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(jī)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(dá)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(shí)，搜尋過程中如何快速準(zhǔn)確地對(duì)放射源迅速定位和安全處置是應(yīng)急管理部門需要面對(duì)的一個(gè)重要問題。

關(guān)鍵詞：放射源;快速定位方法;比較

中圖分類號(hào)：F313

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

對(duì)交圓法和九點(diǎn)劑量率定位方法的原理進(jìn)行介紹，分析兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用性和實(shí)用性，并通過模擬放射源劑量場(chǎng)分布的方式對(duì)兩種方法進(jìn)行可行性和精準(zhǔn)性進(jìn)行驗(yàn)證，分析誤差原因并提出改進(jìn)策略和建議，在此基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比來驗(yàn)證改進(jìn)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(jì)算γ源的空氣比釋動(dòng)能率公式：

·K=AIk/r2

K為距離γ源r （m）處的空氣比釋動(dòng)能率，Gy/S

A為放射源的實(shí)時(shí)活度，Bq

Fk為γ放射性核素的空氣比釋動(dòng)能率常數(shù)，Gym2Bq-1S-1

注：實(shí)時(shí)活度A一般沒有相關(guān)信息，是通過計(jì)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(tái)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(shí)間

t2為實(shí)時(shí)時(shí)間（單位與半衰期時(shí)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(cè)對(duì)劑量率超過本底3倍的區(qū)域予以監(jiān)測(cè)。

步驟②：在劑量率響應(yīng)區(qū)域取得多點(diǎn)監(jiān)測(cè)劑量率值K，在已知核素類型和活度的前提下，就可以計(jì)算得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)為圓心r/A為半徑作圓，多次作圓直到多網(wǎng)交于一點(diǎn)，取此點(diǎn)位放射源定位坐標(biāo)。

步驟④：在自動(dòng)設(shè)定A的基礎(chǔ)上，自動(dòng)再增加一個(gè)初始值，對(duì)放射源坐標(biāo)進(jìn)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(jìn)行重復(fù)再定位。

1.1.3優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：①公式簡(jiǎn)單易于理解;②核素已知，相關(guān)變量容易獲取（常數(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(jiǎn)單常用。

缺點(diǎn)：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(duì)裸源計(jì)算而言，當(dāng)出現(xiàn)屏蔽時(shí)將會(huì)出現(xiàn)重大誤差，定位距離比實(shí)際距離要遠(yuǎn);③空間角度存偏差，計(jì)算模型已經(jīng)默認(rèn)為監(jiān)測(cè)探頭與源項(xiàng)在同一平面上，但實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)基本上都不在同一平面上，計(jì)算距離與實(shí)際存在誤差。

1.2九點(diǎn)劑量率定位法

1.2.1方法簡(jiǎn)介

有了輻射劑量?jī)x和編碼器的數(shù)據(jù)，僅憑一個(gè)點(diǎn)的劑量率數(shù)據(jù)無法判斷放射源的方位，需要多點(diǎn)測(cè)量，給出輻射場(chǎng)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(kù)，把測(cè)量的結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(cè)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(cè)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(jìn)一步證明放射源在坐標(biāo)（6，6）處。如果測(cè)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(gè)點(diǎn)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(diǎn)劑量率定位放射源法。那么，如何高效地測(cè)得9點(diǎn)的劑量率數(shù)據(jù)？

設(shè)計(jì)了如圖1所示的行走路線。如果劑量?jī)x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(shí)開始記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置和劑量率數(shù)據(jù)。以此時(shí)的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，按圖1所示的路線行走，依次前進(jìn)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(cè)量輻射劑量率。用Java語言編制了數(shù)據(jù)處理程序，輸入測(cè)量得到的9點(diǎn)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(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：①九點(diǎn)劑量監(jiān)測(cè)選取較繁瑣;②空間角度存偏差。

2綜合對(duì)比分析

通過對(duì)以上兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較和分析，得出以下結(jié)論：①九點(diǎn)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(xiàng)的大體距離（屏蔽條件下也可迅速接近），有利于九點(diǎn)劑量率定位法固定監(jiān)測(cè)位置的選取布點(diǎn)。③兩者只考慮了理論計(jì)算問題，均沒有考慮統(tǒng)計(jì)漲落、儀器噪聲的誤差影響。④未對(duì)源項(xiàng)三維定位給出誤差分析。

針對(duì)以上幾點(diǎn)，現(xiàn)嘗試提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施：①優(yōu)化九點(diǎn)布位，盡量避免跨度較小，優(yōu)先避開測(cè)量?jī)x器的漲落范圍。②以（1，1），（1，2） …，為起始點(diǎn)重復(fù)九點(diǎn)監(jiān)測(cè)，重復(fù)校正定位源項(xiàng)減少誤差。③監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別對(duì)四個(gè)不同方向進(jìn)行定點(diǎn)圓周監(jiān)測(cè)，盡量減少身體屏蔽和角度引起的偏差。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)置

