一种仿真核辐射实验系统及其实验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及仿真核辐射实验领域，特别是一种以部件识认码和状态信号导出结果 的核辐射仿真实验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 核辐射是一种普遍的物理现象，并已经大量的应用于产生能源，治疗疾病，处理食 品等。相关知识成为很多理工科课程的内容，而放射性同位素便常常在核实验课里被用作 辐射粒子源。但是放射性同位素的购买、贮存、运输、弃置等都有很严格的规管，令管理人员 难于处理。加上公众对核辐射的危险性普遍认识不足，或过度恐惧，令放射性同位素的使用 非常麻烦，影响了对核辐射教育的推广。
[0003] 用仿真技术来模拟核辐射实验，可以有效解决真实核辐射实验的安全问题，令更 多人可认识基本的核辐射现象。目前相关的仿真方法主要有两种：一种是是靠电脑程序产 生图像来制造模拟结果，这不能给予使用者有足够的实际操作体验；另一类的仿真实验是 真实的元件来产生物理上的信号，如输出光线，通过输出物理信号来代替模拟的物理现象， 这方法虽可产生较强的真实感，但须找到多件能给出仿真效果的部件，并令它们协同工作， 难度很高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种以部件识认码和状态 信号导出实验结果的核辐射仿真实验系统。
[0005] -种仿真核辐射实验系统，包括一组仿真部件，一数据采集与转发单元和一数据 处理单元，其中，该仿真部件产生一组识认码和状态信号，以指定该仿真部件的物理特性参 数和反映该仿真部件所处的状态；该数据采集与转发单元接收仿真部件发送来的识认码和 状态信号，发送给数据处理单元；该数据处理单元接收数据采集与转发单元发送来的识认 码和状态信号，模拟仿真核辐射现象。
[0006] 相对于现有技术，本发明的仿真核辐射实验系统，不靠部件产生物理变量来产生 仿真效果，而是由各部件产生识别码和状态信号，数据处理单元根据这些识别码和状态信 号，以及使用者输入的状态信号来导出核辐射仿真效果，方便协同各部件，结构简单，可以 给实验者较为真实的操作体验，达到较好的实验效果。
[0007] 进一步地，所述仿真部件中包括一仿真核辐射源，其产生一组识认码以指定与辐 射源有关的物理特性参数，并且产生在位状态信号和高度位置状态信号，以分别反映仿真 核辐射源是否在位以及其高度。
[0008] 进一步地，所述仿真部件中还包括一仿真探测器，其与仿真核辐射源相对设置，产 生一与仿真核辐射源间的对视状态信号，以反映仿真核辐射探测器是否与仿真核辐射源相 对；以及产生一水平位置状态信号，以反映仿真核辐射探测器与仿真核辐射源的距离。
[0009] 进一步地，所述仿真部件中还包括一仿真吸收片，其位于仿真核辐射发射器与仿 真核辐射探测器之间，产生一组识认码，以指定仿真吸收片的材料和厚度，并产生一仿真吸 收片高度位置状态信号，以指定仿真吸收片的高度位置。
[0010] 进一步地，所述的仿真部件中还包括一仿真防护罩，其盖设在仿真核辐射源、仿真 探测器和仿真吸收片之上，以产生一防护罩安全联锁状态信号，以指定仿真防护罩是否已 经盖上。
[0011] 进一步地，所述数据处理单元内设有预先输入的实验地点信息，背景辐射粒子计 数率和仿真探测器的偏压值。
[0012] 同时，本发明还提供了一种通过部件的状态识认码和状态信号来仿真核辐射实验 的方法。一种仿真核辐射实验的方法，设置一个或多个仿真部件、一数据收集与转发单元和 一数据处理单元，包括以下步骤：
[0013] A)所述仿真部件产生一组识认码和状态信号；
[0014] B)通过数据采集与转发单元收集仿真部件的识认码和状态信号，并转发给数据处 理单元；
[0015] C)数据处理单元获取仿真部件的状态信号，确定仿真实验环境；
[0016] D)数据处理单元获取仿真部件的识认码，得出仿真部件的物理参数；
[0017] E)数据处理单元根据仿真实验环境和仿真部件的物理参数，依照核辐射特性进行 综合计算处理，得出实验数据，仿真各种核辐射物理现象。
