一种三维辐射场剂量的反演方法与流程

本发明涉及辐射探测技术领域，具体涉及一种三维辐射场剂量的反演方法。

背景技术：

发展依赖于能源的支持，核能在未来能源结构中正备受青睐。在2016年，世界各国签订《巴黎协定》，这也成为核能进一步发展的促进因素。未来，核能很有可能成为世界上很多国家的能源发展选择。

对于辐射防护监控及其他与辐射相关的研究课题，辐射场的构建是一个不可回避的问题。现如今，辐射场问题多是通过正演公式计算得到辐射场。对于未知放射源的辐射场反演问题，国内外的报道甚少。2015年1月，罗文、宋英明等基于montecarlo方法进行了《核设施退役作业场景动态三维辐射场模拟计算与可视化》的研究，但该研究进行的辐射场构建基于大量布点。在辐射空间内进行大量布点探测，工作量大，操作效率低，且与实际操作状态不符。另外，如果减少布点数量，则会造成辐射场构建的严重失真。随着核能事业的发展，建立合理的辐射场又是所必须进行的研究。

鉴于此，有必要发明一种三维辐射场剂量的反演方法。在放射源未知的情况下，通过测量辐射场内的少量数据，运用插值算法及理论，反演出整个辐射场的辐射剂量情况，从而解决辐射场反演的现实问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种三维辐射场剂量的反演方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种三维辐射场剂量的反演方法，所述的反演方法包括下列步骤：

s1、空间网格化，将所要反演的辐射场空间网格化，先按一定距离分成粗网格；

s2、网格节点辐射剂量值测算，测算粗网格节点处辐射剂量值并记录；

s3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理，将同一水平面内的网格看作一个整体进行处理，使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂量值；

s4、水平面内网格内部辐射剂量值插值处理，使用网函数插值算法计算网格内部辐射剂量值；

s5、竖直方向辐射剂量值插值处理，利用经过上述步骤后所有测算的数据，使用网格线上的插值算法和网格内部网函数插值算法，计算竖直方向缺失的辐射剂量值。

进一步地，所述的步骤s3中使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂量值具体包括：

s301、根据比释动能率公式其中，a为放射源活度，γκ为比释动能率常数，r为距放射源距离，可知剂量函数f(x)∝1/r²,r为关于x的函数，进行变换g(x)＝1/f(x)后，g(x)为关于x的二次多项式函数；

s302、将所有粗网格节点处的辐射剂量值取倒数处理，得到粗网格节点处函数值g(xi)，i＝1,2……n为节点顺序；

s303、对于同一网格线上相邻三个粗网格节点pi，pi+1，pi+2进行二次插值，过点(xi,g(xi))和点(xi+1,g(xi+1))任意做一条抛物线pi:y＝fi(x)，交直线x＝xi+2于点pi+2′(xi+2,fi(xi+2))；

s304、过点(xi+1,g(xi+1))和点(xi+2,g(xi+2))任意做一条抛物线pi+1:y＝fi+1(x)，交直线x＝xi于点pi′(xi,fi+1(xi))；

s305、过三点pi′(xi,fi+1(xi))，pi+1(xi+1,g(xi+1))，pi+2′(xi+2,fi(xi+2))做一条抛物线pi+2:y＝fi+2(x)；

s306、f(x)＝fi(x)+fi+1(x)-fi+2(x)即为三个粗网格节点间的插值函数；

s307、剂量函数f(x)＝1/f(x),即取倒数后获得辐射剂量值。

进一步地，所述的步骤s4中使用网函数插值算法计算网格内部辐射剂量值具体包括：

s401、剂量函数f(x,y)∝1/r²,r为距放射源的距离，且为关于x和y的函数；进行变换g(x,y)＝1/f(x,y)后，g(x,y)变为关于x和y的二变元二次多项式函数；

s402、对网线线上的辐射剂量值取倒数处理；

s403、对任意一矩形网格，假设四个顶点为p1(x0,y0)，p2(x1,y0)，p3(x1,y1)和p4(x0,y1)，(x0＜x1，y0＜y1)。对其内任意一点q(x,y)，在网格边上的投影点为q1(x,y0)，q2(x1,y)，q3(x,y1)，q4(x0,y)，可得如下三式：

s404、网格内插值函数为g(q)＝g1(q)+g2(q)-g3(q)，根据此公式将所有网格内的值补充完整；

s405、对所得插值取倒数得到剂量函数值，完成对网格内剂量值的插值处理。

进一步地，所述的步骤s1中空间网格化的网格边长根据实际情况进行调整，且不宜过大。

进一步地，所述的步骤s2用于得到经过探测和计算后粗网格节点处的辐射剂量值。

进一步地，所述的步骤s3、步骤s4以及步骤s5的插值处理过程，都需要对粗网格进行更加精细的划分，形成包含于粗网格的细网格，在细网格节点处进行插值过程。

进一步地，所述的步骤s5中竖直方向辐射剂量值插值处理，用于完成各个水平面内的插值计算后，按照所述的步骤s3和步骤s4中的方式对竖直方向的网格线和网格面进行数据插值填充，将整个辐射场数据补充完整。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所使用的网格线上的插值理论，在保证节点附近有良好近似性的同时，调整非节点附近范围内的偏差，整个插值算法可令人满意。

