CN108982809A - 一种土壤放射性测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤放射性测量方法及系统，涉及放射性探测领域，能够有效的增加剂量分析的结果的精度，大幅减少测量时间。一种土壤放射性测量方法,包括:将土壤样品筛选出土壤颗粒；将土壤颗粒与无水乙醇、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机研磨30分钟，得到泥浆；将泥浆用旋涂机在PE薄膜基底上涂上三层薄膜，置于样品盒内，将样品盒干燥完成后进行真空密封，密封后得到测试样本；智能分析台对测试样本进行批量测试，得到能谱；利用土壤放射性智能分析算法对能谱进行计算，得到土壤放射性的结果。本发明采用了自动化测试流程，可以进行无人作业，大幅提升了测试效率；并且优化的放射性活度计算算法，使得核素的活度值更加精确。

Description

一种土壤放射性测量方法及系统
技术领域
本发明涉及放射性探测领域，尤其涉及一种土壤放射性测量方法及系统。
背景技术
随着核技术应用范围的逐渐拓宽，放射性元素的使用越来越普遍，例如中子等具有活化能力的粒子带来一些放射性污染。对于核设施周围，例如大型核电站的周围的土壤的放射性监测对于人类健康与生态环境安全的至关重要。另外，由于安全防护措施的滞后常常会导致土壤的放射性污染。
目前对于土壤的放射性活度分析主要采用放射化学方法、等离子体质谱仪(ICP-MS)、便携式X-γ剂量率仪、高分辨半导体γ能谱仪、NaI(T1)γ能谱仪和HPGe-γ能谱仪等技术。但由于土壤放射性需要监测的范围广，样品数量巨大，土壤放射性活度相对较低，目前土壤放射性活度分析还存在由于定位不精确导致的测量精度低，人工换样导致工作效率低，误差大，检测时间长，从而进一步导致样品取样数量不足等问题。严重影响到土壤放射性活度分析的精确性和时效性。
发明内容
本发明提供一种土壤放射性测量方法及系统，采用优化算法方法结合自动定位测试系统，能够有效的增加剂量分析的结果的精度，大幅减少测量时间。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种土壤放射性测量方法,包括:
S1、将土壤样品用振动筛选机筛选出小于3mm的土壤颗粒；
S2、将土壤颗粒按照质量分数3:1：0.1与无水乙醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机研磨30分钟，得到泥浆；
S3、将泥浆用旋涂机在PE薄膜基底上涂上三层薄膜，置于样品盒内，将样品盒置于真空烘箱中干燥24h，温度100摄氏度，干燥完成后进行真空密封，密封后静置30天后得到测试样本；
S4、智能分析台对测试样本进行批量测试，利用高纯锗能谱仪测量得到能谱；
S5、利用土壤放射性智能分析算法对能谱进行计算，得到土壤放射性的结果。
进一步的，土壤放射性智能分析算法包括：
S51、核素种类为j，j为正整数，探测到的γ能谱为：
M为能窗计算率,M1，M2…Mj为j种核素分别对应的能窗计算率,A为能窗对第j种核素的响应系数,A1，A2…..Aj为一组随机向量，将随机向量标记为初始值，将随机向量复制a份后进行标号，并且按照1：b的比例分为两组，分别标记为S组和G组，同时设定随机向量的偏差值区间，a正整数，b为正数。偏差值区间的设定应该与分组的比列成分(1：b)有关，具体的设定数值与具体的实验有关。
S52、将随机向量代入探测得到的能谱函数计算得到随机向量的偏差值：
S53、随机向量的向量值即为随机向量的组值,若随机向量的组值落在S组的区间,判断随机向量属于S组,若随机向量的组值落在G组的区间,判断随机向量属于G组；
S54、当组值属于S组时，将随机向量复制c份，并对各个随机向量加一个扰动值，得到新的向量，计算新的向量的偏差值，在新的向量中选择偏差值最小的一组向量值来计算得出最优解；
