CN104330815A - 空气比释动能约定真值测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检定或校准辐射防护领域。本发明解决了现有标准参考辐射场空间体积较大无法或难以移动导致现场和就地检定或校准较难的问题，提供了一种空气比释动能约定真值测定方法，其技术方案可概括为：建立小尺度参考辐射场，再选择合适的放射源及源强为屏蔽箱体提供入射射线，然后选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型，最后将待测仪器的探头置于检验点，记录伽玛谱仪测得的散射伽玛谱，导入预测模型，得到空气比释动能约定真值。本发明的有益效果是：结果准确，且所使用的参考辐射场尺寸很小，适用于空气比释动能约定真值的测定。

Description

空气比释动能约定真值测定方法
技术领域
本发明涉及检定或校准辐射防护领域，特别涉及空气比释动能(air kerma)约定真值的测定方法。
背景技术
测量伽玛射线剂量(率)、剂量当量(率)的仪器和仪表广泛应用于军事、国防和民用领域，是保障核设施、伽玛射线装置、工作人员和公众安全极为重要的工具盒手段，发挥着不可或缺的作用，为保证其性能和测量量值的准确可靠，我国计量法和相关法规规定需要定期对其进行检定或校准，属于强制检定的计量器具。
依据国标GB/T 12162.1-2000《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射-辐射特性及产生方法》，GB/T12162.2-2004《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射第2部分辐射防护用的能量范围为8keV～1.3MeV和4MeV～9MeV的参考辐射的剂量测定》，以及JJG393-2003《辐射防护用X和γ辐射剂量当量(率)仪和监测仪检定规程》的要求，对伽玛剂量(率)仪器仪表的检定和校准应在含由同位素放射源构成的次级标准参考辐射场的伽玛空气比释动能次级标准装置上进行。在检定和校准工作中，首先需用air kerma测量标准器具对次级标准参考辐射场进行校验，得到次级标准参考辐射场检验点处的air kerma约定真值；然后再将受检仪器仪表探头上的参考点按要求准确定位于次级标准参考辐射场中，测量并得到校准因子K：其中，为由标准器具测量或推算获得的次级标准参考辐射场实验点处的伽玛空气比释动能(率)，即该实验点处伽玛空气比释动能(率)的约定真值，为受检仪器仪表的示值。
在伽玛空气比释动能次级标准装置建立时，需要对剂量量值产生影响的参考辐射场尺寸、屏蔽墙壁和地面的散射、射线束的照射区域及辐射场的不均匀性等进行过科学设计、详细的实验测试和校正，检验建立的标准参考辐射是否符合要求。依据有关标准，满足上述要求的标准参考辐射场空间尺寸应不小于4m×4m×3m，且同位素放射源伽玛射线的剂量率应覆盖μGy/h至mGy/h范围。这样的标准参考辐射无论是体积，还是包括屏蔽建筑物等的重量都是无法移动的，这就导致了所有的伽玛射线辐射防护仪器仪表都必须送至固定地点的拥有标准参考辐射场的计量技术机构进行检定或校准。对于核电站反应堆和相关核设施上的辐射安全监督用仪器仪表由于无法或难以拆卸，至今没有科学的方法技术和合适的装置手段对其实施定期检定或校准，给辐射安全埋下了隐患。
对伽玛射线剂量测量仪器实现现场和就地检定或校准的途径之一就是将标准规定的至少4m×4m×3m的标准参考辐射场空间体积和重量缩小到便于移动，但是参考辐射场空间尺寸的缩小必然导致辐射场中散射成分的增加，使得小型化的参考辐射场中的散射射线的剂量贡献率超过5％，不符合现行标准的要求，影响仪器的相应，导致校准系数的偏离。
发明内容
本发明的目的就是克服目前标准参考辐射场空间体积较大无法或难以移动导致现场和就地检定或校准较难的缺点，提供一种空气比释动能约定真值测定方法。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立小尺度参考辐射场(MRR)，所述小尺度参考辐射场，包括边长尺寸不大于1.5米的屏蔽箱体，屏蔽箱体水平放置，其侧面设置有入射孔，用于入射射线的入射，在屏蔽箱体内，入射射线的射线方向上，设置有检验点，屏蔽箱体上表面还具有测试孔，能够通过测试孔将待检仪器仪表的探头放入屏蔽箱体并使探头上的参考点与检验点相重合，屏蔽箱体内还设置有剂量特征点，垂直于入射孔与检验点的连线的一个包含检验点的平面，将屏蔽箱体分割为两部分，剂量特征点位于屏蔽箱体中靠近入射孔的那部分，且不被入射射线直接照射的位置，伽玛谱仪设置在屏蔽箱体内，其探头上的参考点与剂量特征点重合，且固定于屏蔽箱体内；
