1 华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
利用蒙特卡罗方法对早期核辐射场景下的舰船舱室屏蔽特性进行研究。使用早期伽马辐射作为辐射源，测定了舰船主体常用的HSLA-80、5456Al及FDCL-3B三种材料的质量衰减系数，并根据舰船的几何结构建立了模拟舱室模型，采用高斯展宽方法对探测器的能谱拟合处理，得到了伽马辐射下舱室内部NaI探测器的吸收能谱，并与文献中的实验结果进行了对比，验证了计算模型和计算结果的可靠性。在此基础上，以伽马防护系数为评价指标，考虑放射性同位素（单能点源）和早期伽马辐射（具有能量分布的面源）两种场景，计算分析了模拟舱室伽马辐射屏蔽的空间分布特性，结果表明：模拟舱室对不同放射性同位素的防护系数是不同的，最多可相差6.74倍（Cd-109与Cs-137）；舱室不同位置的防护系数不同。舱室前端的伽马辐射剂量较大，而角落的伽马辐射剂量较小，相差35%；防护系数与伽马辐照的入射角度有关。与正入射相比，模拟舱室对斜45°入射的伽马辐射防护系数更高，可提升43%。
质量衰减系数 船舶舱室 伽马辐射 伽马防护系数 mass attenuation coefficient ship cabin gamma radiation gamma protection factor 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043029
地学核技术四川省重点实验室（成都理工大学）成都 610059
定向获取放射性待测体中放射性元素含量或放射性活度是地质勘查和放射性污染调查的一项重要工作。在定向γ辐射取样过程中，非待测体区域γ射线对测量结果形成极大干扰。本文基于同一放射性衰变系列中高、低能量γ射线在溴化铈闪烁探测器铅屏蔽层中线性衰减系数的差异，设计了一种溴化铈闪烁探测器双能定向γ辐射取样探头。当以214Bi放出的0.609 MeV、1.764 MeV γ射线为探测对象时，使用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）数值模拟得出双能定向γ辐射取样探头的最佳铅屏蔽层厚度为6 mm，定向比例系数为a=0.268、A=0.451。经4种干扰辐射体蒙特卡罗数值模拟和两个镭源物理实验验证表明，采用该定向比例系数得到的双能γ辐射探头铅屏蔽张角以内0.609 MeV的γ射线计数值与MC模拟值的平均相对误差为0.63%；经两个镭源物理实验验证表明，张角以内的0.609 MeV γ射线计数值与实测值的相对误差为±2.52%以内。在放射性混合标准模型和三个放射性模型上进行双能定向γ辐射取样结果表明，设计的新型双能定向γ辐射取样探头具有定向γ辐射取样功能，实测模型中铀含量与模型推荐值的相对误差均小于5%。
双能定向γ辐射取样技术 铀矿勘查 定向比例系数 Dual-energy targeted gamma radiation sampling technique Uranium exploration Directional proportionality coefficient
1 上海理工大学上海 200093
2 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
3 中国科学院大学北京 100049
核能科学与技术和人们的生活联系紧密，但同时核辐射也可能危害人们的身体健康，因此需要加强对核辐射的监测。有线核辐射监测系统布线复杂、施工周期长、成本较高，且移动性差、故障排查较为困难。为了满足便捷测量γ辐射环境的需求，基于LoRa无线通信技术，设计了γ辐射监测系统。该系统的主要功能包括数据采集、数据处理及数据传输，采用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）闪烁体探测器进行数据采集，STM32单片机作为核心处理器对采集的数据进行处理、打包，由LoRa无线通信模块进行数据传输。针对可能存在的因复杂电磁环境、传输距离等因素导致监测系统断线及数据传输频繁时造成的区域内信道拥堵问题，设计了动态最优路径通讯算法，通过筛选中继节点，寻找最优重连路径以及实现数据发送的优先级分配。实际测试结果表明：闪烁体探测器测试辐射数据结果可靠，且基于LoRa的γ辐射监测系统数据传输稳定性达到99.57%以上。该系统具有组网灵活、传输距离远、成本低、拓展性强等优点，具有广泛的应用前景。
SiPM γ辐射 核辐射监测 LoRa无线通信 SiPM Gamma radiation Nuclear radiation monitoring LoRa wireless communication
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing & Communications (Ministry of Education), University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory, Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610213, China
3 School of Information and Communication Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
A length-matched micro Fabry-Perot (FP) interferometer is proposed for strain measurement under irradiation environment. Theoretical simulation shows that a well length-matched FP sensor can achieve a very low drift of the cavity length and strain sensitivity in irradiation environment. In experiment, such an FP cavity is realized by laser micromachining. It shows a low cavity length drift of -0.037 μm and a strain sensitivity deviation of 0.52%, respectively, under gamma irradiation. Meanwhile, the intensity of interference fringes is also stable. As a result, such a length-matched FP cavity is a very promising candidate for strain sensing in radiative environments.
