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。

n/γ射线双粒子反应深度（Depth of Interaction，DOI）探测器可以实现中子与γ射线甄别并记录粒子在探测器中的反应位置，在对特殊核材料等危险放射性物质的定位成像研究中发挥着重要作用。传统的放射性定位成像装置都依赖具有n/γ射线甄别能力的探测器阵列，从而导致成像测量装置结构复杂、成本高。针对此问题，设计了一种基于EJ276塑料闪烁体（Φ3 cm×15 cm）的双粒子反应深度探测器，采用硅光电倍增管在闪烁体两端进行信号读出，并综合利用两端信号幅度与飞行时间对比进行粒子反应位置确定。利用Am-Be中子源和¹³⁷Cs γ源对探测器进行参数优化和分辨率刻度，结果显示：该探测器在灵敏区内探测效率均匀性较好，反应位置分辨率约4.4 cm。

在合金材料的生产过程中, 不同金属元素的含量改变对产品的性能以及可靠性有重要的影响, 通过在线检测技术能够对产品中不同元素含量进行实时分析, 从而指导其工业生产过程, 提高产品质量。 目前常规的无损检测方法受限于分析深度, 无法对样品内部成分进行分析, 从而影响测量结果的准确性。 瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)技术是一种高灵敏度、 多元素同时分析的无损检测技术, 可以对大块样品进行快速分析。 针对PGNAA技术在大体积金属样品检测的可行性进行研究, 通过测量快中子与样品发生非弹性散射反应激发的伽马射线对样品成分进行分析。 搭建了一套测量系统, 包括D-T中子发生器, 中子反射体, 中子准直体, 高纯锗(HPGe)探测器及探测器屏蔽防护。 首先, 对Fe, Ti, Cr, Ni和Cu等5种金属元素进行了分析研究。 对不同质量下的样品进行测量, 通过伽马能谱处理软件GAMMAFIT对HPGe探测器测量到的特征伽马峰进行拟合, 获得全能峰的净面积。 分析全能峰净面积与样品质量之间的响应, 对探测器的探测效率变化造成的非线性响应进行修正, 得到不同元素的校准曲线, 结果显示各元素修正后的校准曲线均具有良好的线型关系。 对不同元素的质量检测限进行分析, 不同金属元素的质量检测限分别为Fe(44 g), Ti(25 g), Cr(33 g), Ni(108 g)和Cu(72 g)。 利用测量系统对不锈钢合金样品中的Fe和Cr元素含量测量开展了研究, 通过测量标准样品建立了Fe和Cr元素的定标曲线, 并对未知样品进行了测量分析。 同时与X射线荧光光谱(XRF)测量结果进行了对比分析, 结果表明两种方法的Fe元素和Cr元素测量值偏差分别为4.08%和2.97%。 研究结果表明, 利用PGNAA技术可以对多种金属元素和合金样品进行测量分析, 为后续其他金属样品的检测奠定了研究基础。

全反射X射线荧光光谱(TXRF)分析是一种应用广泛、 经济快捷的多元素显微与痕量分析方法。 随着现代科技机器自动化的快速发展, 样品制备成为TXRF分析定量的关键问题。 本实验以茶叶粉末为分析对象, 探讨了在TXRF分析过程中分散剂、 样品量及粒径对粉末悬浮样品的制样效果、 制样过程重复性及测量准确性的影响。 结果表明: (1)通过分析粒径范围大于180目的茶叶粉末样品的五个独立重复试样, 测试了TXRF法的整体精密度, 分析了仪器的稳定性与样品制备过程中的不确定度, 结果表明不论在何种元素与浓度范围下, 与样品制备步骤相关的不确定度对获得的结果的全局精度都有显著贡献(>60%), 样品的制备是分析误差的主要来源; (2)通过将粒径范围大于180目的茶叶粉末样品分散于1% Triton X-100与去离子水两种分散剂中, 对分散剂的影响进行了研究, 相较于非离子型表面活性剂, 去离子水重复性更好, RSD在2.45%~11.64%之间, 更适合作为粒径大于180目的茶叶粉末样品的分散剂, 使得中、 高Z元素的定量更为准确; (3)通过添加不同质量的粉末样品于5 mL去离子水中对样品量进行分析。 样品量过低会导致制样重复性较差, 而过高的进样量会导致样品薄膜厚度超过射线的测量厚度, 有可能不再处于全反射条件下。 对于植物粉末样品20 mg/5 mL是一个较为合适的样品量; (4)通过对7种粒径范围的粉末样品进行测量分析, 研究了粒径对测量结果的影响。 在粒径小于180目的范围内净计数随粒径的减小而增大; 在粒径小于200目的范围内精密度随粒径的减小而提升; 除Mn之外的元素粒径对准确性未有显著影响; 在80~200目的范围内, 不确定度迅速降低, 大于200目后不确定度低于10%。 综合考虑净计数、 精密性与准确性, 在制样过程中粒径范围建议研磨至200~300目之间, 该研究结果可为植物粉末样品制样方法提供有效借鉴。