發(fā)布時間：2020-07-11 08:46

【摘要】：’在核輻射突發(fā)事件情況下,如何在事發(fā)現(xiàn)場快速準確地對可能受到放射性核素內(nèi)污染的大批量人群進行篩查分類,對于保障人民生命健康,有效利用醫(yī)療資源,維護社會穩(wěn)定和國家安全具有重大意義。 吸入體內(nèi)的放射性氣溶膠首先沉積在人體呼吸系統(tǒng),并逐漸向其他組織或器官轉(zhuǎn)移。滯留體內(nèi)的放射性核素將長期對人體產(chǎn)生照射,最終可能導(dǎo)致組織損壞或引發(fā)癌癥。對于α核素而言(241Am239Pu、235U和238U等),其體內(nèi)污染檢測盡管可利用適于低能X/γ射線的體外直接測量方法,但該方法對測量環(huán)境本底和探測效率刻度要求較高,目前只能在少數(shù)實驗室開展。而生物樣品分析通常具有化學(xué)特異性,流程耗時較長(幾天至幾周),無法快速給出結(jié)果,也難以重獲完全相同的樣品。所以在核輻射突發(fā)事件現(xiàn)場,如何快速準確地對可能存在的α核素吸入污染進行檢測,一直是醫(yī)學(xué)救援的難點。 課題組在調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,依托科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項-a放射性內(nèi)污染鼻拭子檢測子系統(tǒng)(項目編號：2012YQ18011802),自主研制開發(fā)了一套基于金硅面壘探測器的鼻拭子α內(nèi)污染檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對核輻射突發(fā)事件現(xiàn)場可能存在的a核素吸入污染進行檢測并估算內(nèi)照射劑量。依據(jù)救援現(xiàn)場醫(yī)學(xué)診斷劑量分類標準,對大批量人群內(nèi)污染傷情進行快速分類,指導(dǎo)后續(xù)醫(yī)療救治。但對如何提高鼻拭子α內(nèi)污染檢測系統(tǒng)的探測效率,目前有學(xué)者已經(jīng)做過距離和真空度影響因素的實驗研究,但對其他可能的影響因素并未做相關(guān)的說明,論文主要針對可能影響儀器探測效率的四個因素(測量艙內(nèi)壓強,場強強度,探測幾何,空氣濕度),通過蒙特卡羅軟件Geant4建立其蒙卡幾何模型,分別進行了單因素和多因素影響的模擬仿真。最后,通過對這四個影響因素模擬數(shù)據(jù)的獲取,建立了基于偏最小二乘回歸算法模型,得到這四個影響因素分別對儀器探測效率的貢獻權(quán)重關(guān)系。從而找出了影響儀器性能的特征因子,獲得儀器的最佳探測條件。為以后類此系統(tǒng)的設(shè)計提供了借鑒。論文的主要研究內(nèi)容及成果如下： 1)對常溫條件下的不同壓強、不同能量α粒子的射程模擬 通過蒙特卡羅仿真軟件Geant4模擬了常溫下不同大氣壓強、不同能量的α粒子射程,對模擬仿真獲取的數(shù)據(jù)進行擬合,由此構(gòu)造了一個與能量E1.73成正比,與壓強P成反比關(guān)系的a射程擬合公式,為論文后續(xù)的研究工作提供了參考數(shù)據(jù)。 2)系統(tǒng)開展了鼻拭子a內(nèi)污染檢測系統(tǒng)探測效率的模擬仿真關(guān)鍵影響因素特征研究 對影響鼻拭子a內(nèi)污染檢測系統(tǒng)響探測效率的關(guān)鍵因素進行了模擬仿真的研究,通過蒙特卡羅軟件Geant4對可能影響系統(tǒng)探測效率的測量艙內(nèi)壓強、電場強度、探測幾何、空氣濕度等因素進行了模擬仿真的實驗,查明了影響系統(tǒng)探測效率的特征因子。 3)探測效率的單因素及雙因素共同影響特性的研究 分別研究了單因素作用和雙因素共同作用對測量系統(tǒng)的探測效率影響特性,采用合理的數(shù)學(xué)擬合方法,分別建立了在既定條件下艙內(nèi)壓強、電場強度、探測幾何、空氣濕度等對系統(tǒng)的探測效率影響特征方程。 4)探測效率的偏最小二乘回歸算法模型的建立 通過對前期關(guān)鍵因素影響特性的模擬研究基礎(chǔ)上,將這些影響因素中的每個影響因素均作為一個單獨的影響因子,建立偏最小二乘回歸分析方程數(shù)學(xué)模型。該模型通過偏最小二乘思想對模擬數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,提取最大解釋變量,結(jié)果表明,電場場強在解釋探測效率的回歸方程中起到了主導(dǎo)作用,其次是距離和壓強。 本文的創(chuàng)新點主要有以下2點： 1)對影響鼻拭子檢測系統(tǒng)探測效率的四個因素(測量艙內(nèi)壓強、電場強度、探測幾何、空氣相對濕度)分別進行了單因素影響特性研究和雙因素影響特性研究,并建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)擬合方程。 2)提出偏最小二乘回歸分析方法(PLSR),得到影響儀器探測效率的四個因素的貢獻權(quán)重關(guān)系。從而找出了影響儀器性能的特征因子,獲得儀器的最佳探測條件。 論文從蒙特卡羅思想和a粒子輸運理論出發(fā),對影響鼻拭子α內(nèi)污染檢測系統(tǒng)探測效率的四個因素：測量艙內(nèi)壓強,電場強度,測量距離,空氣相對濕度等進行了系統(tǒng)的研究,獲得了大量寶貴數(shù)據(jù)。提出了基于偏最小二乘回歸的分析方法來建立影響因素與探測效率的權(quán)重關(guān)系回歸方程,從而獲得儀器的最佳探測參數(shù)。為我國放射性核素內(nèi)污染檢測技術(shù)以及其他相關(guān)核儀器的設(shè)計和測量領(lǐng)域提供了較詳細的數(shù)據(jù)參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL81
【圖文】：