Gamma radiation Fabry-Perot sensor radiation-induced compaction strain sensing Photonic Sensors
2022, 12(4): 220418
1 山西中辐核仪器有限责任公司 太原 030006
2 中国辐射防护研究院 太原 030006
结合核电现场使用需求及对国外设备使用的反馈意见，设计一款基于传送带式的小物品放射性污染γ监测仪。采用半自动化的两路控制设计方案，一路通过电机驱动器控制传送带电机运行模式；另一路通过主控板对探测器数字电路以及相应电气件进行控制；污染监测与物品传送的联动则通过主控板与电机驱动控制器的关联来实现。使用原型样机对本底环境中仪器本底计数率、放射源位于测量腔体中心静止状态下的计数率以及放射源随传送带移动时腔的动态计数率进行测试及分析，结果表明：静止状态下，探测器最小净计数值为平均计数的81.6%；运动状态下，探测器最小峰值净计数值为峰值平均计数的89.3%，最低可探测限可以达到111 Bq，测试性能优于参考标准，满足设计要求。
传送带 γ监测 探测器 探测限 Roller conveyor belt Gamma radiation monitoring Detector Detection limit
Author Affiliations
Abstract
1 Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory, Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610213, China
2 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing & Communications (Ministry of Education), University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
3 China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, China
The sensing characteristics of irradiated fiber Bragg gratings (FBGs) and Fabry-Perot interferometers (FPIs) were investigated under a 2 MGy dose of gamma radiation. The study found that the pressure sensitivity of FP sensors after irradiation was stable, while the temperature sensitivity of FBG sensors was unstable, and both wavelengths displayed a shift. These findings offer the possibility for the application of FP pressure sensors in the gamma radiation environments, and FBG sensors require further research to be suitable for application in the nuclear radiation environments.
