为了提高大空间γ辐射场全局计算效率，开展了全局减方差（Global Variance Reduction，GVR）方法在大空间γ辐射场计算中的应用研究。针对计数栅元/网格体积差异造成的过度分裂问题，引入体积修正因子修改全空间权窗参数。体积修正后的基于通量的GVR方法计算的全局品质因子（FOMG）比直接模拟提高约39倍。针对非计数区计算耗时问题，提出了非计数区修正方法，使得FOMG因子进一步提高40%。在引入体积和非计数区修正的基础上，在大空间γ辐射场计算中与基于粒子误差、权重、径迹、数目、能量、碰撞和通量的7种GVR方法进行对比。结果表明：7种GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2~3个量级，基于误差的标准差σ降低2~3个量级；而基于权重的GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2 304倍，在所有GVR方法中减方差效果最好。在基于通量的GVR方法中引入光滑因子SI后，模拟计算的权窗下限随SI增加而减小，FOMG因子随SI的增加先增加后减小。当SI=0.8时，该方法计算的FOMG因子最大，比直接模拟提高3 246倍。
全局减方差 全局权窗 体积修正因子 大空间γ辐射场 蒙特卡罗模拟 Global Variance reduction Global weight window Volume modifying factor Large space γ radiation field Monte Carlo simulation
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043007
1 云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500
2 云南省光电信息技术重点实验室，云南 昆明 650500
构建了一种基于自监督的框架，该框架从单目立体内窥镜视频中提取多视图图像，利用图像中的底层三维（3D）信息构建对象的几何约束，实现软组织结构的准确重建。基于分割任意场景模型对内窥镜下的动态手术器械、静态腹腔场景及可形变软组织结构进行分割解耦。该框架利用简单的神经网络多层感知机来表示动态神经辐射场（NeRF）中运动手术器械和形变软组织结构，基于偏斜熵损失对手术场景中的手术器械、腔体场景和软组织结构进行正确分离。在通过使用单目立体内窥镜捕获机器人手术模拟器场景的数据集上，将所提方法的结果与其他方法进行定量定性比较。结果表明本文方法在处理腹腔体场景、软组织结构重建、手术器械的分割解耦，以及来自多视点的3D信息和运动对象的图像分割等方面显著优于当前的方法。
视觉光学 神经辐射场 软组织三维重建 分割任意场景模型 分割解耦
1 南京航空航天大学核分析技术研究所 南京 211106
2 江苏省高校放射医学协同创新中心 苏州 215031
3 兰州大学核科学与技术学院 兰州 730000
4 苏州冠锐信息科技有限公司 苏州 215008
核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法，提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先，利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核辐射场区的障碍物分布和辐射剂量场，然后，采用Python语言进行算法仿真试验，模拟核辐射场区的每一个栅格定义为一个神经元，建立起生物启发神经网络，将栅格剂量率与神经元活性耦合实现路径规划的辐射剂量最优控制，分别采用单个、4个和8个移动单元进行仿真试验。结果表明：单个移动单元的规划路径在实现100%覆盖率，4%覆盖重复率的同时，能够优先覆盖低剂量区，延后覆盖高剂量区，实现了过程剂量和累积剂量的最优控制。为提高全覆盖的时间效率和获得更低的单体累积剂量，对算法进行多单元协同搜索的改进，结果表明：4单元和8单元仿真的覆盖重复率分别为5.72%和6.29%，1单元、4单元和8单元仿真完成全覆盖时间分别为30 min、9 min和4 min，时间效率成倍提高；最大单体累积剂量分别为4.11×10-3 mSv、1.28×10-3 mSv和0.85×10-3 mSv，也在显著降低。本文提出的算法能实现过程剂量和累积剂量最优控制的全覆盖路径规划，另外算法可以协同规划多单元路径，显著降低单体累积剂量，对辐射环境下区域作业的辐射防护有重要意义。
生物启发神经网络 核辐射场区 全覆盖路径规划 多单元协同 剂量控制 Bio-inspired neural network Nuclear radiation field Complete coverage path planning Multi-unit collaboration Dose control 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010601
1 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州 贵阳 550025
2 重庆机电职业技术大学信息工程学院，重庆 402760
相比传统的三维重建方法，神经辐射场（NeRF）在隐式三维重建方面显示出了优异的性能，然而简单的多层感知机（MLP）模型在采样过程中缺乏局部信息，产生细节模糊的三维重建场景。为解决这一问题，提出一种基于MLP的多特征联合学习方法。首先，在NeRF嵌入层和采样层之间构造多特征联合学习（MFJL）模块，有效解码输入的多视图编码数据，补充MLP模型缺失的局部特征信息。然后，在NeRF采样层和推理层之间建立门控通道变换多层感知机（GCT-MLP）模块，学习高阶特征交互关系，并控制反馈给MLP层的信息流，实现对歧义特征的选择。实验结果表明：所提基于改进MLP的神经辐射场可以避免三维重建中的视图模糊和混叠现象；在Real Forward-Facing数据集部分场景上的平均峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）、学习感知图像块相似度（LPIPS）分别为28.08 dB、0.887、0.061；在Realistic Synthetic 360°数据集部分场景上的PSNR、SSIM、LPIPS分别为32.75 dB、0.960、0.026；在DTU数据集部分场景上的PSNR、SSIM、LPIPS分别为25.96 dB、0.807、0.208；与NeRF相比，具有更好的视图重建性能，并且在主观视觉效果上得到更加清晰的图像和细节纹理特征。
神经辐射场 多层感知机 联合学习 三维重建 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0415004
西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西安 710024