步骤2、选择合适的放射源及源强为屏蔽箱体提供入射射线；
步骤3、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型；
步骤4、将待测仪器的探头置于检验点，记录伽玛谱仪测得的散射伽玛谱，导入预测模型，得到空气比释动能约定真值。
具体的，步骤3包括以下具体步骤：
步骤31、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本；
步骤32、测量未放置实验样本时检验点的空气比释动能约定真值，再将实验样本的探头的参考点置于检验点上，采用传递仪器法测量得到检验点的空气比释动能约定真值，以及通过伽玛谱仪获取剂量特征点的伽玛能谱；
步骤33、采用主元分析方法根据伽玛能谱获取剂量特征值；
步骤34、采用支持向量机的方法回归获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型。
进一步的，步骤32包括以下具体步骤：
步骤32A、将标准石墨空腔电离室置于检验点处，测量入射射线束强度为Vj时检验点处的空气比释动能约定真值，记为Kj’；
步骤32B、将第i个实验样本的探头的参考点置于检验点处，设置入射射线束强度为Vj，记录该实验样本的读数Rij及通过伽玛谱仪获得此时剂量特征点的伽玛能谱Sij；
步骤32C、将该实验样本放置在标准参考辐射场中寻找其读数等于Rij的点，该点对应的空气比释动能约定真值即为检验点的空气比释动能约定真值Kij；
步骤32D、将x个实验样本的探头的参考点依次放置在检验点中，在y种源强条件下重复步骤32A至步骤32C，得到x×y组Kij、Sij和Kj’数据，用于得到函数关系Kij＝f1(Sij,Kj’)的模型构建。
具体的，步骤33包括以下步骤：
步骤33A、将所获取的每一个Sij按照一定的能量间隔ΔE离散获得同散射伽玛射线能量对应的计数率ηijn数组，并构建以散射伽玛射线能量为研究对象的计数率的n维向量aij；
步骤33B、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种源强条件下的实验，构建散射伽玛能谱计数率数据矩阵样本Φ(x×y)×n；
步骤33C、采用主元分析方法求n维向量aij的主成分，得到n维向量aij的主成分向量为Ψij＝Tn×m T·aij,m≤n，所述Tn×m T是指Tn×m的转置，Tn×m指代由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的前m个特征向量组成的得分矩阵；
步骤33D、得到Ψij与Sij存在函数关系Ψij＝f2(Sij)，则得到Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]。
再进一步的，步骤33A中，所述一定的的能量间隔ΔE是指：
ΔE＝1500/(128×2z)keV，0≤z≤4,z取整数。
具体的，步骤33C包括以下具体步骤：
步骤33C1、由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的n个特征值λ1≥λ2≥……≥λn≥0，及相应的特征向量t1,…,tm,…tn；
步骤33C2、得到主成分的得分矩阵为Tn×m＝(t1,…,tm)，其中，m由式确定，δm≥85％；
步骤33C3、得到n维向量aij的主成分向量为Ψij＝Tn×m T·aij，m≤n，Tn×m T是指Tn×m的转置。
再进一步的，步骤34包括以下步骤：
步骤34A、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种Vj条件下的实验，获得数据矩阵样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)，采用支持向量机回归方法获得Kij的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)。