(2)本发明对网格内部所使用的网函数插值算法，在网格线上的数值准确的情况下，可实现对网格内插值的零偏差；在保证网格线上插值偏差不大的情况下，可接受网格内插值存在的允许偏差。

(3)本发明无需对空间区域进行大量布点测量，根据稀疏数据即可实现辐射场的反演，工作量小，测量快速，简单易行。

附图说明

图1是本发明公开的一种三维辐射场剂量的反演方法的流程步骤图；

图2(a)是本发明中空间网格化的原理示意图；

图2(b)是本分明中空间网格化示意图的俯视图；

图3是本发明网格线上插值算法的说明简图；

图4是本发明网格内部插值算法的说明简图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供一种辐射场剂量的反演方法，包括如下步骤：

s1、空间网格化，将所要反演的辐射场空间网格化，先按一定距离分成粗网格。

s2、网格节点辐射剂量值测算，测算粗网格节点处辐射剂量值并记录。

s3、水平面内网格线上辐射剂量值插值处理，将同一水平面内的网格看作一个整体进行处理，使用网格线上的插值算法计算网格线上的辐射剂量值。

s4、水平面内网格内部辐射剂量值插值处理，使用网函数插值算法计算网格内部辐射剂量值。

s5、竖直方向辐射剂量值插值处理，利用经过上述步骤后所有测算的数据，使用网格线上的插值算法和网格内部网函数插值算法，计算竖直方向缺失的辐射剂量值。

如图2(a)所示为步骤s1空间网格化的原理示意图，已经示出空间内部水平方向和竖直方向的网格化情况，图2(b)为俯视视角下的网格化情况，而图2(b)左下角的网格情况是对粗网格所进行的进一步细化的样本。网格边长根据实际情况可以进行调整，粗网格边长较大，细网格边长较小。粗网格处节点数据需经探测得到，细网格处数据需经插值算法计算获得。

步骤s2的主要目的在于得到经过探测和计算后粗网格节点处的辐射剂量值。

步骤s3-s5的插值处理过程，都需要对粗网格进行更加精细的网格划分，形成包含于粗网格的细网格，在细网格节点处进行插值过程，而不必在整个面上所有地方进行插值计算。这种计算思想和计算机运算的思想是一致的。

如图3所示为步骤s3说明图，网格线上的插值算法步骤如下：

s301、根据比释动能率公式其中，a为放射源活度，γκ为比释动能率常数，r为距放射源距离，可知剂量函数f(x)∝1/r²,r为关于x的函数。进行变换g(x)＝1/f(x)后，g(x)为关于x的二次多项式函数。

s302、将所有粗网格节点处的辐射剂量值取倒数处理，得到粗网格节点处函数值g(xi)，i＝1,2……n为节点顺序。

s303、对于同一网格线上相邻三个粗网格节点pi，pi+1，pi+2进行二次插值，过点(xi,g(xi))和点(xi+1,g(xi+1))任意做一条抛物线pi:y＝fi(x)，交直线x＝xi+2于点pi+2′(xi+2,fi(xi+2))。

s304、过点(xi+1,g(xi+1))和点(xi+2,g(xi+2))任意做一条抛物线pi+1:y＝fi+1(x)，交直线x＝xi于点pi′(xi,fi+1(xi))。

s305、过三点pi′(xi,fi+1(xi))，pi+1(xi+1,g(xi+1))，pi+2′(xi+2,fi(xi+2))做一条抛物线pi+2:y＝fi+2(x)

s306、f(x)＝fi(x)+fi+1(x)-fi+2(x)即为三个粗网格节点间的插值函数。

s307、剂量函数f(x)＝1/f(x),即取倒数后获得辐射剂量值。

如图4所示为步骤s4说明图，网函数插值算法步骤如下：

s401、剂量函数f(x,y)∝1/r²,r为距放射源的距离，且为关于x和y的函数；进行变换g(x,y)＝1/f(x,y)后，g(x,y)变为关于x和y的二变元二次多项式函数。

s402、对网线线上的辐射剂量值取倒数处理。

s403、对任意一矩形网格，假设四个顶点为p1(x0,y0)，p2(x1,y0)，p3(x1,y1)和p4(x0,y1)，(x0＜x1，y0＜y1)。对其内任意一点q(x,y)，在网格边上的投影点为q1(x,y0)，q2(x1,y)，q3(x,y1)，q4(x0,y)。可得如下三式：

s404、网格内插值函数为g(q)＝g1(q)+g2(q)-g3(q)，根据此公式将所有网格内的值补充完整。

s405、对所得插值取倒数得到剂量函数值，完成对网格内任一点剂量值的插值处理。

步骤s5竖直方向辐射剂量值插值处理，目的在于完成各个水平面内的插值计算后，按照所述步骤s3和s4所述方式对竖直方向的网格线和网格面进行数据插值填充，将整个辐射场数据补充完整。

综上所述，上述公开的三维辐射场剂量的反演方法，可在放射源未知的情况下，通过测量辐射场内的少量数据，运用插值算法及理论，反演出整个辐射场的辐射剂量情况，从而解决辐射场反演的现实问题。该反演方法无需对空间区域进行大量布点测量，根据稀疏数据即可实现辐射场的反演，工作量小，测量快速，简单易行。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。