CN106772527A - 固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置及校准方法，实现γ辐照装置的准确定位与远程控制调档。其技术方案为：校准装置包括γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块以及支撑调节模块，其中γ辐射源提供一个4π方向的辐射场，防护准直模块在校准时将4π方向的辐射场约束为准直辐射场，在非校准时将4π方向的辐射场均防护住，辐射调档模块位于防护准直模块的开口的正前方，用于调节辐射场强度，以实现预设空气比释动能率范围内的多点校准，同时改善辐射场均匀性，定位模块确定辐射源与待校准仪器之间的相对空间关系，支撑调节模块将γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块水平地固定于特定高度。

Description

固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及环境电离辐射监测领域，尤其涉及一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪的现场准装置及校准方法。

背景技术

核设施释放的放射性物质绝大部分会产生γ射线，核设施周边环境γ辐射水平可大致代表其放射性物质释放量的总体水平。实时响应、无间断的γ辐射剂量率在线监测可最为迅速地反映放射性物质释放量的变化情况，对于核设施日常运行辐射水平调查、核事故预警、核事故后续处理均具有重要意义。

在我国核电系统及辐射监测系统，固定式环境γ辐射剂量率监测仪已经被广泛应用于环境γ辐射剂量率的实时、连续监测。为保证测量结果的准确性与可靠性，普通的环境γ辐射剂量率可送至校准实验室的X、γ参考辐射场中完成校准，然而对于固定式环境γ辐射剂量率监测仪，拆卸送至校准实验室会带来较长时间的监测空档期，极大地破环监测的连续性，且反复的安装、拆卸易导致仪器故障，有必要在现场直接完成其校准。然而，目前国内外还缺乏一种行之有效的针对固定式环境γ辐射剂量率监测仪的现场校准装置及校准方法。

因此，研发一种量值准确、适用于固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准的校准装置，并研究建立科学规范的现场校准方法，有助于满足固定式环境γ辐射剂量率监测仪量值溯源的需求，促进环境γ辐射剂量率监测的开展，对于保障核电产业的健康发展，维护核安全具有重要社会意义与实用价值。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置及校准方法，实现γ辐照装置的准确定位与远程控制调档，减小场对操作人员的潜在辐射危害。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，包括γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块以及支撑调节模块，其中：

γ辐射源，提供一个4π方向的辐射场；

防护准直模块，在校准时将4π方向的辐射场约束为准直辐射场，在非校准时将4π方向的辐射场均防护住；

辐射调档模块，位于防护准直模块的开口的正前方，用于调节辐射场强度，以实现预设空气比释动能率范围内的多点校准，同时改善辐射场均匀性；

定位模块，确定辐射源与待校准仪器之间的相对空间关系；

支撑调节模块，将γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块水平地固定于特定高度。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，γ辐射源包括豁免源强度辐射源或者V类强度辐射源。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，防护准直模块由屏蔽材料制成，防护准直模块为球形，且在某一方向开口且开口可封闭。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，防护准直模块在关闭情况下，4π方向的辐射场均被防护准直模块屏蔽，球外任意防伪的剂量率控制在安全范围内；防护准直模块在打开情况下，4π方向的辐射场被约束为准直辐射场，准直方向外的辐射场被屏蔽，剂量率控制在安全范围内，准直方向内的辐射场用于校准仪器。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，辐射调档模块包括安装于一转盘上的不同厚度的辐射屏蔽板，通过转动转盘将不同厚度的辐射屏蔽板依次置于防护准直模块的开口正前方，以改变辐射场的强度。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，辐射屏蔽板以蒙特卡洛模拟为探索方法，通过优化设计成曲面型辐射屏蔽板，以改善剂量场均匀性。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，定位模块由至少一个激光测距仪和激光接收板组合而成，其中激光测距仪的发光点与γ辐射源位于同一平面，该平面与校准方向垂直，激光接收板固定于待校准仪器表面，且与理想校准方向垂直。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，支撑调节模块由三脚架配合伺服电机驱动的云台实现，能够调节装置的高度与角度。

根据本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的一实施例，校准装置还包括：

远程控制模块，以便实现远程操作校准装置。

本发明还揭示了一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的校准方法，固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的结构如权利要求1所述，校准方法包括：

在使用前，对校准装置在使用各种γ辐射源、各种辐射档位以及各种校准距离下的空气比释动能率参考值进行刻度，再以蒙特卡洛模拟方法，将不同条件下的刻度值扩展为刻度曲线，计算包括剂量均匀性、地面反散射因子的参数，以提高空气比释动能率参考值的准确性；

在使用过程中，将校准装置置于待校准仪器前，校准方向正对待校准仪器，利用定位模块测量数据调节校准装置的位置、高度与角度，然后打开防护准直模块开始校准，在校准期间通过调节辐射调档模块改变辐射场强度以实现多点校准，通过更换γ辐射源来改变辐射场射线能量，以实现能量响应校准。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：