具体的，步骤34A中，所述采用支持向量机回归方法获得Kij的预测模型f3(Ψij,Kj’)的具体方法为：训练回归预测模型所选择的核函数为径向基核，核函数的参数通过交叉验证的方法确定，建立模型时，将数据样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)按照一定的比例分配给训练集与测试集，当测试误差不大于5％时，结束训练，确定预测模型为Kij＝f3(Ψij,Kj’)。
再进一步的，所述一定的比例是指训练集与测试集的比例大于等于1:1。
具体的，步骤4包括以下步骤：
步骤41、将待测仪器的探头的参考点置于检验点；
步骤42、选择合适的放射源置于同位素放射源容纳装置，调节衰减器获得测量的入射射线束强度Vj；
步骤43、使用伽玛谱仪测量此时的散射伽玛谱，并将该散射伽玛谱数据导入建立的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]＝f1(Sij,Kj’)，得到检验点处的空气比释动能约定真值。
本发明的有益效果是，上述空气比释动能约定真值测定方法，采用小尺度参考辐射场，由于建立预测模型即Kij＝f1(Sij,Kj’)时，本发明方法使用了PCA方法合理地提取了MRR中伽玛剂量测量仪器探头(实验样本)以及散射伽玛谱表征的剂量特征信息，同时极大地减少了参与建模的伽玛谱的数据量，提高了建模和预测的计算速度，本发明选择了适合于小样本条件下的多元线性回归方法SVM，使得所建立的预测模型兼容性好，建立的模型对放射源和探测器类型具有良好的推广预测能力，模型的兼容性好，预测结果准确，成功地解决了小尺度参考辐射和探测器对辐射场扰动导致的复杂的散射伽玛射线对MRR检验点空气比释动能约定真值测定的干扰，测得的空气比释动能约定真值同国标GB/T 12162.1-2000、GB/T 12162.2-2004和JJG393-2003等效，因而适用于上述标准规定的辐射防护伽玛射线剂量(率)和剂量当量(率)仪器和仪表的检定或校准。使用本发明的方法可以设计和制造重量和体积适合于移动的撬装式、车载式、手推式或其他移动式的伽玛射线辐射防护仪器仪表检定或校准的装置和设备，用于各类伽玛射线剂量测量仪器和安全监督仪表使用现场的检定和校准。
附图说明
图1为本发明实施例中小尺度参考辐射场的结构示意图；
图2为本发明实施例中伽玛剂量仪BH3103A在MMR中时特征剂量点出的散射伽玛能谱图；
图3为本发明实施例中特征剂量点散射伽玛能谱主成分线性组合系数示意图。
其中，1为屏蔽箱体，2为待检仪器仪表，3为入射射线，4为放射源，5为测试孔，6为检验点，7为剂量特征点，8为入射孔，9为伽玛谱仪。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述的空气比释动能约定真值测定方法为：首先建立小尺度参考辐射场(MRR)，该小尺度参考辐射场包括屏蔽箱体及伽玛谱仪，屏蔽箱体水平放置，其侧面设置有入射孔，用于入射射线的入射，在屏蔽箱体内，入射射线的射线方向上，设置有检验点，屏蔽箱体上表面还具有检验孔，能够通过检验孔将待检仪器仪表的探头上的参考点与检验点相重合，屏蔽箱体内还设置有剂量特征点，垂直于入射孔与检验点的连线的一个包含检验点的平面，将屏蔽箱体分割为两部分，剂量特征点位于屏蔽箱体中靠近入射孔的那部分，且不被入射射线直接照射的位置，伽玛谱仪设置在屏蔽箱体内，其探头上的参考点与剂量特征点重合，且固定于屏蔽箱体内；然后选择合适的放射源为屏蔽箱体提供入射射线，再选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型，最后在测试时：将待测仪器的探头置于检验点，记录伽玛谱仪测得的散射伽玛谱，导入预测模型，得到空气比释动能约定真值。
实施例
