针对乏燃料后处理首端解体的需求, 研究了采用光纤激光器对Al2O3陶瓷/不锈钢组件进行激光切割的工艺、重铸层表面微观形貌及晶体结构。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、离焦量、切割速度对切割质量的影响规律, 在本研究中最佳工艺参数为激光功率2.4 kW、切割速度0.8 m/min、离焦量-9 mm、氮气辅助气压10 Bar。通过SEM观察了切割后陶瓷体重铸层表面及横截面微观形貌, 发现了重铸层内结构缺陷及其与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层微观组织的形成机理。本研究有助于激光解体技术在乏燃料后处理上应用的推广。

为了研究以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机系统的辐射损伤模式及损伤表征,利用在线辐射实验的方法,结合辐射干扰噪声抑制算法,研究了彩色视频图像信息随辐射总剂量的变化情况,并讨论了不同辐射总剂量照射下硬件的辐射寿命,以及γ射线辐射对数字图像信息的影响。研究结果表明:摄像机的γ射线辐射损伤模式主要表现为透光率下降,传感器的暗电流增大、失真和损坏,以及主板的瞬时损坏;感光元件的辐射总剂量效应主要导致本底噪声的增大,且噪声主要集中在图像的暗部;暗电流导致图像灰条纹中平均像素值的增量远不及因镜头透光率下降而造成平均像素值的减小量;摄像机自带的曝光补偿功能在检测到视频图像亮度下降后会进行全局补偿处理,增大视频所有像元的像素值。该研究得到的视频图像信息随辐照总剂量变化规律可以作为一种以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机辐射总剂量标定的一种方法,帮助判断此类摄像机的辐射损伤失效几率,提高视频监控系统在放射性环境中应用的可靠性。

研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。

为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异, 对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验, 对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明: 光子响应程度均与辐射剂量率相关; CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰; 平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度, 各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动, CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小; CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显, CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰; 各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多, 响应事件并非单个光子的行为, 而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。

分析了含有4个晶体管的钳位光电二极管有源像素传感器(4T-PPD-APS)的结构特点以及γ射线光子在像元内的能量沉积过程。通过建立传感器像元及像素阵列仿真计算模型,并结合γ射线辐射响应实验,对有源像素传感器(APS)在不同光子能量及不同放射性水平条件下的响应特性进行了研究。研究结果表明:γ光子在光电二极管空间电荷区内沉积能量并形成扩散光电流是APS发生光子响应现象的根本原因;像素值的平均值随剂量率的增大呈先增大后趋于饱和的趋势;当典型事件区域内出现多个峰值时,像素值的统计值不能准确反映辐射场放射性水平。

研究了γ射线电离辐射效应对商用CMOS有源像素传感器(APS)性能参数的影响, 着重分析了量子效率、转换增益、暗电流、坏点和脉冲颗粒噪声等参数。研究结果表明: 当受到1 000 Gy辐射后, APS失去工作能力, 无信号输出或像素灰度值仅为0, 110, 255 DN。60Co γ射线的离位截面约为10-25 cm2(0.1 b)。当剂量率低于58.3 Gy/h且辐照时间较短时, 辐射对量子效率及转换增益无影响, 坏点产生数为0, 总剂量效应使3T-APS的本底噪声升高到4.62 DN但对4T PPD APS几乎无影响。脉冲颗粒噪声引起的各灰度值像素数量分布呈泊松分布, 并与剂量率正相关。