CN111179432A - 一种伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，采用激光三维扫描获得测量对象的云点模型，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型，然后利用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。通过适用本发明方法可以对任意材质的体源进行几何建模，并计算其效率刻度因子，实现对任意形状、任意材质的放射源的伽玛放射性活度测量，极大地拓展了伽玛谱仪的放射性活度测量能力。
Description
技术领域
本发明属于放射性同位素含量测量技术领域，特别涉及放射源中放射性同位素含量测量技术。
背景技术
利用伽玛能谱仪测量样品中的放射性同位素含量的一个关键步骤是获得效率刻度因子。获得效率刻度因子有两条技术途径，一是采用标准源，二是采用数值计算方法计算效率刻度因子，后者一般称为无源效率刻度。本发明属于无源效率刻度方法的范畴。
采用数值计算方法计算效率刻度因子，首先要对测量对象的几何形状和材质进行建模，然后利用蒙特卡罗方法或者数值积分方法计算效率刻度因子，其中数值计算方法要求几何建模必须是基于实体建模。一般地，无源效率刻度方法采用组合几何方式或者CAD方式进行几何建模，如美国CABERRA公司的无源效率刻度软件ISOCS，以及北京中智核安科技有限公司的无源效率刻度软件GammaCalib等，北京中智核安科技有限公司也曾提出专利CN201510212826.9一种伽玛探测器无源效率刻度方法。以上两种方式建模和专利CN201510212826.9对应的专利技术都适用于规则的几何体，对于类似于矿石、工艺品等非规则的几何体不能进行精确建模，并在此基础上进行效率刻度因子计算。由于这个问题，极大地限制了无源效率刻度方法的应用范围和现场放射性同位素活度的测量能力。
专利CN201310002223.7提出了一种用非对等标准样品刻度的伽马扫描测量方法，但是这种方法采用的对测量装置进行系统标定，包括建立测量装置的计算模型及建立采用非对等标准样品进行刻度的吸收校正因子kμ、能量校正因子kE；对测量装置进行刻度和对实际待测样品进行测量，但是采用该专利提供的方法，还需要一种刻度样品对不同核素活度进行测量，这种方法仍旧采用蒙特卡罗模拟方法解决，但是蒙特卡罗方法的计算效率低。
发明内容
本发明针对现有技术中对于类似于矿石、工艺品等非规则的几何体不能进行精确建模，进而无法进行效率刻度因子计算的技术问题。采用激光三维扫描获得测量对象的云点模型，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型，然后利用数值积分方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
为达到上述目的，本发明提供了一种伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，采用激光三维扫描获得测量对象的云点模型，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型，然后利用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
本发明中，激光三维扫描获得测量对象的云点模型是采用激光三维扫描技术通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标。
本发明中，测量对象的云点模型是采用激光三维扫描获得的云点数据，把实体离散成网格数据，利用网格数据逼近实体几何获得扫描样品的几何模型。
本发明中，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型是将激光三维扫描以后得到的云点包围的区域，通过足够小的立方体网格离散，逼近任意实体。对于每个立方体网格，用网格中心点代替该网格。
本发明中，被测量对象被转换成网格组成实体几何模型，然后用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
本发明采用激光三维扫描获得的云点数据，把实体离散成网格数据，利用网格数据逼近实体几何获得扫描样品的几何模型。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
通过适用本发明方法，可以对任意材质的体源进行几何建模，并计算其效率刻度因子，实现对任意形状、任意材质的放射源的伽玛放射性活度测量，极大地拓展了伽玛谱仪的放射性活度测量能力。
附图说明
图1为用立方体网格逼近实体计算效率刻度因子示意图。
图2 每个立方体单元无源效率刻度因子数值积分计算方法示意图。
图3无源效率刻度数值积分方法计算过程框图。
图4激光三维扫描建模的无源效率刻度方法的测量现场图。
图5激光三维扫描建模的无源效率刻度方法的测量过程图一。
图6激光三维扫描建模的无源效率刻度方法的测量过程图二。
图7激光三维扫描建模的无源效率刻度方法的测量结果图。
图2中1是源，2是探测器。
具体实施方式
下面结合附图1至附图7和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，但本发明装置不限于下述实施例。
实施例一：本发明伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法
本发明提供了一种伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，采用激光三维扫描获得测量对象的云点模型，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型，然后利用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