本例中小尺度参考辐射场(MRR)，其结构示意图如图1所示，包括边长尺寸不超过1.5米的屏蔽箱体1及伽马谱仪9，屏蔽箱体1水平放置，其侧面设置有入射孔8，用于入射射线3的入射，在屏蔽箱体1内，入射射线3的射线方向上，设置有检验点6，屏蔽箱体1上表面还具有测试孔5，能够通过测试孔5将待检仪器仪表2的探头放入屏蔽箱体1并使探头上的参考点与检验点6相重合，屏蔽箱体1内还设置有剂量特征点7，垂直于入射孔8与检验点6的连线的一个包含检验点6的平面，将屏蔽箱体1分割为两部分，剂量特征点7位于屏蔽箱体1中靠近入射孔8的那部分，且不被入射射线3直接照射的位置，伽玛谱仪9设置在屏蔽箱体1内，其探头上的参考点与剂量特征点7重合，且固定于屏蔽箱体1内。
本例中，屏蔽箱体1可以为截面尺度为1米的立方体，例如为尺度为1m×1m×1m的正方体，其形状也可以为长方体或其他形状，具体尺寸由使用目的所允许的MRR总重量确定。入射孔8可以位于屏蔽箱体侧面中心位置，检验点6也可以位于屏蔽箱体的几何中心，剂量特征点7一般都位于屏蔽箱体1内底部。
使用时，具体方法如下：
步骤1、建立上述小尺度参考辐射场装置。
步骤2、选择合适的放射源及源强为屏蔽箱体提供入射射线。
步骤3、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型。
本步骤包括以下具体步骤：
步骤31、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，该选择的多个伽玛射线剂量测量仪器可以分别为型号为BH3103A、FJ317E、SSM-1、FD-3013B、CIT-2000FX·γ、Inspector1000和Canberra Radiagem2000的伽玛射线剂量测量仪器；
步骤32、测量未放置实验样本时检验点的空气比释动能约定真值，再将实验样本的探头的参考点置于检验点上，采用传递仪器法测量得到检验点的空气比释动能约定真值，以及通过伽玛谱仪获取剂量特征点的伽玛能谱，具体方法如下：
步骤32A、将标准石墨空腔电离室置于检验点处，测量入射射线束强度为Vj时检验点处的空气比释动能约定真值，记为Kj’；
步骤32B、将第i个实验样本的探头的参考点置于检验点处，设置入射射线束强度为Vj，记录该实验样本的读数Rij及通过伽玛谱仪获得此时剂量特征点的伽玛能谱Sij；
步骤32C、将该实验样本放置在标准参考辐射场中寻找其读数等于Rij的点，该点对应的空气比释动能约定真值即为检验点的空气比释动能约定真值Kij；
步骤32D、将x个实验样本的探头的参考点依次放置在检验点中，在y种Vj条件下重复步骤32A至步骤32C，得到x×y组Kij、Sij和Kj’数据，得到其函数关系Kij＝f1(Sij,Kj’)；
步骤33、采用主元分析方法根据伽玛能谱获取剂量特征值，具体方法如下：
步骤33A、将所获取的每一个Sij按照一定的能量间隔ΔE离散获得同散射伽玛射线能量对应的计数率ηijn数组，并构建以散射伽玛射线能量为研究对象的计数率的n维向量aij；这里，一定的的能量间隔ΔE是指ΔE＝1500/(128×2z)keV，z为大于等于0小于等于4的整数；
步骤33B、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种Vj条件下的实验，构建散射伽玛能谱计数率数据矩阵样本Φ(x×y)×n；
步骤33C、采用主元分析方法求n维向量aij的主成分，得到n维向量aij的主成分向量Ψij＝Tn×m T·aij，m≤n，所述Tn×m T是指Tn×m的转置，Tn×m指代由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的前m个特征向量组成的得分矩阵。具体方法如下：
步骤33C1、由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的n个特征值λ1≥λ2≥……≥λn≥0，及相应的特征向量t1,…,tm,…tn；
步骤33C2、主成分的得分矩阵为Tn×m＝(t1,…,tm)，其中，m由式确定，δm≥85％；
步骤33C3、n维向量aij的主成分向量Ψij＝Tn×m T·aij，m≤n，Tn×m T是指Tn×m的转置；
步骤33D、得到Ψij与Sij存在函数关系Ψij＝f2(Sij)，则得到Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]；