S55、当组值属于G组时，将组值对应的随机向量中偏差值最小的解记为(d)Mbest，每个组值有一个变化速度值，变化速度值为：Xi＝{xi 1+xi 2…..+xi L}，每组值根据公式：
是偏差值最小的向量值的第d个分量，c是一个常量，r为值在0-1之间的变量；
以及公式
对各个组值进行更新；
S56、依据S组或者G组的计算规则，计算得到随机向量偏差值的最优值，当满足S54和S55的求解过程时，得到优化解，否则循环执行S54-S55。
进一步的，批量测试包括：
将测试样本置于样品盘内，置于智能分析台上；
设定第一个测试样本的坐标值为(x,y,z)，在依次确定其他测试样本的位置；
使用水平仪调整智能分析台处于水平状态，机械臂移动到预设位置后，机械臂Z轴中心的激光定位器先对准中心定位孔，再按照顺时针方式依次对准六个定位孔，对起始位置进行首次校准；
位置校准后，开始测量测试样本，机械爪抓取测试样本的样品盒，移动至低本底自动化铅室内，对测试样本进行精确放置后，开启条码扫描仪对测试样本条码进行扫描，扫描成功后处理软件从数据库调取改条码对应的测试样本信息；
铅室盖自动关闭后，高纯锗能谱仪开始测量，24小时后完成测试后计算机再对测量到的谱数据进行分析，分析完成后进入下一个测试循环。
本发明还提供了一种土壤放射性测量系统，包括：伽马能谱探测系统，系统控制主机，PLC运动控制组件，四轴运动控制模组，样品盘，低本底自动化铅室，条形码扫描仪，铝合金型材骨架和不锈钢机柜。
进一步的，伽马能谱探测系统包括HPGe，能谱仪和液氮罐。
进一步的，四轴运动控制模组包括X轴、Y轴、Z轴机械臂和机械夹爪，X轴、Y轴、Z轴机械臂为IAI的一体化防尘运动模组，定位精度达到0.02mm。
进一步的，的Z轴机械臂中心包含一个激光定位器，用于精确定位起始坐标点，,激光定位器包括一个聚光用的凸透镜，用于使光斑减小，减少定位误差。
进一步的，样品盘根据测试样本的尺寸数量定制，样品盘的制作公差小于0.01mm，样品盘上有一组定位孔。
进一步的，定位孔为一组六个环形孔和一个中心孔组成，孔制造公差小于0.0005mm。运动模组进行定位时，先对中心孔进行首次定位，调整后，按照顺时针顺序依次对每个孔进行定位。
本发明的有益效果在于：(1)IAI的一体化防尘运动模组的机械臂对样品进行快速准确抓取，采用激光定位，避免了人眼定位的精度不高，需要反复调试的缺点。密闭的测试空间也保证了样品不被污染；(2)自动化测试流程，可以进行无人作业，大幅提升了测试效率；(3)采用了优化的放射性活度计算算法，使得核素的活度值更加精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明中测试系统的结构示意图，图中(a)为正视图，(b)为左视图；
图2为样品盘示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种土壤放射性测量方法,包括:
S1、将采集到的2kg土壤样品用振动筛选机筛选出小于3mm的土壤颗粒；
S2、将土壤颗粒按照质量分数3:1：0.1与无水乙醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机研磨30分钟，得到泥浆；
S3、将泥浆用旋涂机在与样品盘内圆相同大小的PE薄膜基底上涂上三层薄膜，厚度为1mm，经过编号后，贴好条形码，置于样品盒内。将样品盒置于真空烘箱中干燥24h，温度100摄氏度，干燥完成后进行真空密封，密封后静置30天后得到测试样本，即可用于放射性活动测试。
S4、智能分析台对测试样本进行批量测试，利用高纯锗能谱仪测量得到能谱。
将测试样本置于75x70mm的样品盘内，依次放在4*4的样品盘上，将样品盘置于智能分析台上；
设定第一个测试样本的坐标值为(57.5mm,55mm,0)，再依次确定其他测试样本的位置；
开启电源，使用水平仪调整智能分析台处于水平状态，机械臂移动到预设位置后，机械臂Z轴中心的激光定位器先对准中心定位孔，再按照顺时针方式依次对准六个定位孔，对起始位置进行首次校准；
