CN107797132A - 一种三维辐射场剂量的反演方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维辐射场剂量的反演方法,该反演方法包括下列步骤:S1、空间网格化;S2、网格节点辐射剂量值测算;S3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理;S4、水平面内网格线内部辐射剂量值插值处理;S5、竖直方向辐射剂量值插值处理。在放射源未知的情况下,通过测量辐射场内的少量数据,运用插值算法及理论,反演出整个辐射场的辐射剂量情况,从而解决辐射场反演的现实问题。本发明无需对空间区域进行大量布点测量,根据稀疏数据即可实现辐射场的反演,工作量小,测量快速,简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测技术领域,具体涉及一种三维辐射场剂量的反演 方法。
背景技术
发展依赖于能源的支持,核能在未来能源结构中正备受青睐。在2016 年,世界各国签订《巴黎协定》,这也成为核能进一步发展的促进因素。 未来,核能很有可能成为世界上很多国家的能源发展选择。
对于辐射防护监控及其他与辐射相关的研究课题,辐射场的构建是一 个不可回避的问题。现如今,辐射场问题多是通过正演公式计算得到辐射 场。对于未知放射源的辐射场反演问题,国内外的报道甚少。2015年1月, 罗文、宋英明等基于Monte Carlo方法进行了《核设施退役作业场景动态 三维辐射场模拟计算与可视化》的研究,但该研究进行的辐射场构建基于 大量布点。在辐射空间内进行大量布点探测,工作量大,操作效率低,且 与实际操作状态不符。另外,如果减少布点数量,则会造成辐射场构建的 严重失真。随着核能事业的发展,建立合理的辐射场又是所必须进行的研 究。
鉴于此,有必要发明一种三维辐射场剂量的反演方法。在放射源未知 的情况下,通过测量辐射场内的少量数据,运用插值算法及理论,反演出 整个辐射场的辐射剂量情况,从而解决辐射场反演的现实问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷,提供一种三维辐射 场剂量的反演方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
一种三维辐射场剂量的反演方法,所述的反演方法包括下列步骤:
S1、空间网格化,将所要反演的辐射场空间网格化,先按一定距离分 成粗网格;
S2、网格节点辐射剂量值测算,测算粗网格节点处辐射剂量值并记录;
S3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理,将同一水平面内的网格 看作一个整体进行处理,使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂 量值;
S4、水平面内网格内部辐射剂量值插值处理,使用网函数插值算法计 算网格内部辐射剂量值;
S5、竖直方向辐射剂量值插值处理,利用经过上述步骤后所有测算的 数据,使用网格线上的插值算法和网格内部网函数插值算法,计算竖直方 向缺失的辐射剂量值。
进一步地,所述的步骤S3中使用网格线上的插值算法计算网格线上 的辐射剂量值具体包括:
S301、根据比释动能率公式其中,A为放射源活度,Γκ 为比释动能率常数,R为距放射源距离,可知剂量函数f(x)∝1/R2,R为关于 x的函数,进行变换g(x)=1/f(x)后,g(x)为关于x的二次多项式函数;
S302、将所有粗网格节点处的辐射剂量值取倒数处理,得到粗网格节 点处函数值g(xi),i=1,2……N为节点顺序;
S303、对于同一网格线上相邻三个粗网格节点Pi,Pi+1,Pi+2进行二次插 值,过点(xi,g(xi))和点(xi+1,g(xi+1))任意做一条抛物线pi:y=Fi(x),交直线 x=xi+2于点Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2));
S304、过点(xi+1,g(xi+1))和点(xi+2,g(xi+2))任意做一条抛物线pi+1:y=Fi+1(x),交直线x=xi于点Pi′(xi,Fi+1(xi));
S305、过三点Pi′(xi,Fi+1(xi)),Pi+1(xi+1,g(xi+1)),Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2))做一条抛物线pi+2:y=Fi+2(x);
S306、F(x)=Fi(x)+Fi+1(x)-Fi+2(x)即为三个粗网格节点间的插值函数;
S307、剂量函数f(x)=1/F(x),即取倒数后获得辐射剂量值。
进一步地,所述的步骤S4中使用网函数插值算法计算网格内部辐射 剂量值具体包括:
S401、剂量函数f(x,y)∝1/R2,R为距放射源的距离,且为关于x和y的 函数;进行变换g(x,y)=1/f(x,y)后,g(x,y)变为关于x和y的二变元二次多项 式函数;
S402、对网线线上的辐射剂量值取倒数处理;
S403、对任意一矩形网格,假设四个顶点为P1(x0,y0),P2(x1,y0),P3(x1,y1) 和P4(x0,y1),(x0<x1,y0<y1)。对其内任意一点Q(x,y),在网格边上的投影点 为Q1(x,y0),Q2(x1,y),Q3(x,y1),Q4(x0,y),可得如下三式:
S404、网格内插值函数为G(Q)=G1(Q)+G2(Q)-G3(Q),根据此公式将所 有网格内的值补充完整;
S405、对所得插值取倒数得到剂量函数值,完成对网格内剂量值的插 值处理。