步骤34、采用支持向量机的方法回归获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型，具体方法如下：
步骤34A、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种Vj条件下的实验，获得数据矩阵样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)，采用支持向量机回归方法获得Kij的预测模型f3(Ψij,Kj’)，具体方法为：训练回归预测模型所选择的核函数为径向基核，核函数的参数通过交叉验证的方法确定，建立模型时，将数据样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)按照一定的比例分配给训练集与测试集，当测试误差不大于5％时，结束训练，确定预测模型为Kij＝f3(Ψij,Kj’)，这里，一定的比例是指训练集与测试集的比例大于等于1:1。
步骤4、将待测仪器的探头置于检验点，记录伽玛谱仪测得的散射伽玛谱，导入预测模型，得到空气比释动能约定真值。
本步骤包括以下具体步骤：
步骤41、将待测仪器的探头的参考点置于检验点；
步骤42、选择合适的放射源置于同位素放射源容纳装置，调节衰减器获得测量的入射射线束强度Vj；
步骤43、使用伽玛谱仪测量此时的散射伽玛谱，并将该散射伽玛谱数据导入建立的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]＝f1(Sij,Kj’)，得到检验点处的空气比释动能约定真值。
还可以包括以下步骤：
结合待测仪器的读数Rij，获得校准因子ω＝Kij/Rij。
也可以通过切换不同能量的放射源，使用上述方法获得待检仪器仪表的能量响应特性；或通过旋转待检仪器仪表的探头，获得待检仪器仪表的角度响应的数据，还可以实现JJG393-2003中规定的其他检定项目。
具体举例如下：
本实施例的放射源4选用放射性同位素源137Cs为小尺度参考辐射(MRR)提供射线源，并构建用于伽玛射线辐射防护仪器校准用的校准装置，其结构如图1所示。按照辐射防护的要求，选择适当厚度的铅、钨合金等材料制造屏蔽箱体，保证装置在使用时的人员安全。
屏蔽箱体1的形状为立方体，边长为1m，其几何中心设置为检验点12。屏蔽箱体1靠近辐射器(放射源4)的侧面几何中心处设置有直径为120mm的入射孔8，用于伽玛射线的入射，垂直于入射孔8与检验点6的连线的一个包含检验点6的平面，将屏蔽箱体1分割为两部分，剂量特征点7位于屏蔽箱体1底部中心线上的靠近入射孔8的那部分，距离检验点6在底部的投影点100mm；屏蔽箱体1顶部设置直径为200mm的测试孔5，用于放入待检仪器2的探头；选用Canberra公司的Inspector1000便携式伽玛谱仪测量箱体内的散射伽玛射线谱，将该伽玛谱仪9探头的参考点对准屏蔽箱体1底部的剂量特征点7位置，固定伽玛谱仪9的探头。
137Cs同位素放射源的活度为1Ci，由其通过辐射器等装置4为屏蔽箱体1提供入射射线束3，射线束3的衰减倍数依放射源的源强和待检仪器仪表的量程进行调节。根据常用伽玛射线剂量(率)和剂量当量(率)测量仪的量程范围调节衰减器的倍数得到5个实验用源强Vj,(j＝1,2,…,5)，其剂量率范围为(65μGy/h～1.25mGy/h)。
按照本例所述方法开展实验并获得检验点6处空气比释动能(air kerma)约定真值预测模型，具体实施步骤为：
A步骤
将PTW-32005标准石墨空腔电离室放置在屏蔽箱体的检验点6处，测量源强为Vj时检验点6处的air kerma值Kj’；
B步骤
选择常用的伽玛射线剂量(率)仪器BH3103A、FJ317E、SSM-1、FD-3013B、CIT-2000FX·γ、Inspector1000(含IPRON-3和IPROS-2两种探头)和Canberra Radiagem2000共计9种不同类型的仪器作为样本供实验，依次编号为1,2，…，9，即i＝1,…,9。
C步骤
将上述1号仪器的探头垂直放置在屏蔽箱体中，探头上的参考点同检验点6重合。依次切换源强Vj进行测量，记录下1号仪器的读数R1j，以及Inspector1000记录的伽玛谱S1j。图2为1号仪器在屏蔽箱体中和五种源强Vj下的散射伽玛谱S1j。