1、利用放射源制备技术，研制微型γ辐射源，搭配开发防护准直模块、辐射调档模块、定位模块、支撑调节模块，集成开发便携式环境γ辐射剂量率现场校准装置，提供了一种可现场使用的环境γ辐射剂量率监测仪校准方法。

2、综合考虑相关法律法规限制、操作人员辐射安全、校准所需辐射场强度、校准距离、装置便携性等问题，以蒙特卡洛模拟为探索方法，优化设计放射源强度、防护准直模块尺寸等参数。

3、优化设计辐射屏蔽板曲面，在校准距离有限的现场条件下，极大地改善校准用辐射场的均匀性。

4、利用蒙特卡洛模拟方法，系统考虑由于地面反散射对校准带来的影响。

5、综合应用机械技术、微电子技术、自动控制技术、传感测试技术、以及软件编程技术等不同学科的技术，实现γ辐照装置的准确定位与远程控制调档，减小场对操作人员的潜在辐射危害。

附图说明

图1示出了本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的较佳实施例的示意图。

图2示出了本发明的校准装置中的防护准直模块的较佳实施例的示意图。

图3A和3B示出了本发明的校准装置中的辐射调档模块的较佳实施例的示意图。

图4示出了本发明的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的校准方法的较佳实施例的流程图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

为了能够设计出本发明的校准装置，γ空气比释动能(率)测量仪器的现场校准应该充分考虑以下因素：

1、首先，应能够提供一个校准用准直辐射场和一系列空气比释动能率参考值。这是校准的先决条件。

2、其次，应可以准确确定辐射源与待校准仪器之间的相对空间关系(包括距离与角度)。这是校准准确性的前提条件。

3、然后，校准装置应可以微调高度、角度，其支撑部件应对不同地形具有一定适应性。这是针对复杂校准现场的必要应对措施。

4、随后，校准过程应充分考虑地面散射及辐射场非均匀性等问题。这是进一步保证校准准确性的必要修正。

5、最后，校准装置应充分考虑放射源相关管理法规与条例以及操作人员辐射安全性，同时保证一定便携性。这将是校准工作得以顺利开展的基本保障。

基于上述因素本发明设计出了如图1所示的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的较佳实施例的示意图。请参见图1，本实施例的校准装置包括：γ辐射源1、防护准直模块2、辐射调档模块3、定位模块以及支撑调节模块5。

γ辐射源1提供一个4π方向的辐射场。γ辐射源1可由常见的⁶⁰Co、¹³⁷Cs或其它半衰期较长的γ放射性核素制备为点源或者近似点源的体源/面源，其放射性强度综合放射源管理法规与条例与校准的需要，较佳的(但不限于)取豁免源强度或者V类源强度。通过更换γ辐射源，可以改变辐射场的强度与射线能量。

防护准直模块2在校准时将4π方向的辐射场约束为准直辐射场，在非校准时将4π方向的辐射场均防护住。防护准直模块2由钨合金、铅或其它屏蔽性能良好的材料制成。较佳的(但不限于)制为球形，并在某个方向开口，开口可封闭，模块的材料与尺寸应充分考虑屏蔽效果与便携性。图2示出了防护准直模块2的一种具体实现，可以兼顾屏蔽效果与便携性，图2左边为钨制防护准直球的主体，图2右边为钨制防护准直球的盖。防护准直模块2关闭情况下，4π方向的辐射场均被防护准直器屏蔽，球外任意方位的剂量率可控制在安全范围内；防护准直模块2打开情况下，4π方向的辐射场被约束为准直辐射场，准直方向外的辐射场被屏蔽，剂量率可控制在安全范围内，准直方向内的辐射场可用于校准仪器。

辐射调档模块3位于防护准直模块的开口的正前方，用于调节辐射场强度，以实现预设空气比释动能率范围内的多点校准。通过优化辐射调档模块还可以改善辐射场均匀性。辐射调档模块3包含一系列不同厚度的辐射屏蔽板(如图1所示的辐射屏蔽板31a和31b)，不同辐射屏蔽板置于防护准直器开口正前方时，即可在γ辐射源前方同一距离处获得不同强度的辐射场。图3A和3B示出了辐射调档模块3的示意图，在本实施例中辐射调档模块3的构造是将不同厚度辐射屏蔽板31a～31c安装于一个转盘32上，转动转盘32可将不同厚度辐射屏蔽板31a～31c依次置于防护准直模块2开口正前方，从而改变辐射场的强度。由于现场校准条件限制，校准装置与待校准仪器7之间的距离往往受到限制，某些情况下需要控制在1m左右，此时剂量场的均匀性往往难以得到保证，本实施例以蒙特卡洛模拟为探索方法，通过优化设计曲面型辐射屏蔽板，可由有效改善剂量场均匀性。以配备7mm的钨屏蔽板的校准装置为例，钨屏蔽板无曲面设计的情况下，其1m远处φ400mm的剂量场内，剂量率最大差异可达15％，而采用优化设计的曲面，该值可降为2.5％(受限于加工技艺，否则可以调节至更低)。

