一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统及方法，涉及核辐射场模拟技术领域，系统包括模拟控制单元、蒙特卡罗粒子输运计算程序、模拟探测设备、模拟辐射源；模拟辐射源用于模拟中子辐射源或伽马辐射源；模拟探测设备用于模拟中子探测或伽马探测；蒙特卡罗粒子输运计算程序用于进行三维场景的构建，以及辐射场的计算；模拟控制单元用于设置模拟辐射源的源强、位置，以及与模拟探测设备通信，记录模拟探测设备的操作方式和检测结果。本发明专利技术利用模拟计算，可以逼真的构建辐射环境，有利于训练人员感受真实辐射特点，积累应急救援监测经验，提高训练人员核辐射监测能力，为训练人员的模拟训练提供科学支撑。为训练人员的模拟训练提供科学支撑。为训练人员的模拟训练提供科学支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统及方法


[0001]本专利技术涉及核辐射场模拟
，尤其是一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统及方法。

技术介绍

[0002]放射源具有辐射危害，一旦发生核事故，需要救援人员携带检测设备现场救援、处置。核事故救援人员平时需要按照训练方案进行救援训练，如果采用实际核环境，则会对救援人员的身体产生辐射危害，不利于长期个人健康。因此需要构建一个逼真的模拟核辐射环境，在该环境下进行监测模拟训练，以提高救援人员监测能力。
[0003]根据放射源的辐射场特性和模拟需求，研制符合的模拟中子、伽马放射源。模拟剂量率一般通过测量模拟辐射监测设备与模拟放射源之间的距离转换得出，以距离变化来模拟放射源辐射场的强度变化。对此常见的模拟方法有：超声波、红外、WiFi、ZigBee、超宽带(UWB)。超声波的工作范围小，布置模拟辐射场需要增加功率放大器才能达到一定范围的声波覆盖区域，增加了设备的复杂性和模拟场地的不可控因素。红外是一种可见光，且具有方向性，因此不满足模拟放射源的需求。WiFi、ZigBee和超宽带发出的信号都是电磁波，且发散方式都是呈圆形扩散。WiFi和ZigBee的信号不仅覆盖范围小于超宽带，定位精度还较低，不符合监测训练中对模拟源的精确定位训练需求。超宽带的工作范围能够覆盖日常训练场地，定位精度范围小于训练队员的步伐移动距离，但是射频模式与伽马和中子在物质中传输的机制不同，在有屏蔽材料的场景下，存在模拟精度不准确问题。
[0004]因此为提高核事故救援人员训练水平，保证救援人员辐射安全，需要一种逼真的构建核辐射场场景的方法和系统，用于平时救援训练，为核事故救援人员的救援训练提供科学手段。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统，能够逼真的构建模拟辐射场，为训练人员的模拟训练提供科学支撑。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：
[0007]一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统，系统包括：模拟控制单元、蒙特卡罗粒子输运计算程序、模拟探测设备、模拟辐射源；
[0008]所述模拟辐射源用于模拟中子辐射源或伽马辐射源；所述模拟辐射源包括定位和通信功能；
[0009]所述模拟探测设备用于模拟中子探测或伽马探测，所述模拟探测设备包括定位、通信、显示、控制功能；
[0010]所述蒙特卡罗粒子输运计算程序用于进行三维场景的构建，以及辐射场的计算；
[0011]所述模拟控制单元用于设置模拟辐射源的源强、位置，以及与模拟探测设备通信，记录模拟探测设备的操作方式和检测结果。
[0012]本专利技术还提供一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统的方法，包括如下步骤：
[0013]S1，针对训练场景的屏蔽结构和模拟源项进行三维场景建模；
[0014]S2，根据模拟控制单元设置的源强和位置，使用蒙特卡罗粒子输运计算程序进行计算，得到辐射场的分布数据，并转化为个人剂量数据；
[0015]S3，训练人员持模拟探测设备进入训练场景；
[0016]S4，根据模拟探测设备的位置信息，将个人剂量数据实时发给模拟探测设备，并在模拟探测设备上进行显示；
[0017]S5，训练人员根据模拟探测设备的探测数据，进行相关操作训练；
[0018]S6，指挥人员通过模拟控制单元指挥训练人员的行走路径，并对训练人员的操作和探测数据进行记录，评估训练效果。
[0019]步骤S1中，三维场景建模的所需数据包括：
[0020]几何数据，包括训练场景中所有设施的尺寸、位置；