D步骤
将1号仪器放置在中国工程物理研究院电离辐射计量站的“γ射线空气比释动能(防护水平)测量标准”的标准辐射场中寻找读数为R1j的点P1j。根据标准辐射场的现有参数获得P1j点处的air kerma约定真值，该值就是步骤C中在源强Vj下、第1号仪器探头放置在屏蔽箱体检验点6处时，屏蔽箱体检验点6处的air kerma约定真值K1j。
E步骤
将2至9号仪器的探头分别放置在屏蔽箱体中的检验点6处，在5个Vj的条件下重复上述步骤C和步骤D，就可以得到45组Kij、Sij和Kj’数据。它们之间存在的函数关系Kij＝f1(Sij,Kj’)，也就是本发明方法中的预测待检仪器探头在屏蔽箱体中检验点6处air kerma约定真值的数学预测模型。
F步骤
将Sij按照能量间隔3keV离散，获得同散射伽玛射线能量对应的512个计数率ηijn的数组。根据的Sij特征，为减小计算的数据量，取特征明显的前250个计数率作为有效数据，并构建以散射伽玛射线能量为研究对象的计数率的250维向量aij；然后通过9种伽玛剂量(率)仪的探头在5种源强Vj条件下的实验数据，构建散射伽玛能谱计数率数据矩阵样本Φ45×250；采用主元分析(PCA)的方法求250维45个向量aij的主成分，即首先由Φ45×250获得其协方差矩阵ξ250×250，进而求得协方差矩阵ξ250×250的250个特征值λ1≥λ2≥……≥λ250≥0，以及相应的特征向量t1,…,tm,…tn。主成分的得分矩阵为T250×m＝(t1,…,tm)，其中m由式确定。250维向量aij的主成分得分矩阵为Tn×m＝(t1,…,tm)，m≤n。当δm取90％时，m＝2。2个主成分得分向量t1,t2线性组合系数如图3所示。
G步骤
根据步骤F，可得到Ψij与Sij存在函数关系Ψij＝f2(Sij)。用Ψij代替Sij，可将步骤E中的仿真预测模型Kij＝f1(Sij,Kj’)简化为Kij＝f3(Ψij,Kj’)。并可获得在5种不同放射源强Vj条件下，9种伽玛射线剂量(率)仪器通过实验可以获得数据矩阵样本(Kij,Ψij,Kj’)45×(m+2)。
H步骤
基于实验获得的数据矩阵样本(Kij,Ψij,Kj’)45×(m+2)，本实施例采用最小二乘支持向量机(LS-SVM，SVM的一种改进形式)回归的方法，获得Kij的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)。
预测模型的训练在Windows7系统下的Matlab软件平台下进行，Matlab软件的版本为2012a。调用平台中的最小二乘支持向量机工具箱(LS-SVMlab Toolbox User’s Guide version1.5)，选择径向基函数作为模型的核函数，核函数的参数σ2与正规化参数c通过L-fold交叉验证法确定。设置L＝10，并将数据样本(Kij,Ψij,Kj’)45×(m+2)按6:3的比例分配给训练集与测试集，当测试误差≤5％时，停止训练。最终得到Kij的预测模型为Kij＝F[(Ψij,Kj’),(Ψ’,K”)]’×α+b，式中F为核函数，α、b为模型的参数，Ψij、Kj’分别为待检仪器介入屏蔽箱体时的能谱Sij的主成分向量和该源强下无探头介入时屏蔽箱体检验点的air kerma值。Ψ’,K”为用于模型训练的能谱主成分向量样本数据以及无探头介入时屏蔽箱体中检验点的air kerma样本数据。结合函数Ψij＝f2(Sij)，模型可表示为Kij＝F[(f2(Sij),Kj’),(Ψ’,K”)]’×α+b，即Kij＝f1(Sij,Kj’)。
应用本发明对一台待检的BH3103A伽玛射线剂量率仪2进行校准时，首先将BH3103A的探头放入屏蔽箱体中，使探头的参考点同MRR的检验点6重合；根据BH3103A的量程，通过选择衰减器等方式确定合适的放射源源强Vj，使BH3103A的读数位于校准量程的中点附近，记录伽玛谱仪9测得的散射伽玛谱，并提取谱数据的主成分向量Ψij导入建立的预测模型Kij＝F[(Ψij,Kj’),(Ψ’,K”)]’×α+b，即可获得此条件MRR检定点6处的air kerma约定真值Kij为91.27μGy/h，同时5个仪器读值的平均值为89.82μGy/h，依据公式获得校准因子，从而实现对该仪器仪表的校准。