位置校准后，开始测量测试样本，机械爪抓取测试样本的样品盒，移动至低本底自动化铅室内，对测试样本进行精确放置后，开启条码扫描仪对测试样本条码进行扫描，扫描成功后处理软件从数据库调取改条码对应的测试样本信息；
铅室盖自动关闭后，高纯锗能谱仪开始测量，24小时后完成测试后计算机再对测量到的谱数据进行分析，分析完成后进入下一个测试循环。
S5、利用土壤放射性智能分析算法对能谱进行计算，得到土壤放射性的结果。
其中，土壤放射性智能分析算法包括：
S51、核素种类为5，探测到的γ能谱为：
M为能窗计算率,M1，M2…Mj为j种核素分别对应的能窗计算率,A为能窗对第j种核素的响应系数,A1，A2…..Aj为一组随机向量，将随机向量标记为初始值，将随机向量复制a份后进行标号，并且按照1：b的比例分为两组，分别标记为S组和G组，同时设定随机向量的偏差值区间，a正整数，b为正数。
S52、将随机向量代入探测得到的能谱函数计算得到偏差值：
S53、随机向量的向量值即为随机向量的组值,若随机向量的组值落在S组的区间,判断随机向量属于S组,若随机向量的组值落在G组的区间,判断随机向量属于G组；
S54、当组值属于S组时，将随机向量复制10份，并对各个随机向量加一个扰动值，得到新的向量，计算新的向量的偏差值，选择偏差值最小的一组向量值；
S55、当组值属于G组时，将偏差值最小的解记为(d)Mbest，每个组值有一个变化速度值，变化速度值为：Xi＝{xi1+xi2…..+xiL}，每组值根据公式：
是偏差值最小的向量值的第d个分量，c为2.63，r为值在0-1之间的变量；
根据
对各个组值进行更新；
S56、依据S组或者G组的计算规则，计算得到随机向量最优值的偏差值，当满足条件时，得到优化解，否则循环执行S54-S55。
进一步的，批量测试包括：
本实施例提供了一种土壤放射性测量系统，如图1所示，包括：伽马能谱探测系统，系统控制主机，PLC运动控制组件，四轴运动控制模组，样品盘，低本底自动化铅室，条形码扫描仪，铝合金型材骨架和不锈钢机柜。
伽马能谱探测系统包括HPGe，能谱仪和液氮罐。
四轴运动控制模组包括X轴、Y轴、Z轴机械臂和机械夹爪，X轴、Y轴、Z轴机械臂为IAI的一体化防尘运动模组，定位精度达到0.02mm。
Z轴机械臂中心包含一个激光定位器，用于精确定位起始坐标点，,激光定位器包括一个聚光用的凸透镜，用于使光斑减小，减少定位误差。
样品盘，如图2所示，根据测试样本的尺寸数量定制，样品盘的制作公差小于0.01mm，样品盘上有一组定位孔。定位孔为一组六个环形孔和一个中心孔组成，孔制造公差小于0.0005mm。运动模组进行定位时，先对中心孔进行首次定位，调整后，按照顺时针顺序依次对每个孔进行定位。
在实际使用过程中，根据测试样品量不同可以选择不同的样品盘和测试时间。
本发明的有益效果在于：(1)IAI的一体化防尘运动模组的机械臂对样品进行快速准确抓取，采用激光定位，避免了人眼定位的精度不高，需要反复调试的缺点。密闭的测试空间也保证了样品不被污染；(2)自动化测试流程，可以进行无人作业，大幅提升了测试效率；(3)采用了优化的放射性活度计算算法，使得核素的活度值更加精确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种土壤放射性测量方法,其特征在于,包括:
S1、将土壤样品用振动筛选机筛选出小于3mm的土壤颗粒；
S2、将土壤颗粒按照质量比3:1：0.1与无水乙醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机研磨30分钟，得到泥浆；
S3、将泥浆用旋涂机在PE薄膜基底上涂上三层薄膜，置于样品盒内，将样品盒置于真空烘箱中干燥24h，温度100摄氏度，干燥完成后进行真空密封，密封后静置30天后得到测试样本；
S4、智能分析台对测试样本进行批量测试，利用高纯锗能谱仪测量得到能谱；
