關(guān)于γ相機在放射源監(jiān)測中的應用

薛　會　胡　飛　劉鴻詩　王寶義　帥　磊　朱蓓孝　姚建新

(1. 環(huán)境保護部輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心，杭州　310012；

2.國家環(huán)境保護部輻射環(huán)境監(jiān)測重點實驗室，杭州　310012；3.中國科學院高能物理研究所，北京　100049)

關(guān)于γ相機在放射源監(jiān)測中的應用

薛會1，2胡飛1，2劉鴻詩1，2王寶義3帥磊3朱蓓孝1，2姚建新1，2

(1. 環(huán)境保護部輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心，杭州310012；

2.國家環(huán)境保護部輻射環(huán)境監(jiān)測重點實驗室，杭州310012；3.中國科學院高能物理研究所，北京100049)

【摘要】放射源在我國的使用已涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源、科技、醫(yī)療、國防等諸多領(lǐng)域，同時放射源的丟失事件時有發(fā)生，造成財產(chǎn)損失、人員傷亡的同時還可能引起社會恐慌，負面影響很大。加強對放射源的有效監(jiān)管，提高放射源的搜尋水平，對保障公共安全，維護社會和諧穩(wěn)定，具有極為重要的意義。γ相機能遠距離對放射性物質(zhì)進行快速成像，定位準確，可有效減少工作人員所受照射劑量，為放射源監(jiān)測和丟失放射源搜尋提供了新手段。本文介紹了基于編碼孔徑技術(shù)的新型γ相機的基本原理，并將γ相機應用于某放射源貯存庫找源的試驗，驗證了γ相機在放射源監(jiān)測中的有效性。

【關(guān)鍵詞】γ相機；放射源；尋源

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，放射源在我國得到應用的領(lǐng)域和數(shù)量不斷增長，放射源在我國的使用已涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源、科技、醫(yī)療、國防等諸多領(lǐng)域，。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國使用中的放射源已超過10萬枚。放射源的丟失事件時有發(fā)生，造成財產(chǎn)損失、人員傷亡的同時還可能引起社會恐慌，負面影響很大。放射源安全也成為社會生活中的重要要素。對放射源的有效監(jiān)管，對保障公共安全，保護公眾生命安全和環(huán)境安全，防范放射性污染和風險，維護社會和諧穩(wěn)定，具有極為重要的意義。

1關(guān)于γ相機簡介

γ相機誕生于20世紀50年代，最初作為單光子發(fā)射斷層成像儀(SPECT)的探頭應用于核醫(yī)學領(lǐng)域，之后被應用到工業(yè)和軍事領(lǐng)域。隨著編碼孔徑成像技術(shù)的提出和發(fā)展，以二十世紀90年代美國LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)實驗室研發(fā)的基于編碼孔徑技術(shù)的γ射線成像譜儀為標志，現(xiàn)代γ相機誕生，并在之后逐步實現(xiàn)了商業(yè)化。現(xiàn)代γ相機能在遠距離對放射性物質(zhì)進行快速成像，確定其強度并準確定位。在放射源監(jiān)測及探尋方面，能大大縮短定位時間，減少工作人員所受照射劑量。近年來，國內(nèi)科研機構(gòu)也相機開展了編碼孔徑γ成像技術(shù)研究，并已有相關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)。

圖1　實驗用γ相機

γ相機的基本結(jié)構(gòu)主要由編碼孔準直器、閃爍體晶體探測器、數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊及用戶終端構(gòu)成。γ相機成像方式經(jīng)歷了由單針孔成像到編碼孔徑成像的發(fā)展歷程。編碼孔徑成像是一種多針孔成像技術(shù)，其成像過程分為編碼投影和解碼重建過程：放射源發(fā)射的γ射線透過編碼板上多個小孔后在探測器上形成的投影圖像疊加產(chǎn)生編碼圖像，探測器采集到的編碼圖像經(jīng)濾波和重建過程進行解碼復原，反演出放射源圖像。重建出的圖像強度即反映了放射源源強大小。與傳統(tǒng)的單針孔成像相比，開孔數(shù)的增加大大提高了探測效率，使得設備在成像時間、探測下限、抗噪能力等方面具有更為優(yōu)越的性能。隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代γ相機一般配備光學成像系統(tǒng)和輻射成像系統(tǒng)，通過圖像配準和融合方法將重建圖像與現(xiàn)場空間圖像進行融合后顯示給用戶，以便對放射源進行精確定位。

2關(guān)于γ相機尋源實驗

為驗證γ相機應用于放射源監(jiān)測、尋找放射源活動的可行性，進行了多組模擬實驗。實驗使用中國科學院高能物理研究所研制的γ相機(HENT33-011A)，如圖1所示，該系統(tǒng)基于編碼孔徑γ射線成像原理，其性能參數(shù)見表1。實驗在嚴密的安保措施下進行，地點位于某放射源貯存庫，遠離外界人居環(huán)境。

表1　γ相機性能參數(shù)