进一步地,所述的步骤S1中空间网格化的网格边长根据实际情况进 行调整,且不宜过大。
进一步地,所述的步骤S2用于得到经过探测和计算后粗网格节点处 的辐射剂量值。
进一步地,所述的步骤S3、步骤S4以及步骤S5的插值处理过程,都 需要对粗网格进行更加精细的划分,形成包含于粗网格的细网格,在细网 格节点处进行插值过程。
进一步地,所述的步骤S5中竖直方向辐射剂量值插值处理,用于完成 各个水平面内的插值计算后,按照所述的步骤S3和步骤S4中的方式对竖 直方向的网格线和网格面进行数据插值填充,将整个辐射场数据补充完整。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)本发明所使用的网格线上的插值理论,在保证节点附近有良好近 似性的同时,调整非节点附近范围内的偏差,整个插值算法可令人满意。
(2)本发明对网格内部所使用的网函数插值算法,在网格线上的数值 准确的情况下,可实现对网格内插值的零偏差;在保证网格线上插值偏差 不大的情况下,可接受网格内插值存在的允许偏差。
(3)本发明无需对空间区域进行大量布点测量,根据稀疏数据即可实 现辐射场的反演,工作量小,测量快速,简单易行。
附图说明
图1是本发明公开的一种三维辐射场剂量的反演方法的流程步骤图;
图2(a)是本发明中空间网格化的原理示意图;
图2(b)是本分明中空间网格化示意图的俯视图;
图3是本发明网格线上插值算法的说明简图;
图4是本发明网格内部插值算法的说明简图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本 发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示,本发明提供一种辐射场剂量的反演方法,包括如下步骤:
S1、空间网格化,将所要反演的辐射场空间网格化,先按一定距离分 成粗网格。
S2、网格节点辐射剂量值测算,测算粗网格节点处辐射剂量值并记录。
S3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理,将同一水平面内的网格 看作一个整体进行处理,使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂 量值。
S4、水平面内网格内部辐射剂量值插值处理,使用网函数插值算法计 算网格内部辐射剂量值。
S5、竖直方向辐射剂量值插值处理,利用经过上述步骤后所有测算的 数据,使用网格线上的插值算法和网格内部网函数插值算法,计算竖直方 向缺失的辐射剂量值。
如图2(a)所示为步骤S1空间网格化的原理示意图,已经示出空间 内部水平方向和竖直方向的网格化情况,图2(b)为俯视视角下的网格化 情况,而图2(b)左下角的网格情况是对粗网格所进行的进一步细化的样 本。网格边长根据实际情况可以进行调整,粗网格边长较大,细网格边长 较小。粗网格处节点数据需经探测得到,细网格处数据需经插值算法计算 获得。
步骤S2的主要目的在于得到经过探测和计算后粗网格节点处的辐射 剂量值。
步骤S3-S5的插值处理过程,都需要对粗网格进行更加精细的网格划 分,形成包含于粗网格的细网格,在细网格节点处进行插值过程,而不必 在整个面上所有地方进行插值计算。这种计算思想和计算机运算的思想是 一致的。
如图3所示为步骤S3说明图,网格线上的插值算法步骤如下:
S301、根据比释动能率公式其中,A为放射源活度,Γκ 为比释动能率常数,R为距放射源距离,可知剂量函数f(x)∝1/R2,R为关于 x的函数。进行变换g(x)=1/f(x)后,g(x)为关于x的二次多项式函数。
S302、将所有粗网格节点处的辐射剂量值取倒数处理,得到粗网格节 点处函数值g(xi),i=1,2……N为节点顺序。
S303、对于同一网格线上相邻三个粗网格节点Pi,Pi+1,Pi+2进行二次插 值,过点(xi,g(xi))和点(xi+1,g(xi+1))任意做一条抛物线pi:y=Fi(x),交直线 x=xi+2于点Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2))。
S304、过点(xi+1,g(xi+1))和点(xi+2,g(xi+2))任意做一条抛物线pi+1:y=Fi+1(x),交直线x=xi于点Pi′(xi,Fi+1(xi))。
S305、过三点Pi′(xi,Fi+1(xi)),Pi+1(xi+1,g(xi+1)),Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2))做一条抛物线pi+2:y=Fi+2(x)
S306、F(x)=Fi(x)+Fi+1(x)-Fi+2(x)即为三个粗网格节点间的插值函数。
S307、剂量函数f(x)=1/F(x),即取倒数后获得辐射剂量值。
如图4所示为步骤S4说明图,网函数插值算法步骤如下:
S401、剂量函数f(x,y)∝1/R2,R为距放射源的距离,且为关于x和y的 函数;进行变换g(x,y)=1/f(x,y)后,g(x,y)变为关于x和y的二变元二次多项 式函数。
S402、对网线线上的辐射剂量值取倒数处理。
S403、对任意一矩形网格,假设四个顶点为P1(x0,y0),P2(x1,y0),P3(x1,y1) 和P4(x0,y1),(x0<x1,y0<y1)。对其内任意一点Q(x,y),在网格边上的投影点 为Q1(x,y0),Q2(x1,y),Q3(x,y1),Q4(x0,y)。可得如下三式:
S404、网格内插值函数为G(Q)=G1(Q)+G2(Q)-G3(Q),根据此公式将所 有网格内的值补充完整。
S405、对所得插值取倒数得到剂量函数值,完成对网格内任一点剂量 值的插值处理。