运行原理和计算方法进一步详细描述如下。
激光三维扫描技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标快速复建出被测目标的三维模型几何数据。激光三维扫描的精度可以达到亚毫米量级，用来计算效率刻度因子，精度是足够的，但是激光三维扫描获得的是实体表面的云点数据，不能直接用来进行光子输运计算，通过逆向工程可以转换成实体几何描述方式，但是逆向工程对于复杂的扫描对象仍然不成熟。本发明提出基于云点数据，把扫描对象离散成立方体网格，用立方体网格逼近实体，如说明书附图1所示。在立方体网格基础上进行光子输运计算，并获得效率刻度因子。
无源效率刻度本质上是计算光子在宏观介质中的运动过程和能量沉积，这个问题原则上可采用蒙特卡罗模拟方法解决。蒙特卡罗方法的计算效率低，例如当效率刻度因子为10-6时，需要模拟109个粒子，计算将花费很长时间。由于无源效率刻度计算的是特定能量光子的直穿能量沉积，在探测器以外如果发生了光子与物质的相互作用，则这个光子就不能进入伽玛能谱的全能峰，因此，在无源效率刻度计算中，探测器以外的部分是不需要采用蒙特卡罗抽样的，基于以上思想，提出了本发明无源效率刻度数值积分方法。
实施例二：本发明伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法
对于激光三维扫描以后得到的云点包围的区域，通过足够小的立方体网格离散，可以逼近任意实体。对于每个立方体网格，用网格中心点代替该网格，该点的效率刻度因子数值积分计算方法的原理如说明书附图2所示，计算过程如说明书附图3所示。
V为任意体源，dv为源V的一个微元，S1为探测器端面相对于dv所张区域， S2为探测器侧面相对于dv所张区域。假设源dv的能量为E的粒子的发射率为 τ×dv，τ为V中单位体积内向4π方向发射的能量为E的粒子的发射率。
令cos(ω)×φ为探测器端面对dv所张立体角，sin(ω)dω×dφ为cos(ω)×φ的微 分。设在sin(ω)dω×dφ立体角内从dv发射出的粒子，未经过能量损失到达探测器上表面，在探测器内的全能峰探测效率为feff(E,ω,φ)；设在sin(ω)dω×dφ立 体角内从dv发射出的粒子穿透屏蔽层(包括源的自吸收层)，且没有发生能量 损失的穿透率为fatt(E,ω,φ)。则源V发射出的能量为E的粒子在探测器端面的 探测效率为：
同理，设cos(ω')×φ'为探测器侧面对dv所张立体角，sin(ω')dω'×dφ'为cos(ω')×φ' 的无穷小量。则源V发射出的能量为E的粒子在探测器侧面的探测效率为：
探测器对源V的能量为E的粒子的探测效率为
从公式(1)、(2)中，fatt(E,ω,φ)由光子到达探测器的路径上经过的材料 路径长度和宏观截面决定，例如，在光子到达探测器前穿过了n种材料，穿过 每种材料的路径长度为li，i＝1,…,n，每种材料的宏观截面为Σi，i＝1,…,n。则
feff(E,ω,φ)由探测器表征计算的结果插值得到。这样，积分(1)和(2) 就可以计算。
数值积分方法把效率刻度因子的计算分为两部分，一是光子不经过相互作用直接到达探测器的概率，二是探测器对不同角度入射光子的探测效率。针对一个探测器，可以预先计算好对不同入射角度光子的探测效率，则效率刻度因子只需要数值积分就可以完成。
在预先计算不同角度入射光子探测效率基础上的数值积分方法是严格的方法，与蒙特卡罗方法相比，该方法只是把蒙特卡罗方法每次计算都要重复计算的部分，即探测器中的输运和能量沉积过程提前计算好。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于，采用激光三维扫描获得测量对象的云点模型，根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型，然后利用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
2.根据权利要求1所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：激光三维扫描获得测量对象的云点模型是采用激光三维扫描技术通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标。
3.根据权利要求2所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：测量对象的云点模型是采用激光三维扫描获得的云点数据，把实体离散成网格数据，利用网格数据逼近实体几何获得扫描样品的几何模型。
4.根据权利要求1所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：根据云点模型将测量对象转换成立方体网格模型是将激光三维扫描以后得到的云点包围的区域，通过足够小的立方体网格离散，逼近任意实体。
5.根据权利要求4所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：对于每个立方体网格，用网格中心点代替该网格。
6.根据权利要求5所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：被测量对象被转换成网格组成实体几何模型，然后用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。
7.根据权利要求1所述的伽玛放射性活度测量无源效率刻度方法，其特征在于：所述采用激光三维扫描获得的云点数据，把实体离散成网格数据，利用网格数据逼近实体几何获得扫描样品的几何模型。
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