[0021]材料数据，包括每个设施的材料组成；所述材料组成包括：材料密度、核素份额、核素截面数据库；
[0022]源项数据，包括辐射源的形状、粒子种类、能量、方向、源强。
[0023]步骤S6中，评估训练效果的具体方式为：利用路径优化模型并以剂量最少为目标规划训练人员的最优路线，将最优路线与训练人员的实际行动路径进行对比，评估训练人员的训练效果，最优路线与实际行动路径越接近，训练效果越好。
[0024]本专利技术的优点在于：
[0025]本专利技术利用模拟计算，可以逼真的构建辐射环境，有利于训练人员感受真实辐射特点，积累应急救援监测经验，提高训练人员核辐射监测能力，为训练人员的模拟训练提供科学支撑。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统的架构图。
[0027]图2为本专利技术的一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练方法的流程图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]由图1所示，一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统，包括模拟控制单元1、蒙特卡罗粒子输运计算程序2、模拟探测设备3、模拟辐射源4。
[0030]所述模拟辐射源4用于模拟中子辐射源或伽马辐射源；所述模拟辐射源4包括定位和通信功能。
[0031]所述模拟探测设备3用于模拟中子探测或伽马探测，所述模拟探测设备3包括定位、通信、显示、控制等功能；所述模拟探测设备3为便携式模拟探测设备。
[0032]所述蒙特卡罗粒子输运计算程序2用于进行三维场景的构建，以及辐射场的计算。
[0033]所述模拟控制单元1用于设置模拟辐射源4的源强、位置，以及与模拟探测设备3通信，记录模拟探测设备3的操作方式和检测结果。
[0034]由图2所示，一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练方法，包括如下步骤：
[0035]S1，针对训练场景的屏蔽结构和模拟源项进行三维场景建模。
[0036]本实施例中，模拟长宽高为10米
×
10米
×
3米的房间，房间右侧中间有一个门，宽和高为1米
×
2米，房间中间有一个1米的正方体铁柜，铁皮厚1厘米，在铁柜中间有一个1厘米
×
1厘米
×
1厘米的中子放射源，强度为2.2
×
106中子/s
·
ci，方向为各向同性，平均能量为4.5MeV。模拟人员从房间右侧门进入，寻找放射源，并进行处置。
[0037]S2，根据模拟控制单元1设置的源强和位置，使用蒙特卡罗粒子输运计算程序2进行计算，得到辐射场的分布数据，并转化为个人剂量数据。
[0038]所述个人剂量数据是指个人在辐射场中不同的位置的受到辐射的剂量值。
[0039]S3，训练人员持模拟探测设备3进入训练场景。
[0040]S4，根据模拟探测设备3的位置信息，将个人剂量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统，其特征在于，系统包括：模拟控制单元(1)、蒙特卡罗粒子输运计算程序(2)、模拟探测设备(3)、模拟辐射源(4)；所述模拟辐射源(4)用于模拟中子辐射源或伽马辐射源；所述模拟辐射源(4)包括定位和通信功能；所述模拟探测设备(3)用于模拟中子探测或伽马探测，所述模拟探测设备(3)包括定位、通信、显示、控制功能；所述蒙特卡罗粒子输运计算程序(2)用于进行三维场景的构建，以及辐射场的计算；所述模拟控制单元(1)用于设置模拟辐射源(4)的源强、位置，以及与模拟探测设备(3)通信，记录模拟探测设备(3)的操作方式和检测结果。2.应用于权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗计算的核辐射场模拟训练系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，针对训练场景的屏蔽结构和模拟源项进行三维场景建模；S2，根据模拟控制单元(1)设置的源强和位置，使用蒙特卡罗粒子输运计算程序(2)进行计算，得到辐射场的分布数据，并转化为个人剂量数据；S3，训练人员持模拟探测设备(3)进入训练场景；S4，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中阳，杨子辉，孙国民，陶桂花，傅娟，霍前超，田浩，李桃生，郁杰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：