基于散射伽马的高剂量率脉冲辐射混合场时空参数在线诊断技术研究

The damage of electronic devices and systems in the environment of intense pulsed gamma radiation(~GGy(SI)/s，~20ns) shows a strong dose rate effect. It is of great practical significance to study the generation and application technology of intense pulsed gamma rays in order to promote the development of national defense technology and outer space technology under extreme conditions.The measurement of dose distribution of time-resolved pulsed gamma radiation field , on the one hand, can provide accurate radiation field parameters for applications,and provide physical process diagnosis for the development of generation technology on the other hand. However, the existing diagnostic techniques cannot simultaneously solve problems such as occupancy effect space, non-time resolution, long data acquisition period, detector saturation, severe electron and neutron interference, which restricts the development of the generation technology of intense pulsed gamma radiation environment and the improvement of the application level.In this paper, a new method is proposed to reconstruct the gamma dose distribution by using the position-intensity transformation matrix based on the thin target scattering gamma intensity measured by the detector array.Using time-resolved detectors and recording instruments, the time-space distribution of the dose of intense pulse gamma radiation field can be obtained. By designing a suitable placement scheme of thin scattering target and detector , the radiation intensity can be reduced and the interference of electron and neutron can be suppressed. The research will provide a new idea and method for the measurement and diagnosis of intense pulsed radiation field,which has very important academic significance and application value.

强脉冲伽马辐射环境(~GGy(SI)/s，~20ns)下电子器件及系统的损伤表现出强烈的剂量率效应，研究强脉冲伽马辐射环境的产生和应用技术对促进极端条件下国防技术和外层空间技术发展有重要的现实意义。时间分辨的脉冲伽马辐射场剂量分布测量，可为应用提供准确的辐射场参数，亦可为产生技术发展提供物理过程诊断。但现有技术不能同时解决效应物空间占用、无时间分辨、数据获取费时、探测器饱和、电子和中子干扰严重等问题，这制约了强脉冲伽马辐射环境产生技术发展和应用水平提高。本项目提出一种根据探测器阵列测得的薄靶散射伽马强度，利用位置-强度转换矩阵，重建伽马剂量分布的测量方法。选用时间分辨的探测器和记录仪器，可以给出强脉冲伽马辐射场剂量的时空分布，通过设计合适的薄散射靶和探测器布放方案，实现降低辐射强度和抑制电子中子干扰。研究将为强脉冲辐射场测量与诊断技术提供一种新思路和方法，具有非常重要的学术意义和应用价值。

该项目针对高功率脉冲辐射装置输出的混合强脉冲伽马辐射场参数诊断的迫切需求，开展了基于散射法的强脉冲γ射线成像技术研究，主要内容有：.1开展了散射法成像系统关键部件及布置参数设计：关键部件主要包含散射靶、厚针孔、准直器、屏蔽体，需通过大量的模拟计算优化设计合适的部件参数以及布置参数，为实验系统的设计和搭建提供了理论基础。.2开展了成像系统点扩散函数（PSF）的获取方法研究：PSF是图像重建方法的基础，PSF的精确与否是决定图像重建效果的关键因素，由于该项目中的成像系统属于空间移变系统，物面各点具有不同的PSF，我们无法直接获得所有的点扩散函数，所以提出了有效可行的点扩散函数获取算法，以获取足够的点扩散函数进行图像重建。.3开展了图像去噪及空间移变系统重建方法研究：该项目中需分析成像系统的噪声特性，然后针对噪声的特点，提出了相应的图像去噪方法。该项目中的成像系统属于空间移变系统，除了前述的点扩散函数的获取比较困难以外，图像重建算法也较为复杂，采用了卡尔曼滤波法和 Richardson迭代法等常见的算法对图像进行重建并检验效果，同时，对一些优秀的算法进行了优化改进设计，以得到最适宜于本系统的图像重建算法。.4完成了计算模型的实验验证：根据前述的模拟计算设计的各项参数，利用Co-60辐照装置搭建实验系统，开展了γ散射成像实验以验证模拟计算结果的可信度，为加速器强脉冲γ辐射场强度分布的测量建立了实验基础。.5开展了强脉冲γ辐射场强度分布绝对值刻度方法研究：除了强度分布以外，γ辐射场的绝对值测量也是非常重要的参数，拟通过经过标定的基准剂量片伴随测量的方法进行强脉冲γ辐射场强度分布绝对值刻度。.以该项目技术研究取得的阶段性成果为重要的实验测量与诊断手段，并在其它相关项目的支撑下，由西北核技术研究院联合西京学院、西安交通大学，2022年申请并获批国家自然科学基金重点项目“大尺度强脉冲伽马辐射场调制与多维度时空分布诊断技术研究”（项目编号：12235013）。