2.1　環(huán)境本底測量

將γ相機放置于放射源庫外，對放射源庫廠房大門進行成像，以觀察廠房大門敞開情況下的測量結(jié)果。保持γ相機與墻面間距約6米，成像時間10分鐘，同時測量成像探頭處空氣劑量率為0.15μSv/h，與遠離庫房區(qū)測量結(jié)果相同，可認為在此情況下測量值為環(huán)境本底值。成像結(jié)果如圖2所示，(a)為測量現(xiàn)場示意圖，(b)為視場內(nèi)γ輻射分布圖像，該圖像以二維偽彩色反映視場內(nèi)γ輻射分布情況的相對強弱，圖中紅色為視場中γ輻射的相對高值，根據(jù)熱點圖像、探頭劑量率、以及物距等信息，計算熱點活度，對γ輻射分布圖像與光學圖像進行圖像融合，并根據(jù)活度的大小進行配色，如圖(c)所示。在放射源庫外測量情況下，重建圖像中顏色的差異由反演誤差和背景漲落造成，該測量結(jié)果表明環(huán)境中無明顯輻射熱點。

圖2　放射源庫外測量結(jié)果

圖3　庫內(nèi)測量結(jié)果

2.2　放射源庫內(nèi)本底測量

將γ相機放置于放射源庫房內(nèi)混凝土屏蔽層上，探頭朝向貯源區(qū)域，對源庫內(nèi)環(huán)境本底進行成像，成像時間10分鐘，物距覆蓋從2米到20米的較寬范圍，成像探頭處空氣劑量率為0.3μSv/h，比庫外略高。成像結(jié)果如圖3所示，結(jié)果表明雖然源庫內(nèi)環(huán)境本底高于外部天然環(huán)境本底，但混凝土屏蔽層屏蔽效果較好，視場內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)明顯熱點。

2.3　放射源庫內(nèi)孤立源測量

打開混凝土屏蔽層，將屏蔽層下活度約100μCi活度的廢60Co源吊起至屏蔽層上，探頭距離源約5米測量，成像時間10分鐘，探頭處空氣劑量率為0.4μSv/h。成像結(jié)果如圖4所示，重建圖像中呈現(xiàn)明顯熱點，結(jié)合融合圖像，實現(xiàn)了放射源的準確定位。此測試中目標放射源在探頭位置造成的劑量率升值約為0.1μSv/h，放射源庫內(nèi)環(huán)境輻射本底約為0.3μSv/h，說明該成像方法具有較強的抗本底干擾能力。

2.4　尋源模擬實驗

為模擬實際尋源過程，將一枚活度約為10μCi的源置于庫外灌木叢中近路面位置，將γ相機探頭對準不同區(qū)域成像尋源，探頭距路面邊緣最近距離約7m，探頭處劑量為0.15μSv/h，各角度成像時間為5分鐘。測量結(jié)果如圖5所示，5(a)為測量現(xiàn)場圖；5(b)中，放射源位于設備視場角范圍之外，所采集結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)明顯輻射熱點；通過水平方向上轉(zhuǎn)動探頭繼續(xù)采集圖像，當放射源進入設備視場角范圍內(nèi)時，得到放射源圖像如圖5(c)所示，融合圖像上有明顯的熱點并準確找到了藏匿的放射源，此測試驗證了γ相機尋源位置的準確性。對比背景測量實驗和尋源模擬實驗，在探頭處劑量同為0.15μSv/h的情況下，γ相機能夠在遠距離情況下敏感而迅速的識別出放射源的存在并定位，而靠傳統(tǒng)的劑量率巡測方法，在這一位置無法鑒別出放射源的存在，需要多點反復定位或兩臺以上劑量率儀配合方能準確定位，這一實驗充分體現(xiàn)出了γ相機在尋源中的優(yōu)勢。

圖4　孤立源測量結(jié)果

圖5　尋源模擬實驗

3討論和建議

本文介紹了編碼孔徑γ相機的基本原理，并采用γ相機在放射源貯存庫進行了模擬搜源實驗，γ相機具有成像及定位功能，結(jié)合光學圖像，能夠快速、準確的進行放射源實時定位。γ相機響應時間短，覆蓋面積大，人工干預少，對于輻射應急情況下的快速源定位、減少工作人員劑量，具有突出的意義，值得在應急響應中推廣使用。

參考文獻：

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《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護部主管期刊第一名

在全國收錄環(huán)境科學類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國學術(shù)期刊影響因子年報(自然科學與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

資助項目：國家重大科學儀器設備開發(fā)專項“分布式動態(tài)放射性探測成像系統(tǒng)”，項目編號：2011YQ120096.

引用文獻格式：薛會等.關(guān)于γ相機在放射源監(jiān)測中的應用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(1)：121-123.

On Performance of Gamma Camera in Radiation Monitoring

XUE Hui1，2HU Fei1，2LIU Hongshi1，2WANG Baoyi3SHUAI Lei3ZHU Beixiao1，2YAO Jianxin1，2

(1. Radiation Monitoring Technical Center (RMTC)，MEP，Hangzhou 310012，China；

2. State Key Laboratory of Radiation Environmental Monitoring，MEP，Hangzhou 310012，China；

3. Institute of High Energy Physics，Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China)

Abstract：China is a country of a big amount of radioactive sources. Effective supervision of radioactive sources is significant in protection of public security and maintaining social harmony and stability. Gamma camera has the capability of imaging a distant radioactive source in a very short period of time and locating the radioactive source，thus reducing the dose of the staff. In this article，an experiment of searching for lost radioactive source with gamma camera is performed，in a radioactive source store，to verify the effectiveness of gamma camera in radiation monitoring.

Keywords：Gamma Camera；Radioactive Source；Search for Radioactive Source

中圖分類號：X591

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2015)01-0121-03

作者簡介：薛會，工程師，博士，從事輻射環(huán)境監(jiān)測、核與輻射安全相關(guān)研究