一种分布式区域辐射剂量监测系统及监测方法与流程

本发明涉及辐射剂量监测领域，具体涉及一种分布式区域辐射剂量监测系统及监测方法。

背景技术：

1、在地质勘探、油井工程和油田开发过程中，常常利用放射性测井仪器来探测各岩层的核物理信息，进而分析岩层的含油饱和度、孔隙度等流体特征。但是放射性测井仪器所使用的放射性源对人身健康及环境保护均有着极大的负面影响，因此行业对放射性物质和放射性装置的储存、运输和使用等环节都制定了一系列的管理法规以保障从事放射工作的人员和公众的健康与安全。根据石油测井行业的工作特点和实际情况，放射性源都储存在源罐中，然后统一放在源库中管理。然而，人为的管理，长时间积累也会对人体造成伤害，并且人并不能近距离监测源罐的情况，可能出现放射性源脱落容器，甚至放射性源丢失的现象。一旦出现这种情况而不能及时被发现，其后果将不堪设想，因此对相关区域进行辐射剂量监测十分必要。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种分布式区域辐射剂量监测系统及监测方法实现了非接触性的区域辐射剂量实时监测。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、提供一种分布式区域辐射剂量监测系统，其包括辐射探头、气象数据探测器、数据传输子系统和数据处理子系统；

4、辐射探头，用于监测辐射剂量并获取辐射能谱数据；

5、气象数据探测器，用于获取气象数据；

6、数据传输子系统，用于进行组网和数据传输；

7、数据处理子系统，用于根据监测得到的辐射剂量和辐射能谱数据结合气象数据进行态势云图分析，获取核素和核事故区域的态势。

8、进一步地，辐射探头包括碘化钠探测器和gm管；碘化钠探测器包括依次连接的前端探测器和后端采集模块；

9、前端探测器包括碘化钠闪烁体，以及用于检测碘化钠闪烁的光电倍增管；

10、后端采集模块包括分别与光电倍增管相连的多道分析仪和电流积分剂量测量单元；当环境辐射值处于多道分析仪的检测范围时，采用多道分析仪的数据作为态势云图分析的基础数据；当环境辐射超出多道分析仪的检测范围时，采用电流积分剂量测量单元的数据作为态势云图分析的基础数据。

11、进一步地，电流积分剂量测量单元包括型号为lm7321mf的芯片u2、型号为lm7321mf的芯片u1和型号为lm393ad的芯片u3a；芯片u2的引脚4分别连接电阻r5的一端和电阻r3的一端；电阻r5的另一端连接光电倍增管的输出端；芯片u2的引脚3接地；芯片u2的引脚2分别连接接地电容c5和外部电源的负极；芯片u2的引脚5分别连接接地电容c2和外部电源的正极；芯片u2的引脚1分别连接电阻r3的另一端和电阻r6的一端；

12、电阻r6的另一端分别连接芯片u1的引脚4、电阻r8的一端和电容c8的一端；芯片u1的引脚3接地；芯片u1的引脚5分别连接接地电容c4和外部电源的正极；芯片u1的引脚2分别连接接地电容c1和外部电源的负极；芯片u1的引脚1分别连接电阻r8的另一端、电容c8的另一端和芯片u3a的引脚3；

13、芯片u3a的引脚8分别连接接地电容c6和电阻r7的一端；电阻r7的另一端连接外部电源的正极；芯片u3a的引脚4接地；芯片u3a的引脚2分别连接接地电容c7和滑动变阻器r9的滑动端；滑动变阻器r9的一个固定端接地，另一个固定端连接外部电源的正极；

14、芯片u3a的引脚1连接电阻r4的一端并作为电流积分剂量测量单元的输出端；电阻r4的另一端分别连接接地电容c3、电阻r1的一端、电阻r2的一端和二极管d1的负极；二极管d1的正极接地；电阻r1的另一端分别连接电阻r2的另一端和外部电源的正极。

15、进一步地，外部电源包括电源和滤波模块，滤波模块包括电感l1和电感l2；电感l1的一端分别连接接地电容c10和电源正极；电感l1的另一端分别连接接地电容c9和接地电容c11，并作为外部电源的正极；电感l2的一端分别连接接地电容c13和电源负极；电感l2的另一端分别连接接地电容c12和接地电容c14，并作为外部电源的负极。