S5、利用土壤放射性智能分析算法对能谱进行计算，得到土壤放射性的结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤放射性智能分析算法包括：
S51、核素种类为j，j为正整数，探测到的γ能谱为：
M为能窗计算率,M1，M2…Mj为j种核素分别对应的能窗计算率,A为能窗对第j种核素的响应系数,A1，A2…..Aj为一组随机向量，将随机向量标记为初始值，将随机向量复制a份后进行标号，并且按照1：b的比例分为两组，分别标记为S组和G组，同时设定随机向量的偏差值区间，a正整数，b为正数；
S52、将随机向量代入探测得到的能谱函数计算得到随机向量的偏差值：
S53、随机向量的向量值即为随机向量的组值,若随机向量的组值落在S组的区间,判断随机向量属于S组,若随机向量的组值落在G组的区间,判断随机向量属于G组；
S54、当组值属于S组时，将组值对应的随机向量复制c份，并对组值对应的随机向量加一个扰动值，得到新的向量，计算新的向量的偏差值，在新的向量中选择偏差值最小的一组向量值来计算得出最优解；
S55、当组值属于G组时，将组值对应的随机向量中偏差值最小的解记为(d)Mbest，每个组值有一个变化速度值，变化速度值为：Xi＝{xi 1+xi 2…..+xi L}，每组值根据公式：
是偏差值最小的向量值的第d个分量，c是一个常量，r为值在0-1之间的变量；
以及公式
对各个组值进行更新；
S56、依据S组或者G组的计算规则，计算得到随机向量偏差值的最优值，当满足S54和S55的求解过程时，得到优化解，否则循环执行S54-S55。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述批量测试包括：
将所述测试样本置于样品盘内，置于所述智能分析台上；
设定第一个测试样本的坐标值为(x,y,z)，再依次确定其他所述测试样本的位置；
使用水平仪调整所述智能分析台处于水平状态，机械臂移动到预设位置后，机械臂Z轴中心的激光定位器先对准中心定位孔，再按照顺时针方式依次对准六个定位孔，对起始位置进行首次校准；
位置校准后，开始测量所述测试样本，机械爪抓取所述测试样本的样品盒，移动至低本底自动化铅室内，对所述测试样本进行精确放置后，开启条码扫描仪对所述测试样本条码进行扫描，扫描成功后处理软件从数据库调取改条码对应的所述测试样本信息；
铅室盖自动关闭后，高纯锗能谱仪开始测量，24小时后完成测试后计算机再对测量到的谱数据进行分析，分析完成后进入下一个测试循环。
4.一种土壤放射性测量系统，其特征在于，包括：伽马能谱探测系统，系统控制主机，PLC运动控制组件，四轴运动控制模组，样品盘，低本底自动化铅室，条形码扫描仪，铝合金型材骨架和不锈钢机柜。
5.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述伽马能谱探测系统包括HPGe，能谱仪和液氮罐。
6.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述四轴运动控制模组包括X轴、Y轴、Z轴机械臂和机械夹爪，X轴、Y轴、Z轴机械臂为IAI的一体化防尘运动模组，定位精度达到0.02mm。
7.根据权利要求6中所述的系统，其特征在于，所述的Z轴机械臂中心包含一个激光定位器，用于精确定位起始坐标点，所述激光定位器包括一个聚光用的凸透镜。
8.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述样品盘根据所述测试样本的尺寸数量定制，所述样品盘的制作公差小于0.01mm，所述样品盘上有一组定位孔。
9.根据权利要求8中所述的系统，其特征在于，所述定位孔为一组六个环形孔和一个中心孔组成，孔制造公差小于0.0005mm。
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