未知放射源輻射場構(gòu)造與智能隨機(jī)搜索及其優(yōu)化研究.pdf

1、人類合理開發(fā)利用核能過程中，就開始研究核放射源安全問題。對于丟失、被盜放射源等安全事故發(fā)生情況下，如何還原未知核放射源輻射場以及如何在高輻射環(huán)境下，快速搜索并清除散落區(qū)域內(nèi)的核放射性物質(zhì)是核技術(shù)運(yùn)用中重要的安全保障問題。對核安全應(yīng)急響應(yīng)策略具有重大現(xiàn)實意義。丟失、被盜的核放射性物質(zhì)搜索大多局限于從事核技術(shù)專業(yè)的工作者，借助伽馬射線檢測儀器或其他射線探測儀，憑經(jīng)驗來搜索放射源的位置。但由于放射源搜索難度大或者特殊環(huán)境情況下的搜索效率低，放

2、射源危害人們的身體安全等問題是制約放射源搜索的技術(shù)發(fā)展瓶頸問題。在核能產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展和核技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，核放射源的安保研究，尤其是未知放射源的智能搜索研究，顯得更加重要。
　　本文從研究核放射源輻射場的物理特性入手，考慮到核輻射場自身的特點，利用數(shù)學(xué)構(gòu)造方法，構(gòu)造了稀疏數(shù)據(jù)下具有核放射源特性的輻射場函數(shù)。采用還原的未知放射源輻射場數(shù)據(jù)，設(shè)計了啟發(fā)式智能搜索算法，實現(xiàn)了計算機(jī)輔助智能搜索，提出了人機(jī)互動模式下放射源搜索技術(shù)路線。有

3、效降低了搜索放射源的輻照風(fēng)險和搜索成本；有利于快速降低和污染區(qū)域輻射水平；有利于保護(hù)公眾的人身安全和環(huán)境生態(tài)安全。本研究主要從以下四個方面展開：
　　（1）對未知放射源存在的區(qū)域進(jìn)行進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并采集網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)。在充分考慮到輻射場內(nèi)任意點輻射劑量值與放射源距離平方成反比關(guān)系，運(yùn)用數(shù)學(xué)構(gòu)造方法還原放射源輻射劑量場，構(gòu)造了網(wǎng)格線上斜率逐段連續(xù)變化的網(wǎng)格線上的輻射劑量曲線，同時結(jié)合鄰點輻射劑量占優(yōu)方法構(gòu)造了輻射劑量場來反演還原輻射劑

4、量場，得到了具有放射源特征的尖陡的凹函數(shù)輻射場，從而得到輻射場內(nèi)任意點近似輻射劑量值。模擬實驗計算得反演構(gòu)造的輻射場與實際真實輻射場誤差3.19％（見P47誤差分析實驗），反演構(gòu)造輻射劑量函數(shù)形態(tài)更具放射源特征，因此構(gòu)造輻射場方法切實可行且更接近真實輻射劑量場。提出了數(shù)學(xué)構(gòu)造法反演還原核輻射場的思路。
　　（2）在核放射源存在的區(qū)域范圍，對放射源搜索區(qū)域進(jìn)行了定義。同時針對放射源搜索問題中如何判斷搜索到的輻射劑量極大值是否是放射源

5、進(jìn)行了研究，構(gòu)造了適合不同情況的閾值算法理論來進(jìn)行判斷。以放射源輻射劑量最高處為對稱的凹函數(shù)特性設(shè)計的確定放射源判斷的數(shù)學(xué)算法為主。
　?。?）在建立核輻射劑量場的理論基礎(chǔ)上，為了能在較短的時間內(nèi)快速搜索到未知放射源，本文選用了啟發(fā)式算法，設(shè)計了線掃搜索算法。鑒于放射源僅出現(xiàn)在輻射劑量極大值點處，改進(jìn)了啟發(fā)式線掃算法，設(shè)計了僅局部擬合波峰段輻射劑量曲線的二次擬合線掃算法，簡化了搜索過程，提高了搜索的運(yùn)行效率；針對由于數(shù)據(jù)誤讀可能造

6、成放射源搜索失敗，設(shè)計了三次擬合線掃搜索算法，提高了搜索成功率。同時模擬實驗驗證了線掃算法，二次擬合和三次擬合線掃算法及其優(yōu)化算法均能在合理時間內(nèi)較好實現(xiàn)放射源搜索。
　?。?）提出隨機(jī)搜索概率優(yōu)化模型。模仿典型常規(guī)搜索放射源的經(jīng)驗，并在計算機(jī)上實現(xiàn)典型的搜索過程。將啟發(fā)式搜索思想與隨機(jī)搜索結(jié)合，使得隨機(jī)搜索適應(yīng)實際搜索中各種復(fù)雜情況，設(shè)計了帶有自動識別校正數(shù)據(jù)誤讀、大步長快速搜索以及跳出低輻射劑量區(qū)域等功能的智能隨機(jī)搜索算法。特