[0018] 相对于现有技术，本发明的仿真核辐射实验方法，由识别码和状态信号来导出核 辐射仿真实验结果，可以仿真多种核辐射现象，达到较好的实验效果，给实验者较为真实的 操作体验。
[0019] 进一步，所述仿真部件中包括仿真核辐射源，所述仿真核辐射源产生'粒子类型识 认码'、'辐射强度识认码'和'半衰期识认码'，所述步骤E)具体为：通过'粒子类型识认码' 确定辐射粒子类型，通过'辐射强度码'确定原始辐射粒子计数率Ic，原始辐射粒子计数率 I。乘以一段固定的时间t，得出原始原子数N ;通过'半衰期识认码'获得半衰期T，由公式p =In2/T计算衰减概率p，之后在每段固定时间t里，重复按衰减概率p确认每个原子是否 衰变，将衰变了的原子数除以时间t，求得新的辐射粒子计数率I，并画出辐射粒子计数率 随时间的变化曲线，模拟核辐射半衰期衰减现象。
[0020] 进一步，所述仿真部件中包括仿真核辐射源和仿真探测器，所述仿真核辐射源产 生'粒子类型识认码'和'辐射强度识认码'，所述仿真探测器产生水平位置状态信号，所述 步骤E)具体为：通过'粒子类型识认码'确定辐射粒子类型，通过仿真核辐射源的'辐射强 度识认码'确定原始辐射粒子计数率'通过仿真探测器的'水平位置状态信号'，得出它与 仿真核辐射源间的距离D，将辐射粒子计数率I。乘以1/4 Jr D 2的因子得到粒子计数率I，并 改变D值，导出辐射粒子计数率I随D的变化曲线，模拟核辐射现象中平方反比定律。
[0021] 进一步，所述仿真部件包括仿真核辐射源和仿真吸收片，所述仿真核辐射源产生 '粒子类型识认码'和'辐射强度识认码'，所述仿真吸收片产生'材料识认码'和'厚度识认 码'，所述步骤E)具体为：通过仿真核辐射源的'粒子类型识认码'确定辐射粒子类型，通过 仿真辐射源的'辐射强度识认码'确定原始辐射粒子计数率I。，通过仿真吸收片的'材料识 认码'确定它对各类型的辐射粒子的吸收系数y，通过仿真吸片的'厚度识认码'定出介质 厚度d，由公式I = I# M算出仿真辐射线通过仿真吸收片后的粒子计数率I，绘出ln(I。/ I)随仿真吸收片厚度d的关系曲线，验证其斜率接近吸收系数ii，模拟核辐射在物质中衰 减的现象。
[0022] 进一步，所述仿真部件包括仿真核辐射源，所述仿真核辐射源产生'粒子类型识认 码'、'辐射强度识认码'和'随机分布类型识认码'，所述步骤E)具体为：通过仿真核辐射源 的'粒子类型识认码'确定辐射粒子类型，通过仿真辐射源的'辐射强度识认码'确定原始 辐射粒子计数率I。，通过仿真辐射源的'随机分布类型识认码'，确定辐射粒子计数率I的机 率分布函数，把函数曲线以下的面积等分成很多小面积元，从中随机抽取面积元，把抽中的 面积元所对应的粒子计数率作为输出，导出的辐射粒子计数率I的出现频率会呈现与设定 的分布类型吻合的随机分布，模拟核福射粒子计数率的随机分布现象。
[0023] 进一步，所述仿真部件包括仿真核辐射源，所述仿真核辐射源产生'粒子类型识认 码'、'辐射强度识认码'和'随机分布类型识认码'，所述步骤E)具体为：通过仿真核辐射源 的'粒子类型识认码'确定辐射粒子类型，通过仿真辐射源的'辐射强度识认码'确定原始 辐射粒子计数率I。，通过仿真辐射源的'随机分布类型识认码'，确定辐射粒子计数率的机 率分布函数，利用适当的投影函数关系，把从某数域中均匀随机抽取的数值投射到与仿真 核辐射源有相同的随机分布类型的函数值，从而定出辐射粒子计数率I，导出的辐射粒子计 数率I的出现频率呈现与设定的分布类型吻合的随机分布，模拟核辐射粒子计数率的随机 分布现象。
[0024] 为了能更清晰的理解本发明，以下将结合【附图说明】阐述本发明的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0025]图1本发明的仿真核辐射实验系统结构示意图。
[0026]图2本发明的仿真核辐射源和仿真核辐射源插座的结构示意图。
[0027] 图3本发明的仿真核探测器的结构示意图。
[0028]图4本发明的仿真吸收片和仿真吸收片插座的结构示意图。
[0029]图5本发明的数据采集与转发单元和数据处理单元的结构示意图。
[0030]图6本发明实施例1检验核辐射放射性同位素半衰期的结果图。