Fiber Bragg gratings Fabry-Perot interferometers gamma radiation Photonic Sensors
2022, 12(1): 91
1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
为了提高辐射传感技术的探测精度、探测剂量范围以及监测点数量, 研究了使用光时域反射仪(OTDR)技术观测单模光纤的辐射致衰减(RIA)效应, 从而实现分布式辐射传感应用的可行性。通过计算OTDR曲线中光功率衰减斜率, 建立了单模光纤RIA与辐射剂量的线性关系。采用具有合适RIA效应的单模光纤, 有望实现具有高空间分辨率的长距离分布式辐射剂量监测。
伽马辐射 光纤传感 单模光纤 光时域反射仪 辐射致衰减 gamma radiation optical fiber sensing single mode fiber optical time domain reflectometer radiation induced attenuation
中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
基于神光Ⅱ升级装置,研究了纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的伽马(γ)辐射特征。利用ns束激光与CH薄膜靶相互作用,产生大尺度近临界密度等离子体,然后将ps束激光作用在该等离子体上,产生高能电子,高能电子穿过2 mm厚的Au靶,通过轫致辐射产生γ射线。对不同方向的γ辐射能谱和靶室外的γ辐射剂量分布进行实验测量,发现γ辐射集中在激光前冲方向,具有较小的发散角,而且在该方向上高能段的γ辐射较强。这说明双层靶的设计可以提高ps束激光与等离子体的能量耦合效率,提高高能电子温度,增加高能电子数目,有利于高能段γ辐射在ps束激光的前冲方向集中。另外,在靶室外距离靶点1.25 m处测到的50 keV以上γ辐射的单发次最大剂量为277 μGy。本研究结果对γ辐射的防护和应用具有参考价值。
激光器 双层靶 γ辐射; 能谱 剂量 角分布
重庆大学光电工程学院, 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
为了推进掺铒光纤抗辐射性能的研究, 全面掌握掺铒光纤性能在辐照条件下的变化规律。 基于色心模型对掺铒光纤的辐照作用机理进行了分析, 并据此对掺铒光纤在辐照中的性能变化趋势进行了预测推断。 然后根据掺铒光纤的工作原理和应用特性, 在伽马辐照条件下对两种不同型号(EDF-L-980和MP980)掺铒光纤的980 nm波段损耗谱、 1 530 nm波段损耗谱以及发射光谱的特性进行了在线实时监测, 并在辐照停止后进行了恢复测量。 研究表明, 在辐照中两种掺铒光纤的性能变化趋势一致。 在损耗谱方面, 980 nm波段和1 530 nm波段的损耗随辐照单调增加, 980 nm吸收峰与1 530 nm吸收峰处的损耗与辐照剂量呈近似线性关系; 在发射光谱方面, 发射光谱强度随辐照单调降低, 光谱能量向长波方向转移, 平均波长和光谱带宽大幅增加, 1 530 nm发射峰处的发光强度与辐照剂量也呈近似线性关系。 辐照停止后, 掺铒光纤体现出了一定的恢复能力, 但是各项参数的恢复均不到40%。 各项实验结果与理论模型和分析预测匹配良好, 证明了辐照对掺铒光纤性能影响理论解释的合理性。
掺铒光纤 伽马辐照 色心 发射光谱 损耗谱 Erbium-doped optical fiber Gamma radiation Color center Luminescence spectra Loss spectra 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1882
1 西安电子科技大学 a.机电工程学院
2 西安电子科技大学 b. 微电子学院, 西安 710071
在模拟的空间环境试验中测试了锰钴镍型红外探测器的电阻值和低频噪声参量.采用钴-60源分别在10 rad(si)/s和0.1 rad(si)/s的剂量率下对两组样品累积辐照到总剂量150 krad(si), 结果表明：在0.1rad(si)/s剂量率下探测器低频噪声退化量远大于10 rad(si)/s剂量率下的低频噪声退化量.对第三组样品先后施加了三种热应力, 即无偏热应力(40℃, 保持4h), 加偏热应力(偏置电压±15 V, 40℃, 保持600 h)和无偏热循环(－40℃到40℃, 温度变化率1℃/s, 峰值温度保持1 h, 20个循环), 结果表明：热应力试验中, 样品电阻值变化规律相对一致, 但低频噪声的退化趋势存在明显差异, 且失效探测器表现为低频噪声突然增大.分析表明, 无偏热应力与加偏热应力引起的低频噪声退化来源于电阻薄片内部的缺陷, 而热循环导致的低频噪声退化来源于连接Pt引线焊点接触处的潜在缺陷.研究发现噪声系数是锰钴镍型红外探测器低频噪声退化的敏感参量, 热应力与热循环则可以有效甄别该类器件噪声退化.
1/f噪声 可靠性 伽马辐照 热应力 红外探测器 1/f noise Reliability Gamma radiation Thermal stress Infrared detectors 光子学报
2016, 45(7): 070704001