圖3-1 a放射性內(nèi)污染鼻拭子檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本檢測系統(tǒng)選用大面積（1200mm2)低本底的金桂面半導(dǎo)體探測器。金掛面全探測器半導(dǎo)體探測器由一片N型桂構(gòu)成，桂上鍍了一層金（10-20nm)，而接近金膜的那一層娃卻具有了 P型桂的特征，這種PN結(jié)靠近表面層，結(jié)區(qū)即為探測粒子的靈敏區(qū)，探測器在工作時需要加負高壓。金桂面壟探測器的優(yōu)點是能量分辨率比PIPS探測器要好，缺點是探測效率要比PIPS探測器低。HPS探測器是離子注入型探測器。該種探測器排除了微等離子區(qū)擊穿的威脅。無感層（窗）的厚度相比SDB和DJ探測器的無感層要��；可烘培到locrc。接觸面用離子注入法形成，可以得到精確、薄而且突變的結(jié)，使a粒子分辨率好，峰的展寬也就縮��；入射窗穩(wěn)定而堅固，可以很方便的應(yīng)用于多種需要頻繁擦洗的場合[5_ie]。鼻拭子檢測系統(tǒng)的實物結(jié)構(gòu)圖分別如下圖3-2所示。

\ ir ~ ,!■!+充電電藍牙模PDA圖3-1 a放射性內(nèi)污染鼻拭子檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖檢測系統(tǒng)選用大面積（1200mm2)低本底的金桂面半導(dǎo)體探測器。金半導(dǎo)體探測器由一片N型桂構(gòu)成，桂上鍍了一層金（10-20nm)，那一層娃卻具有了 P型桂的特征，這種PN結(jié)靠近表面層，結(jié)區(qū)即的靈敏區(qū)，探測器在工作時需要加負高壓。金桂面壟探測器的優(yōu)點是比PIPS探測器要好，缺點是探測效率要比PIPS探測器低。HPS探入型探測器。該種探測器排除了微等離子區(qū)擊穿的威脅。無感層（比SDB和DJ探測器的無感層要��；可烘培到locrc。接觸面用離成，可以得到精確、薄而且突變的結(jié)，使a粒子分辨率好，峰的展寬入射窗穩(wěn)定而堅固，可以很方便的應(yīng)用于多種需要頻繁擦洗的場合[檢測系統(tǒng)的實物結(jié)構(gòu)圖分別如下圖3-2所示。

醫(yī)用棉球上a放射性活度，假設(shè)把取樣醫(yī)用棉球均勾鋪展之后，做成待檢驗圓形面源，可以建立金娃面半導(dǎo)體探測器Geant4模擬模型，如圖3-3所示。探o叻衙舾星

本文編號：2750188