利用轄區(qū)內(nèi)滄州師范學(xué)院的實(shí)驗(yàn)用源（Cs137，mCi級(jí)）設(shè)置實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證九點(diǎn)劑量率定位法的定位效果，分別進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)改進(jìn)措施前后的誤差進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)改進(jìn)措施的有效性。

實(shí)驗(yàn)一：實(shí)驗(yàn)設(shè)定情境：事先并不知道放射源的具體位置，監(jiān)測(cè)人員與記錄人員進(jìn)行平行線直線搜尋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)劑量?jī)x的劑量率開始增大，超出本底（60～90nGy/h）劑量率水平3倍時(shí)按照?qǐng)D1所示的路線行走（步長(zhǎng)就取1m），對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記同時(shí)記錄時(shí)間。通過對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，獲得放射源坐標(biāo)，然后與實(shí)際放射源源位置進(jìn)行比對(duì)。

實(shí)驗(yàn)二：按照實(shí)驗(yàn)一標(biāo)定的方位開始監(jiān)測(cè)，此次每一個(gè)點(diǎn)位分別在前后左右四個(gè)方向上進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，同時(shí)在（1，1）點(diǎn)為起始點(diǎn)重復(fù)九點(diǎn)的定位監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記同時(shí)記錄時(shí)間。通過對(duì)每點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較后分別以（0，0）（1，1）為起始點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，獲得兩個(gè)放射源坐標(biāo)，然后與實(shí)際放射源源位置進(jìn)行比對(duì)。

實(shí)驗(yàn)三：將步長(zhǎng)由1m調(diào)整為2m重復(fù)實(shí)驗(yàn)一、二，然后將定位坐標(biāo)分別予以對(duì)比。

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)置說明

實(shí)驗(yàn)一為基礎(chǔ)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)二在此基礎(chǔ)上將通過同點(diǎn)多向測(cè)量的方法初步解決儀器與源項(xiàng)射線方向的角度問題同時(shí)多點(diǎn)測(cè)量也會(huì)在一定程度上減小儀器統(tǒng)計(jì)誤差，增加準(zhǔn)確度;而將（1，1）點(diǎn)作為初始點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)再定位，目的也是通過多次測(cè)量減小誤差，達(dá)到精確定位的目的。

實(shí)驗(yàn)三目的是盡量?jī)?yōu)化九點(diǎn)的布位，若步長(zhǎng)太短相鄰兩點(diǎn)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(duì)差。

3.3預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

預(yù)期定位準(zhǔn)確度最高的應(yīng)為實(shí)驗(yàn)三中重復(fù)實(shí)驗(yàn)二的坐標(biāo)，定位精度相對(duì)較差的應(yīng)為實(shí)驗(yàn)一。

在通過實(shí)驗(yàn)的計(jì)算坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)對(duì)比并分析相對(duì)誤差的大小來驗(yàn)證改進(jìn)方法的有效性和可行性。

3.4注意事項(xiàng)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前一定要做好安全防護(hù)工作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)源的活度和核素利用公式一對(duì)劑量率邊界進(jìn)行初步估算，畫出安全距離，對(duì)四周進(jìn)行警戒，防止無關(guān)人員進(jìn)入產(chǎn)生誤照射。實(shí)驗(yàn)完成后要迅速將實(shí)驗(yàn)源進(jìn)行回收，并對(duì)周圍劑量率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張華明.放射源的制備技術(shù)及其應(yīng)用[J].同位素，2009，22（1）：54-59.

[2]園丁.什么是放射源，放射源有什么危害？[J].污染防治技術(shù)，2016（2）：58.

[3]邱玉會(huì)，樊樹明，賈建奇，等.由兩起放射事故談小型密封源的安全管理[J].中國(guó)輻射衛(wèi)生，2000（2）：93.

[4]戴瑜，趙福祥.關(guān)于輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)中非密封源工作場(chǎng)所的討論[J].中國(guó)輻射衛(wèi)生，2012，21（3）：314-315.

[5]潘強(qiáng)，張宏祥，彭元敏，等.放射源在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].四川環(huán)境，2012，31（3）：44-48.

[6]薛會(huì)，胡飛，劉鴻詩，等.關(guān)于γ相機(jī)在放射源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40（1）：121-123.

[7]亞太經(jīng)合組織同意促進(jìn)核能發(fā)展[J].中外能源，2010（9）：117.

[8]馬永和，徐秋靜.天然放射性在工農(nóng)業(yè)中的一些應(yīng)用[J].原子核物理評(píng)論，1992，9（4）：47-50.

[9]杜靜玲，趙志祥，劉文平，等.中國(guó)核技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].同位素，2018，31（3）：180-187.

[10]王乃彥.大力發(fā)展軍民兩用的核技術(shù)應(yīng)用為國(guó)防現(xiàn)代化和國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2004，18（1）：1-5.

作者簡(jiǎn)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(hù)與防護(hù)。