核輻射探測儀器和技術的發展趨勢

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摘 要：目前，核能已經慢慢走進人們的生活，越來越多的項目都與核能有關聯，但是我們應該注意的一點是，核能能使我們獲益，同樣也能危害人類的生活，比如：核輻射會威脅人類的健康，使人致病、致癌、致死。照射時間越長，受到的輻射劑量就越大，危害也越大。所以，我們在利用核能的同時，必須加強輻射環境檢測監控。基于此，該文詳細闡述了核輻射探測儀器和技術及其國內外發展現狀，并介紹了幾款目前正在使用的探測儀器，最后闡述了核輻射探測儀器和技術的改進與發展趨勢。

關鍵詞：探測器 核輻射 現狀 改進 發展趨勢

中圖分類號：TL81 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0068-02

目前，核能已經慢慢走進人們的生活，越來越多的項目都與核能有關聯，但是我們應該注意的一點是，核能能使我們獲益，同樣也能危害人類的生活。所以，我們在利用核能的同時，必須加強輻射環境檢測監控。為了保護公眾和環境，提高輻射事故的應急響應能力至關重要，探索更先進的技術完善核輻射探測儀器將變得極其重要。在未來的一段時間內，核輻射監測的任務和要求集中于以下兩個方面：一方面就是平時以及戰時的核輻射監測任務；另一方面就是非戰事軍事行動的核事故緊急救援。這些任務要求核輻射探測儀器不但要適合戰場，也要適合救援現場。

1 核輻射探測儀器和3S技術概述

核輻射探測器是通過使核輻射在氣體、液體或者固體中發生電離效應、發光現象、物理變化或者化學變化來監測核輻射的儀器。迄今為止，核輻射探測儀器衍生了很多種類，所運用的原理也不盡相同，其與核輻射探測技術共同發展，相輔相成，都經歷了計數、測譜以及圖像顯示等發展階段。

核輻射探測儀器可以直接或者間接地確定核輻射的相關參數，包括種類、能量、強度以及核壽命等。在不久的將來，基于3S技術的探測儀器將得到推廣，它是一款能夠給出入射粒子的位置、能量以及時間的組合型探測器，利用電子和計算機領域的先進技術，提高對探測到的核輻射的分析能力以及所處理信息的精確度，也能夠提高對信息處理的速度和信息的利用率。目前，微電子技術正在促進人類對微型探測器的研究，探索更為先進的探測技術和機制，研制超導探測裝置等。

我國是從20世紀50年代初期開始展開核輻射探測儀器研究工作的，到目前為止，分別成功研制出了原子核乳膠、蓋革計數管、碘化鈉以及閃爍體等前沿技術。3S技術分別包括遙感技術、地理信息系統以及全球定位系統，其為現代技術的先導，對人類科學的進步有著至關重要的作用。3S技術通過利用核輻射探測數據處理平臺，開創了一種高效、安全且穩定的信息服務模式，下面簡要說明3S技術的主要優點。

首先，3S技術具有實用性。3S技術是一種調控信息的新方式，通過動態模型從多個維度體現核輻射信息，為探測網絡提供了科技化平臺。該技術是探測核輻射寬帶設計的重點內容，通過動態圖像來顯示多種數據，實現了通過更形象的數字化控制來為核輻射信息服務。其次就是其安全性。將來，虛擬現實技術將應用于調控核輻射信息空間領，因此，動態展示技術是必不可少的。專業人員指出，我們目前的探測核輻射過程中，必須保證高效、安全且統一，才可以科學地指導核輻射探測項目的改造過程。

其次，3S技術有著多種認證標準，要想獲取虛擬操作權限，核輻射信息服務必須要有安全認證的指令，否則系統便會自動關閉展示功能，這也是該技術的特色所在。3S技術在虛擬現實運用過程中，能夠整合多種有價值的數據，幫助系統執行相關的指令。

最后，3S技術具有擴展性。3S技術是核輻射探測儀器的核心技術，通過一系列信息處理能夠提高動態展示效率，從多個維度顯示探測網絡的結構。為了保證信號的正常傳輸，必須向設備提供良好的傳輸環境，因此，設置一個安全監測系統是必不可少的。數據傳輸是3S技術的一個典型應用案例，其在運行中可以降低誤碼率，從而能夠提升信號的穩定性。