多路并联二极管结构是实验室获取低能量、大面积、高剂量率X射线的有效途径之一。本文采用点源数值积分的方法开展了单环和五环并联结构二极管的辐射场剂量均匀性研究。结果表明：距离圆环很近的平面上，辐射场主要集中于圆环在该平面的投影位置，随着距离的增大，辐射逐渐向其他区域分散；对于单环结构二极管，当距离z<15 cm时，随着距离的增大，剂量均匀性>80%的面积先增大后减小，而计算区域内的总剂量逐渐减小；综合考虑剂量均匀性和总剂量，单环结构二极管辐射场最佳实验区域为z=7~9 cm；圆环内径减小只会增强环中心投影点附近的剂量，而平面上剂量均匀性会变差，当圆环外径为10 cm时，最佳内径为8~9.5cm；相比单环，五环并联结构二极管能够大幅增强辐射剂量，明显改善辐射场剂量均匀性和显著增大有效实验区域，z为11~17 cm范围内，五环结构二极管剂量均匀性没有出现大的波动。
X射线 并联二极管 辐射场 均匀性 X-ray Parallel diode Radiation field Uniformity 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050703
强激光与粒子束
2023, 35(8): 082004
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(2): 020601
1 贵州理工学院化学工程学院, 贵州 贵阳 550003
2 清华大学物理系, 北京 100084
AlO自由基在金属有机化学、 催化材料、 燃烧化学及天体物理学等领域受到人们的广泛关注, 研究外辐射场下对AlO自由基的物理特性和光谱特征的影响将有助于更深入理解和增强在相关领域的应用。 采用密度泛函理论B3PW91方法, 在6-311+G(3df, 2p)基组水平上优化了不同辐射场(-0.04~0.04 a.u.)下AlO自由基的基态稳定构型, 用同样方法计算了该构型的分子结构、 总能量、 能隙以及红外光谱、 拉曼光谱、 紫外可见吸收光谱受外辐射场的影响。 结果表明, 分子结构与辐射场有关。 在外辐射场变化范围(-0.04~0.04 a.u.), 自由基总能先小幅度增大(-0.03 a.u.达到最大值)后大幅度单调减小; 分子键长在负辐射场(-0.04~0 a.u.)没有明显变化, 但在(0~0.04 a.u.)正辐射场下单调变长; 偶极矩先减小(-0.03 a.u.达到最小值)后增大; 而能隙先不断增大(-0.04~-0.02 a.u.), 在(-0.02~0.03 a.u.)辐射场能隙基本稳定, 随后单调下降。 正辐射场(0~0.04 a.u.)对AlO自由基的振动频率和红外强度的影响较大, AlO自由基在0.04 a.u.辐射场下的红外光谱红移74 cm-1, 其对应光谱强度是未加辐射场的80倍; 正辐射场(0~0.04 a.u.)的拉曼光谱红移较明显, 在0.04 a.u.红移78 cm-1; 负辐射场(0~-0.04 a.u.)对拉曼光谱影响也较大, 在-0.03 a.u.辐射场下具有很强的拉曼活性是未加辐射场的688倍; 正辐射场(0~0.04 a.u.)下AlO自由基的紫外可见吸收光谱中原来无辐射场下的最大吸收峰(170 nm)蓝移了22 nm且吸收幅度减至一半, 在负辐射场范围内(0~-0.04 a.u.)该吸收峰也辐有蓝移其强度也有减弱趋势; AlO自由基的无辐射场下第二个最大紫外可见峰在正辐射场作用下, 其波长从282 nm一直递减蓝移13 nm和吸收强度递增至2.2倍, 负辐射场范围内(0~-0.04 a.u.)该吸收峰红移10 nm和吸收强度递增了6.2倍, 超过了无辐射场下最大吸收波长强度。
辐射场 物理特性 光谱特性 AIO AIO Radiation field Physical properties Spectra 光谱学与光谱分析
2020, 40(4): 1023
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210094
了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布, 对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。 了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。 提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型: 基于辐射度量学, 研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程, 推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω1, 建立起光谱辐射传递模型; 基于光学成像原理, 研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程, 推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω2, 建立起光学成像模型。 利用比例系数ω1和ω2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω1ω2, 从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。 通过仿真实验, 考察利用所提模型对处在1 000～3 000 ℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。 结果表明, 对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场, 利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%; 对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场, 进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。 仿真实验结果表明, 利用该模型能够对激光焊接等离子体在400～700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。 与其他模型对比, 该模型具有较好的重建精度, 能够满足工业应用领域的需求。
激光焊接技术 等离子体辐射场分布 光谱辐射传输模型 Laser welding technology Plasma radiation field distribution Spectral radiation transmission model 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1362
