无人/载人航空器辐射监测探测器性能参量研究

【类型】学位论文

【作者】龚春慧 

【关键词】 核事故应急 航空辐射监测 蒙特卡罗方法 最小可探测活度

【摘要】核安全是核电发展的生命线,近年来核电产业的快速发展对我国核安全工作提出了更高要求。为及时获取核事故发生后空间区域内的放射性环境状况,需要采用航空飞行器进行空中定点、定时的高精度辐射探测测量；同时,IAEA也指出采用航空测量技术进行环境监测和辐射测量是紧急应对类似日本福岛核电站事故的重大核事故的一个必要也是必须的手段。因此,为满足核事故发生后的辐射环境航空监测需求,本文针对无人航空器和载人航空器两种不同使用平台,开展不同类型辐射探测器性能参量的研究工作。本文的主要研究工作有：1)理论分析并确定了航空辐射监测条件下,基于自由程理论的γ射线有效探测距离参量。其中140La (1.5962MeV)γ射线的有效探测距离为1050m,此参量为本文后续研究工作构建有效辐射场模型提供了重要理论依据。同时,针对粒子输运蒙特卡罗计算的方差问题,分别探讨了二次源、俄罗斯轮盘赌、强制碰撞等减方差技巧,并提出了等质量厚度方法用于辐射场模型建立。2)研究可应用于无人航空器核应急辐射监测的三种不同类型小晶体探测器(NaI、LaBr3、HPGe)性能参量。首先,计算得到各类探测器有效探测效率随辐射场源半径的变化规律；有效探测效率最大值基本稳定在源半径500m处,从而验证了基于自由程理论计算有效探测距离的可行性。然后,对三种探测器的能量分辨率、有效探测效率、最小可探测活度等参量指标进行了对比分析。结果表明,无论对地面放射性监测,还是对空中放射性监测,LaBr3探测器有效探测效率比NaI探测器大16%左右,比HPGe探测器大8倍左右。对于最小可探测活度MDA, LaBr3探测器比NaI、HPGe探测器性能都好。然而LaBr3的能量分辨率相对HPGe而言较差,因此,可将LaBr3探测器与HPGe探测器结合使用,从而实现无人航空器核应急辐射监测的性能最优化。3)通过对比分析研究载人航空器核应急辐射监测用大晶体探测器(NaI)在采用不同封装材料时对探测器性能的影响。四种不同搭配方法：PAl(封装材料为坡莫合金与铝)、PC(封装材料为坡莫合金与碳纤维)、A1A1(封装材料为铝与铝)、A1C(封装材料为铝与碳纤维)。首先,对比分析这四种探测器的能量分辨率、有效探测效率、最小可探测活度等参量指标。结果表明,AlAl及A1C的能量分辨率优于PAl及PC。A1C的有效探测效率比A1A1大3%左右,比PC大28%左右,比PAl大32%左右。针对最小可探测活度MDA, AlC的性能最好,然后分别是AlAl、PC、PAl。综合比较这四种不同封装材料的大晶体NaI探测器,铝与碳纤维封装方式具有最优的性能参量,可作为载人航空器核应急丫放射性测量探测器的优先选择方案。然后,对比分析探测器装载方式对探测器性能的影响,以坡莫合金与铝封装方式为例进行研究,结果表明,探测器外置时计数比探测器内置计数高,其最小可探测活度MDA比探测器内置好32%左右。因此,在实际的航测过程中建议使用探测器外置的测量模式进行测量。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】成都理工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】葛良全，曾国强

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