16、进一步地，数据传输子系统包括设置在各个终端的亿百特e32模块，设置在各个终端的辐射探头通过亿百特e32模块组网的方式进行数据汇集。

17、进一步地，气象数据探测器布置在监测区域的中心位置处，获取的气象数据包括风力、风向、降雨和温湿度。

18、提供一种分布式区域辐射剂量监测方法，其包括以下步骤：

19、s1、通过辐射探头获取各个终端处的辐射剂量和部分终端处的辐射能谱数据；通过气象数据探测器获取气象数据；

20、s2、基于辐射能谱数据获取放射性核素种类和活度；

21、s3、将自然环境下的辐射剂量作为第一本底值，将自然环境下的核素活度最大值作为第二本底值；

22、s4、将检测得到的辐射剂量与核素活度值结合位置信息形成剂量分布图；

23、s5、判断是否存在检测得到的辐射剂量大于第一本底值，或检测得到的核素活度大于第二本底值，若是则判定该监测位置处剂量异常，并将剂量异常的区域作为初始辐射范围，进入步骤s6；否则判定辐射剂量正常；

24、s6、进行态势分析：根据初始辐射范围和对应的气象数据获取初始辐射范围扩散方向及速度，并根据需要预测的时间t，计算辐射扩散的范围，以及扩散后每一点的环境剂量与核素活度值；

25、s7、将态势分析结果进行成图展示，完成分布式区域辐射剂量监测。

26、进一步地，步骤s2中获取放射性核素种类的具体方法包括以下子步骤：

27、s2-1、获取辐射能谱数据，通过最小二乘法对辐射能谱数据进行光滑，得到光滑后的谱线数据；

28、s2-2、通过snip算法扣除光滑后的谱线数据的散射本底，并通过对称零面积法进行谱线寻峰，得到寻得的峰；

29、s2-3、记录寻得的峰所在的位置，将在该位置存在峰的核素作为该寻得的峰对应的初始识别核素；

30、s2-4、判断该寻得的峰对应的初始识别核素的类别数是否为1，若是则判定该寻得的峰为非相干峰，并进入步骤s2-5；否则判定该寻得的峰为相干峰，进入步骤s2-8；

31、s2-5、根据公式：

32、

33、获取该寻得的峰与核素库中的对应峰的匹配度其中e为自然常数；c为常数，取值由核素类型确定；δe为该寻得的峰与核素库中的对应峰的能量差；width表示根据探测器能量分辨率的大小动态设置的参数；

34、s2-6、根据公式：

35、

36、获取该初始识别核素匹配到寻得的峰的个数k对应的总匹配度其中n表示该初始识别核素总共的峰数目；a0为常数；pi表示该初始识别核素第i个峰与对应的寻得的峰的匹配度；

37、s2-7、判断总匹配度是否大于设定阈值，若是则判定存在该初始识别核素；否则判定不存在该初始识别核素；

38、s2-8、去掉相干峰，采用与步骤s2-5和步骤s2-6相同的方法对其他非相干峰和所有初始识别核素进行匹配，若某一类型的初始识别核素与其他非相干峰的总匹配度大于1-a0，则判定该类型的初始识别核素存在；否则判定不存在该类型的初始识别核素。

39、进一步地，步骤s6中扩散后每一点的环境剂量与核素活度值的计算方法为：

40、根据公式：

41、

42、

43、获取扩散后y点的环境剂量ay和扩散后y点的核素活度值ah；其中acx表示第x个能够扩散到y点的环境剂量；ahx表示第x个能够扩散到y点的核素活度值；s为扩散的距离，由需要预测的时间t和扩散速度决定。

44、进一步地，在计算辐射剂量和核素活度值时，通过降雨和温湿度获取土壤当前密度，并将土壤标准密度和土壤当前密度的比值作为校准参数，对检测到的辐射剂量和核素活度值数据进行校准，采用校准后的辐射剂量和核素活度值进行相应计算和展示。

45、本发明的有益效果为：本发明实现了远程放射性能谱数据的无线传输，并通过剂量计算、核素识别、剂量填图，绘制展示出包含放射性剂量分布的态势云图，并结合当地的气象情况(风力、风向，温湿度，降水量等情况)为区域环境辐射剂量快速监测、核素识别分析提供技术支撑及核事故后预警范围的确定提供准确的数据支撑。