上述实施例只是实现本发明的一种示例，实现本发明的方式还可以有多种。如小尺度参考辐射MRR的形状不仅限于立方体，长方体等其他形状的MRR都不影响本发明的效果，只要通过屏蔽箱体将伽玛射线引入并限制在一个小的密闭空间内的方法都是本发明的实现方式；如检验点和剂量特征点的位置，也不限于实施例中的位置，只要他们在MRR中，且能实现权利要求规定的目的，也不影响本发明的效果；如建立MRR检验点air kerma约定真值预测模型的Kij＝f1(Sij,Kj’)的SVM方法，由于SVM方法存在多种形式，且该方法正在快速发展之中，实施SVM回归的方式不仅限于本实施例中使用的最小二乘支持向量机LS-SVM，其他的如采用SMO算法的SVM、C-SVM、v-SVM等皆可以实现本发明建立MRR检验点air kerma约定真值预测模型的Kij＝f1(Sij,Kj’)的目的。
除了本实施例采用一枚137Cs铯源实现对伽玛射线剂量(率)仪器仪表的校准之外，也可以同时采用137Cs、241Am、60Co源和本发明介绍的方法获得伽玛射线剂量(率)仪器仪表的能量响应和角度响应等指标。还可以采用X射线机作射线源和本发明方法，用于对伽玛和X射线射线剂量(率)仪器仪表的检定和校准。
尽管本发明的内容已经通过上述优选的实施方案作了详细介绍，但应当认识到上述介绍不应被认为是对本发明的限制。当具有专业知识和技能的人员在阅读了上述内容后，对本发明的多种修改、代替和规避都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立小尺度参考辐射场，所述小尺度参考辐射场，包括边长尺寸不大于1.5米的屏蔽箱体，屏蔽箱体水平放置，其侧面设置有入射孔，用于入射射线的入射，在屏蔽箱体内，入射射线的射线方向上，设置有检验点，屏蔽箱体上表面还具有测试孔，能够通过测试孔将待检仪器仪表的探头放进屏蔽箱并使探头上的参考点与检验点相重合，屏蔽箱体内还设置有剂量特征点，垂直于入射孔与测试孔的连线的一个包含测试孔的平面，将屏蔽箱体分割为两部分，剂量特征点位于屏蔽箱体中靠近入射孔的那部分，且不被入射射线直接照射的位置，伽玛谱仪设置在屏蔽箱体内，其探头上的参考点与剂量特征点重合，且固定于屏蔽箱体内；
步骤2、选择合适的放射源及源强为屏蔽箱体提供入射射线；
步骤3、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本，获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型；
步骤4、将待测仪器的探头置于检验点，记录伽玛谱仪测得的散射伽玛谱，导入预测模型，得到空气比释动能约定真值。
2.如权利要求1所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤3包括以下具体步骤：
步骤31、选择多个伽玛射线剂量测量仪器作为构建预测模型的实验样本；
步骤32、测量未放置实验样本时检验点的空气比释动能约定真值，再将实验样本的探头的参考点置于检验点上，采用传递仪器法测量得到检验点的空气比释动能约定真值，以及通过伽玛谱仪获取剂量特征点的伽玛能谱；
步骤33、采用主元分析方法根据伽玛能谱获取剂量特征值；
步骤34、采用支持向量机的方法回归获得检验点的空气比释动能约定真值的预测模型。
3.如权利要求2所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤32包括以下具体步骤：
步骤32A、将标准石墨空腔电离室置于检验点处，测量入射射线束强度为Vj时检验点处的空气比释动能约定真值，记为Kj’；
步骤32B、将第i个实验样本的探头的参考点置于检验点处，设置入射射线束强度为Vj，记录该实验样本的读数Rij及通过伽玛谱仪获得此时剂量特征点的伽玛能谱Sij；
步骤32C、将该实验样本放置在标准参考辐射场中寻找其读数等于Rij的点，该点对应的空气比释动能约定真值即为检验点的空气比释动能约定真值Kij；
步骤32D、将x个实验样本的探头的参考点依次放置在检验点中，在y种Vj条件下重复步骤32A至步骤32C，得到x×y组Kij、Sij和Kj’数据，用于得到函数关系Kij＝f1(Sij,Kj’)的模型构建。