步骤S5竖直方向辐射剂量值插值处理,目的在于完成各个水平面内 的插值计算后,按照所述步骤S3和S4所述方式对竖直方向的网格线和网 格面进行数据插值填充,将整个辐射场数据补充完整。
综上所述,上述公开的三维辐射场剂量的反演方法,可在放射源未知 的情况下,通过测量辐射场内的少量数据,运用插值算法及理论,反演出 整个辐射场的辐射剂量情况,从而解决辐射场反演的现实问题。该反演方 法无需对空间区域进行大量布点测量,根据稀疏数据即可实现辐射场的反 演,工作量小,测量快速,简单易行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上 述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改 变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的反演方法包括下列步骤:
S1、空间网格化,将所要反演的辐射场空间网格化,先按一定距离分成粗网格;
S2、网格节点辐射剂量值测算,测算粗网格节点处辐射剂量值并记录;
S3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理,将同一水平面内的网格看作一个整体进行处理,使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂量值;
S4、水平面内网格内部辐射剂量值插值处理,使用网函数插值算法计算网格内部辐射剂量值;
S5、竖直方向辐射剂量值插值处理,利用经过上述步骤后所有测算的数据,使用网格线上的插值算法和网格内部网函数插值算法,计算竖直方向缺失的辐射剂量值。
2.根据权利要求1所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S3中使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂量值具体包括:
S301、根据比释动能率公式其中,A为放射源活度,Γκ为比释动能率常数,R为距放射源距离,可知剂量函数f(x)∝1/R2,R为关于x的函数,进行变换g(x)=1/f(x)后,g(x)为关于x的二次多项式函数;
S302、将所有粗网格节点处的辐射剂量值取倒数处理,得到粗网格节点处函数值g(xi),i=1,2……N为节点顺序;
S303、对于同一网格线上相邻三个粗网格节点Pi,Pi+1,Pi+2进行二次插值,过点(xi,g(xi))和点(xi+1,g(xi+1))任意做一条抛物线pi:y=Fi(x),交直线x=xi+2于点Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2));
S304、过点(xi+1,g(xi+1))和点(xi+2,g(xi+2))任意做一条抛物线pi+1:y=Fi+1(x),交直线x=xi于点Pi′(xi,Fi+1(xi));
S305、过三点Pi′(xi,Fi+1(xi)),Pi+1(xi+1,g(xi+1)),Pi+2′(xi+2,Fi(xi+2))做一条抛物线pi+2:y=Fi+2(x);
S306、F(x)=Fi(x)+Fi+1(x)-Fi+2(x)即为三个粗网格节点间的插值函数;
S307、剂量函数f(x)=1/F(x),即取倒数后获得辐射剂量值。
3.根据权利要求2所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S4中使用网函数插值算法计算网格内部辐射剂量值具体包括:
S401、剂量函数f(x,y)∝1/R2,R为距放射源的距离,且为关于x和y的函数;进行变换g(x,y)=1/f(x,y)后,g(x,y)变为关于x和y的二变元二次多项式函数;
S402、对网线线上的辐射剂量值取倒数处理;
S403、对任意一矩形网格,假设四个顶点为P1(x0,y0),P2(x1,y0),P3(x1,y1)和P4(x0,y1),(x0<x1,y0<y1)。对其内任意一点Q(x,y),在网格边上的投影点为Q1(x,y0),Q2(x1,y),Q3(x,y1),Q4(x0,y),可得如下三式:
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S404、网格内插值函数为G(Q)=G1(Q)+G2(Q)-G3(Q),根据此公式将所有网格内的值补充完整;
S405、对所得插值结果取倒数得到剂量函数值,完成对网格内剂量值的插值处理。
4.根据权利要求1所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S1中空间网格化的网格边长根据实际情况进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S2用于得到经过探测和计算后粗网格节点处的辐射剂量值。
6.根据权利要求1所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S3、步骤S4以及步骤S5的插值处理过程,都需要对粗网格进行更加精细的划分,形成包含于粗网格的细网格,在细网格节点处进行插值过程。
7.根据权利要求1所述的一种三维辐射场剂量的反演方法,其特征在于,所述的步骤S5中竖直方向辐射剂量值插值处理,用于完成各个水平面内的插值计算后,按照所述的步骤S3和步骤S4中的方式对竖直方向的网格线和网格面进行数据插值填充,将整个辐射场数据补充完整。
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