一個點的劑量率數(shù)據(jù)無法判斷放射源的方位，需要多點測量，給出輻射場的劑量率分布。理論上，輻射劑量率D與放射源距離r的平方成反比。據(jù)此制作數(shù)據(jù)庫，把測量的結(jié)果與數(shù)據(jù)庫進行比較就可以快速確定放射源位置。假設(shè)放射源的坐標(biāo)位置為（6，6），以放射源處的劑量率為1，那么它的劑量率分布如表1所示。

以表1的數(shù)據(jù)為例，如果測得坐標(biāo)（1，2）處的劑量率和（2，1）處的劑量率相當(dāng)，且為坐標(biāo)（1，1）處劑量率的51/42=17/14，那么，可初步判斷放射源在坐標(biāo)（6，6）處。如果測得坐標(biāo)（2，2）處的劑量率為（1，1）處的51/33 =17/11;坐標(biāo)（1，3）處的劑量率和（3，1）處的劑量率相當(dāng)，且為坐標(biāo)（1，1）處劑量率的51/35，那么就進一步證明放射源在坐標(biāo)（6，6）處。如果測得坐標(biāo)（2，3）處的劑量率和（3，2）處的劑量率相當(dāng)，且為坐標(biāo)（1，1）處劑量率的51/26倍;坐標(biāo)（3，3）處的劑量率為（1，1）處的51/19，那么可以肯定放射源在坐標(biāo)（6，6）處。因此，根據(jù)9個點的劑量率數(shù)據(jù)，就可以完全確定放射源的坐標(biāo)位置——9點劑量率定位放射源法。那么，如何高效地測得9點的劑量率數(shù)據(jù)？

設(shè)計了如圖1所示的行走路線。如果劑量儀的劑量率數(shù)據(jù)處于本底水平，則繼續(xù)搜尋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)劑量率數(shù)據(jù)超出本底劑量率水平3倍時開始記錄監(jiān)測點位置和劑量率數(shù)據(jù)。以此時的位置為坐標(biāo)原點，按圖1所示的路線行走，依次前進至坐標(biāo)位置（1，1）、（1，2）、 （2，2）、 （2，1）、 （3，1）、 （3，2）、（3，3）、（2，3）、（1，3）等處測量輻射劑量率。用Java語言編制了數(shù)據(jù)處理程序，輸入測量得到的9點劑量率值，電腦就可以快速給出放射源位置。

1.2.2優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：①不受核素種類和活度限制;②定位坐標(biāo)與屏蔽與否無關(guān)。

缺點：①九點劑量監(jiān)測選取較繁瑣;②空間角度存偏差。

2綜合對比分析

通過對以上兩種方法的優(yōu)缺點進行比較和分析，得出以下結(jié)論：①九點劑量率定位法要比交網(wǎng)法適用范圍要廣，不用過多的關(guān)注核素相關(guān)信息和是否存在屏蔽的問題。②但核素信息（種類活度）已知的前提下，利用交圓法公式可快速估算與源項的大體距離（屏蔽條件下也可迅速接近），有利于九點劑量率定位法固定監(jiān)測位置的選取布點。③兩者只考慮了理論計算問題，均沒有考慮統(tǒng)計漲落、儀器噪聲的誤差影響。④未對源項三維定位給出誤差分析。

針對以上幾點，現(xiàn)嘗試提出以下幾點改進措施：①優(yōu)化九點布位，盡量避免跨度較小，優(yōu)先避開測量儀器的漲落范圍。②以（1，1），（1，2） …，為起始點重復(fù)九點監(jiān)測，重復(fù)校正定位源項減少誤差。③監(jiān)測點分別對四個不同方向進行定點圓周監(jiān)測，盡量減少身體屏蔽和角度引起的偏差。

3實驗驗證

3.1實驗設(shè)置

利用轄區(qū)內(nèi)滄州師范學(xué)院的實驗用源（Cs137，mCi級）設(shè)置實測實驗來驗證九點劑量率定位法的定位效果，分別進行多次實驗，對改進措施前后的誤差進行分析，評價改進措施的有效性。

實驗一：實驗設(shè)定情境：事先并不知道放射源的具體位置，監(jiān)測人員與記錄人員進行平行線直線搜尋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)劑量儀的劑量率開始增大，超出本底（60～90nGy/h）劑量率水平3倍時按照圖1所示的路線行走（步長就取1m），對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄和對地點進行標(biāo)記同時記錄時間。通過對記錄的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫比對，獲得放射源坐標(biāo)，然后與實際放射源源位置進行比對。

實驗二：按照實驗一標(biāo)定的方位開始監(jiān)測，此次每一個點位分別在前后左右四個方向上進行監(jiān)測記錄，同時在（1，1）點為起始點重復(fù)九點的定位監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄和對地點進行標(biāo)記同時記錄時間。通過對每點記錄的數(shù)據(jù)進行分析比較后分別以（0，0）（1，1）為起始點進行數(shù)據(jù)庫比對，獲得兩個放射源坐標(biāo)，然后與實際放射源源位置進行比對。

實驗三：將步長由1m調(diào)整為2m重復(fù)實驗一、二，然后將定位坐標(biāo)分別予以對比。

3.2實驗設(shè)置說明

實驗一為基礎(chǔ)對比實驗，實驗二在此基礎(chǔ)上將通過同點多向測量的方法初步解決儀器與源項射線方向的角度問題同時多點測量也會在一定程度上減小儀器統(tǒng)計誤差，增加準(zhǔn)確度;而將（1，1）點作為初始點進行重復(fù)再定位，目的也是通過多次測量減小誤差，達到精確定位的目的。

實驗三目的是盡量優(yōu)化九點的布位，若步長太短相鄰兩點的劑量率偏差較小，容易造成較大的定位誤差，通過輻射劑量率D與放射源距離r的平方成反比的性質(zhì)，人為增大r的距離來增大劑量率的相對差。

3.3預(yù)期實驗結(jié)果及分析

預(yù)期定位準(zhǔn)確度最高的應(yīng)為實驗三中重復(fù)實驗二的坐標(biāo)，定位精度相對較差的應(yīng)為實驗一。

在通過實驗的計算坐標(biāo)與實際坐標(biāo)對比并分析相對誤差的大小來驗證改進方法的有效性和可行性。

3.4注意事項

進行實驗前一定要做好安全防護工作，根據(jù)實驗源的活度和核素利用公式一對劑量率邊界進行初步估算，畫出安全距離，對四周進行警戒，防止無關(guān)人員進入產(chǎn)生誤照射。實驗完成后要迅速將實驗源進行回收，并對周圍劑量率進行監(jiān)測。

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作者簡介：李勝（1985-），男，河北省滄縣，本科，在職研究生在讀，工程師，研究方向：電離輻射和電磁輻射環(huán)境保護與防護。