2 核輻射探測儀器和技術國內外發展現狀

當下，我們最需要研制出一種可以在核爆炸裝置爆炸之前，就能夠將它發現的、更為靈敏的探測器，以及一種如果在已經發生爆炸的情況下，能以最快的速度判別核輻射的種類的裝置。當今世界局勢復雜，許多國家經常會遭遇恐怖分子的炸彈襲擊，我們必須要確定爆炸是否會造成核輻射，因此，在遭遇恐怖襲擊之后需要用核輻射探測儀器進行監測。以前的核輻射探測儀器是在發生了核爆炸之后才可發揮作用，而現在要求研制出一種應對核恐怖主義襲擊的維和行動的探測儀器。在1986年，切爾諾貝利事件說明了尤其要對較低的核輻射進行有效的監測并及時報警。除此之外，核輻射探測儀器迫切要面對另一個問題就是防止錯誤報告的上傳，即核輻射探測儀器必須要可以區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法監測出核裝置的輻射問題。

如今，最新的核輻射探測儀器是以傳統的G-M技術為基礎，如圖1所示，并與其他技術相結合。例如：加拿大SAIC公司生產的GR-135核輻射探測儀器的原理就是利用依托于G-M技術和其他探測儀器技術；而美國Canberra公司的InSpector1000多功能數字化γ譜儀，是一種將NaI閃爍探測儀器和G-M技術相結合的儀器，其能夠實現定量測量，并且能夠以最快的速度確定核輻射的種類。

GR-135核輻射探測儀器采用了4種探測技術，有測量范圍大、測量射線種類多等優點，能夠用最快的速度判斷核輻射種類。第一，該儀器用到的探測器包括NaI探測器、CZT探測器、鋰玻璃中子探測器以及寬量程G-M管探測器等；第二，GR-135譜儀的能譜技術為90cps/1MBq/137Cs@1m，最大值為65 000 cps，1 024道MCA，自動數字穩譜；第三，該儀器的能量范圍是20 keV～3.0 MeV；第四，GR-135譜儀的劑量率測量范圍是10 nSv/h～100 mSv/h；第五，GR-135譜儀具有4個預定義核素庫以及200種核素譜。

而另外一種InSpector1000γ譜儀則是采用了獨特的無源效率刻度的核素活度來進行定量測量工作，它能夠通過4種方式來測量常規的γ，其分別是劑量率測量、放射源尋找、實時核素γ識別以及采用獨有的無源效率刻度的核素活度定量測量。該儀器的技術特點如下：探測器包括NaI探測器和內置G-M管探測器，其能譜道數有4 096道，計數通過率大于50 kcps，時間設置在1秒到100 000 0 s之間。NaI探測器的能量范圍在50 keV～3 MeV之間，內置G-M管探測器的能量范圍在30 keV～1.4 MeV之間，其劑量率測量范圍在10 nSv/h～100 mSv/h或10 nSv～10 Sv之間。另外，該儀器有32個自定義核素庫，其中，每個核素庫有大約50種核素譜，每個譜又能夠設置64個感興趣區。

3 核輻射探測儀器和技術的改進與發展趨勢

3.1 虛擬化

在研究核輻射過程中最為重要的環節就是研究其圖像，運用該技術能提供操控模型平臺，不需要實物就能完成圖像的設計。我們可以通過引入虛擬模型作為操控處理平臺來避免由于探測方法不正確而引起的數據結果錯誤。因此，針對此類問題，需要總結核輻射探測技術的缺點，提出更為先進的技術方案。

3.2 精確化

虛擬模型為用戶所提供的平臺，實質上并不是正式的核輻射探測操作，而是在虛擬環境的條件下的圖像處理。所以，核輻射探測采用虛擬模型具有精確化的特點，防止在正式的操作中出現失誤，提高了核輻射圖像的質量。目前，3S技術是核輻射探測領域中的新技術，它具有先進性，能夠及時地發現核輻射的結構特點，為后期的工作提供了重要的依據。

3.3 模型化

核輻射探測是我國在發展核能的過程中必不可少的一部分，必須要使用最高端的科學技術對核輻射進行探測，才能保證工作能夠正常且安全的進行下去。通過圖像模型來探測核輻射，可以從根本上解決了以前對核輻射探測的不足。我們能夠通過數字模型，得到更加清晰、形象的圖像結果。

4 結語

由于目前人類對核能的需求日益擴大，越來越多的領域都將用到核能，但是風險也是一直存在的。由于我國和平利用核能的技術不斷進步，沿海核電站的數量將不斷提高，發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核電安全風險的關注，擁有核電站的國家紛紛采取各種應急措施加強對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和對核電事故風險的關注，在國際上探測技術方面的投資勢頭近期不會減弱。改進的探測方法必將改善部隊迅速應對襲擊、減少傷亡的能力。我們必須要改進核輻射的探測裝置，使其能夠及時監測到輻射是否出現異常，做好安全防護設施，這些都促使探測裝備和技術發展不僅要適用于戰場，而且要適用于第一救援現場這無論對社會環境還是人類的人身安全都有著巨大的現實意義。

參考文獻

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