定位模块确定γ辐射源1与待校准仪器7之间的相对空间关系。本实施例中的定位模块由若干个激光测距仪和激光接收板组合而成。例如，由三个朝向与校准方向一致的激光测距仪41a～41c和激光接收板42组成，激光测距仪发光点与辐射源位于同一平面，该平面与校准方向垂直。激光接收板42固定于待校准仪器7表面，且与理想校准方向垂直。当三个激光测距仪41a～41c与激光接收板42距离一致，校准方向符合理想校准方向，当该距离和理想情况下辐射源到待校准仪器7表面距离一致，剂量场强度即与理想值一致。

支撑调节模块5将γ辐射源1、防护准直模块2、辐射调档模块3、定位模块水平地固定于特定高度，且可以调节高度与角度，对复杂地形有一定适应性。本实施例中的支撑调节模块5由三脚架配合伺服电机驱动的定制云台实现。

较佳的，本实施例的校准装置还包括远程控制模块6，以便实现远程操作校准装置，尽可能缩短近距离操作该校准装置的时间。

上述实施例的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的校准方法如图4所示，其详细步骤如下。

步骤S1：在使用前，对校准装置在使用各种γ辐射源、各种辐射档位以及各种校准距离下的空气比释动能率参考值进行刻度，参考值可溯源自国家基准。

步骤S2：再以蒙特卡洛模拟方法，将不同条件下的刻度值扩展为刻度曲线，计算剂量均匀性、地面反散射因子等，以提高空气比释动能率参考值的准确性，并考虑环境因素可能带来的影响。

步骤S3：在使用过程中，将校准装置置于待校准仪器前，在空间条件允许及剂量率大小能满足校准需求的前提下，尽量远地放置校准装置。

步骤S4：校准方向正对待校准仪器，利用定位模块测量数据调节校准装置的位置、高度与角度，然后打开防护准直模块开始校准。

在校准期间可以通过调节辐射调档模块改变辐射场强度以实现多点校准，也可以通过更换γ辐射源来改变辐射场射线能量，以实现能量响应校准。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，包括γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块以及支撑调节模块，其中：

γ辐射源，提供一个4π方向的辐射场；

防护准直模块，在校准时将4π方向的辐射场约束为准直辐射场，在非校准时将4π方向的辐射场均防护住；

辐射调档模块，位于防护准直模块的开口的正前方，用于调节辐射场强度，以实现预设空气比释动能率范围内的多点校准，同时改善辐射场均匀性；

定位模块，确定辐射源与待校准仪器之间的相对空间关系；

支撑调节模块，将γ辐射源、防护准直模块、辐射调档模块、定位模块水平地固定于特定高度。

2.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，γ辐射源包括豁免源强度辐射源或者V类强度辐射源。

3.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，防护准直模块由屏蔽材料制成，防护准直模块为球形，且在某一方向开口且开口可封闭。

4.根据权利要求3所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，防护准直模块在关闭情况下，4π方向的辐射场均被防护准直模块屏蔽，球外任意防伪的剂量率控制在安全范围内；防护准直模块在打开情况下，4π方向的辐射场被约束为准直辐射场，准直方向外的辐射场被屏蔽，剂量率控制在安全范围内，准直方向内的辐射场用于校准仪器。

5.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，辐射调档模块包括安装于一转盘上的不同厚度的辐射屏蔽板，通过转动转盘将不同厚度的辐射屏蔽板依次置于防护准直模块的开口正前方，以改变辐射场的强度。

6.根据权利要求5所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，辐射屏蔽板以蒙特卡洛模拟为探索方法，通过优化设计成曲面型辐射屏蔽板，以改善剂量场均匀性。

7.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，定位模块由至少一个激光测距仪和激光接收板组合而成，其中激光测距仪的发光点与γ辐射源位于同一平面，该平面与校准方向垂直，激光接收板固定于待校准仪器表面，且与理想校准方向垂直。

8.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，支撑调节模块由三脚架配合伺服电机驱动的云台实现，能够调节装置的高度与角度。

9.根据权利要求1所述的固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置，其特征在于，校准装置还包括：

远程控制模块，以便实现远程操作校准装置。

10.一种固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的校准方法，其特征在于，固定式环境γ辐射剂量率监测仪现场校准装置的结构如权利要求1所述，校准方法包括：

在使用前，对校准装置在使用各种γ辐射源、各种辐射档位以及各种校准距离下的空气比释动能率参考值进行刻度，再以蒙特卡洛模拟方法，将不同条件下的刻度值扩展为刻度曲线，计算包括剂量均匀性、地面反散射因子的参数，以提高空气比释动能率参考值的准确性；

在使用过程中，将校准装置置于待校准仪器前，校准方向正对待校准仪器，利用定位模块测量数据调节校准装置的位置、高度与角度，然后打开防护准直模块开始校准，在校准期间通过调节辐射调档模块改变辐射场强度以实现多点校准，通过更换γ辐射源来改变辐射场射线能量，以实现能量响应校准。