放射源定位方法研究引入實驗教學的實踐與探索
——基于創新型人才培養視角

劉輝蘭，宋玉收，齊美玲，侯英偉

(哈爾濱工程大學 核科學與技術學院，哈爾濱 150001)

創新型人才的培養模式不是單一的，也不是固定化的，近幾年，國內各大高校都非常重視創新型人才培養和拔尖人才培養模式的探索[1-3]。本科生要在掌握了一定專業知識的基礎上積極參與科學研究訓練，這是創新型人才培養的重要途徑和模式。科學研究要向實驗教學轉化，將科學研究的優勢資源引入實驗教學，為實驗教學提供指導方向，促進實驗教學質量的提高，鍛煉學生的創新能力，打造以創新型人才培養為目標的高校實驗實踐環境。科學研究向實驗教學的轉化為創新人才培養提供實踐訓練的作用不容忽視，哈爾濱工程大學核科學與技術學院非常重視將科學研究的優勢資源引入實驗教學。

1 放射源定位方法的研究意義及引入實驗教學的基礎

1.1 研究意義

隨著核科學與技術的發展，我國對于放射源的應用越來越廣泛。在實驗課程的實踐訓練環節開展放射源定位方法研究實驗項目，可以使學生在實驗課程中有機會接觸和了解社會對核科學與技術專業關鍵技術的需求及專業未來發展趨勢，鍛煉學生的創新能力、發現問題和解決問題的綜合能力，為以后的科學研究奠定基礎。

1.2 引入實驗教學的基礎

哈爾濱工程大學核科學與技術學院科研團隊教師針對放射源定位方法已經做了較多研究，一系列相關的學生創新創業訓練項目也得到了學校專項基金的支持。基于前期的科學研究及學生創新創業訓練，將放射源定位方法引入實驗教學已經具備了較好的研究基礎和保障條件。學院大力支持科研成果向實驗教學的轉化，積極鼓勵教師將課題組的科學研究優勢資源引入實驗教學，實現科學研究與實驗教學的有機結合。

2 放射源定位實驗的具體實施方案、途徑與方法

2.1 放射源定位實驗方案

放射源定位有兩種方案，一種是裝備一個探頭，移動測量，如果是理想點源，兩個測量位置就可以定位了；如果不是點源，需測量多個位置來同時確定源的方位和源的形狀。每次測量需記錄輻射信息和空間位置，以便做數據重構和定位計算。這種方案的好處在于系統簡單，成本低，可以在行進過程中邊走邊測，走完就測完。缺點是一個探頭測量多個位置，測量過程中需要逐步采點，測量時間較長。另一種模式是使用多個輻射探測器進行輻射場的分點測量，然后根據分點測量的數據進行數據空間模型的構建，得到源的方位和形狀。由于逐步采點測量時間較長，考慮到學生實驗的時間限制，在實驗中采用第二種放射源定位方案。

2.2 放射源定位實現的途徑與方法

實驗中利用4個NaI閃爍體探測器同時測量137Cs放射源得到的計數率，采用極大似然估計的定位方法，通過EM算法迭代計算和插值方法對空間輻射場進行分析計算和重構，根據探測器的計數率和探測器的空間位置來確定若干未知活度點狀放射源的空間位置、活度及數量。為了驗證放射源定位方法引入實驗教學的可行性，采用實驗室現有的137Cs放射源，通過多次實驗驗證該定位方法的可靠性及誤差范圍，分析可能影響算法的因素，設計放大器電路，通過EDA設計軟件進行模擬，進而完成PCB的設計與制作和室內一般條件下的放射源定位實驗設計。

3 放射源定位方法實驗的關鍵問題及創新之處

3.1 伽馬放射源定位儀開發

放射源定位方法能成功引入實驗教學的一個關鍵因素就是自研實驗樣機伽馬放射源定位儀。開發實驗教學使用的伽馬放射源定位儀要解決兩個關鍵問題，一個是基于技術型探測器的定位算法。目前，常見的放射源定位主要使用成像探測器，通過成像進行定位，但成像定位需要的探測器通常成本較高，系統復雜。本研究采用的是一種簡單的只需要計數的方式來進行未知源項定位，定位算法是定位儀開發的一個關鍵問題和創新之處。對整個系統進行聯調測試，驗證有效性，這是自制定位儀的另一個關鍵問題。探測器系統包括探頭、光電轉換器件、信號處理系統、數據獲取系統、上位主機、偏置高壓、低壓供電等構成部分，系統聯調涉及輻射探頭的設計開發、信號處理、算法與程序設計等多種技術的綜合利用。

3.2 輻射場測量

常規的伽馬放射源定位中輻射場的測量方法是通過輻射探測器進行逐點測量，得到輻射場中離散的測量點，通過插值算法得到整個輻射場的測量結果。本研究采用輻射源項多點測量的方法得到輻射源項的位置、能譜、活度等相關信息。基于該測量方法，使用解析算法對場所的全空間輻射場進行構建，從而得到輻射場測量結果。

4 放射源定位實驗的教學實踐

首先，將放射源定位方法引入科學研究與實驗教學的切合點，調研學生對放射源定位實驗的意向，制訂合理的實驗項目。利用前期學生創新訓練的基礎，初步設計制訂了兩個實驗項目，伽馬放射源定位實驗和伽馬輻射場監測實驗，明確不同層次的實驗目標，編寫完成兩個實驗項目的實驗講義。其次，調研學生對這兩個實驗項目的參與意向，實現學生和教師的雙向選擇，以試點方式開展實驗。最后，廣泛調研參與實驗學生的反饋信息，根據學生的實驗實踐及反饋信息優化實驗項目，修改實驗講義，修訂完善實驗所需其他資料，如實驗注意事項、設備的使用說明書及各個部件的性能、技術指標、技術圖紙等內容。

5 定位方法研究引入實驗教學的預期效果與推廣價值

通過將科學研究的優勢資源引入實驗教學，實現放射源定位方法研究與實驗教學的有機結合，不斷完善創新實驗教學理念，增強本科生實驗教學的前沿性、創新性及實用性，逐步建立以培養能力為主線的實驗教學體系，讓學生通過實驗教學鍛煉綜合能力，進一步在實驗教學中引導學生參加相關的科研和創新活動，逐步在實驗教學實踐中探索培養本科生創新精神和實踐能力的有效途徑。在實驗探索中，應不斷改進完善放射源定位方法研究和實驗設備設計，努力實現放射源定位實驗儀器的開發和推廣。