4.如权利要求3所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤33包括以下步骤：
步骤33A、将所获取的每一个Sij按照一定的能量间隔ΔE离散获得同散射伽玛射线能量对应的计数率ηijn数组，并构建以散射伽玛射线能量为研究对象的计数率的n维向量aij；
步骤33B、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种Vj条件下的实验，构建散射伽玛能谱计数率数据矩阵样本Φ(x×y)×n；
步骤33C、采用主元分析方法求n维向量aij的主成分，得到n维向量aij的主成分向量为Ψij＝Tn×m T·aij,m≤n，所述Tn×m T是指Tn×m的转置，Tn×m指代由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的前m个特征向量组成的得分矩阵；
步骤33D、得到Ψij与Sij存在函数关系Ψij＝f2(Sij)，则得到Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]。
5.如权利要求4所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤33A中，所述一定的的能量间隔ΔE是指：ΔE＝1500/(128×2z)keV，0≤z≤4,z取整数。
6.如权利要求4所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤33C包括以下具体步骤：
步骤33C1、由Φ(x×y)×n获得其协方差矩阵ξn×n，求得协方差矩阵ξn×n的n个特征值λ1≥λ2≥……≥λn≥0，及相应的特征向量t1,…,tm,…tn；
步骤33C2、得到主成分的得分矩阵为Tn×m＝(t1,…,tm)，其中，m由式确定，δm≥85％；
步骤33C3、得到n维向量aij的主成分向量为Ψij＝Tn×m T·aij，m≤n，Tn×m T是指Tn×m的转置。
7.如权利要求6所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤34包括以下步骤：
步骤34A、通过步骤32D中x种实验样本的探头在y种Vj条件下的实验，获得数据矩阵样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)，采用支持向量机回归方法获得Kij的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)。
8.如权利要求7所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤34A中，所述采用支持向量机回归方法获得Kij的预测模型f3(Ψij,Kj’)的具体方法为：训练回归预测模型所选择的核函数为径向基核，核函数的参数通过交叉验证的方法确定，建立模型时，将数据样本(Kij,Ψij,Kj’)(x×y)×(m+2)按照一定的比例分配给训练集与测试集，当测试误差不大于5％时，结束训练，确定预测模型为Kij＝f3(Ψij,Kj’)。
9.如权利要求8所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，所述一定的比例是指训练集与测试集的比例大于等于1:1。
10.如权利要求8或9所述的空气比释动能约定真值测定方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤：
步骤41、将待测仪器的探头的参考点置于检验点；
步骤42、选择合适的放射源置于同位素放射源容纳装置，调节衰减器获得测量的入射射线束强度Vj；
步骤43、使用伽玛谱仪测量此时的散射伽玛谱，并将该散射伽玛谱数据导入建立的预测模型Kij＝f3(Ψij,Kj’)＝f3[f2(Sij),Kj’]＝f1(Sij,Kj’),得到检验点处的空气比释动能约定真值。
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