关于γ相机在放射源监测中的应用

薛　会　胡　飞　刘鸿诗　王宝义　帅　磊　朱蓓孝　姚建新

(1. 环境保护部辐射环境监测技术中心，杭州　310012；

2.国家环境保护部辐射环境监测重点实验室，杭州　310012；3.中国科学院高能物理研究所，北京　100049)

关于γ相机在放射源监测中的应用

薛会1，2胡飞1，2刘鸿诗1，2王宝义3帅磊3朱蓓孝1，2姚建新1，2

(1. 环境保护部辐射环境监测技术中心，杭州310012；

2.国家环境保护部辐射环境监测重点实验室，杭州310012；3.中国科学院高能物理研究所，北京100049)

【摘要】放射源在我国的使用已涉及工业、农业、环保、能源、科技、医疗、国防等诸多领域，同时放射源的丢失事件时有发生，造成财产损失、人员伤亡的同时还可能引起社会恐慌，负面影响很大。加强对放射源的有效监管，提高放射源的搜寻水平，对保障公共安全，维护社会和谐稳定，具有极为重要的意义。γ相机能远距离对放射性物质进行快速成像，定位准确，可有效减少工作人员所受照射剂量，为放射源监测和丢失放射源搜寻提供了新手段。本文介绍了基于编码孔径技术的新型γ相机的基本原理，并将γ相机应用于某放射源贮存库找源的试验，验证了γ相机在放射源监测中的有效性。

【关键词】γ相机；放射源；寻源

随着国民经济的发展和科学技术的进步，放射源在我国得到应用的领域和数量不断增长，放射源在我国的使用已涉及工业、农业、环保、能源、科技、医疗、国防等诸多领域，。据不完全统计，我国使用中的放射源已超过10万枚。放射源的丢失事件时有发生，造成财产损失、人员伤亡的同时还可能引起社会恐慌，负面影响很大。放射源安全也成为社会生活中的重要要素。对放射源的有效监管，对保障公共安全，保护公众生命安全和环境安全，防范放射性污染和风险，维护社会和谐稳定，具有极为重要的意义。

1关于γ相机简介

γ相机诞生于20世纪50年代，最初作为单光子发射断层成像仪(SPECT)的探头应用于核医学领域，之后被应用到工业和军事领域。随着编码孔径成像技术的提出和发展，以二十世纪90年代美国LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)实验室研发的基于编码孔径技术的γ射线成像谱仪为标志，现代γ相机诞生，并在之后逐步实现了商业化。现代γ相机能在远距离对放射性物质进行快速成像，确定其强度并准确定位。在放射源监测及探寻方面，能大大缩短定位时间，减少工作人员所受照射剂量。近年来，国内科研机构也相机开展了编码孔径γ成像技术研究，并已有相关产品出现。

图1　实验用γ相机

γ相机的基本结构主要由编码孔准直器、闪烁体晶体探测器、数据采集与传输模块及用户终端构成。γ相机成像方式经历了由单针孔成像到编码孔径成像的发展历程。编码孔径成像是一种多针孔成像技术，其成像过程分为编码投影和解码重建过程：放射源发射的γ射线透过编码板上多个小孔后在探测器上形成的投影图像叠加产生编码图像，探测器采集到的编码图像经滤波和重建过程进行解码复原，反演出放射源图像。重建出的图像强度即反映了放射源源强大小。与传统的单针孔成像相比，开孔数的增加大大提高了探测效率，使得设备在成像时间、探测下限、抗噪能力等方面具有更为优越的性能。随着计算机视觉技术的发展，现代γ相机一般配备光学成像系统和辐射成像系统，通过图像配准和融合方法将重建图像与现场空间图像进行融合后显示给用户，以便对放射源进行精确定位。

2关于γ相机寻源实验

为验证γ相机应用于放射源监测、寻找放射源活动的可行性，进行了多组模拟实验。实验使用中国科学院高能物理研究所研制的γ相机(HENT33-011A)，如图1所示，该系统基于编码孔径γ射线成像原理，其性能参数见表1。实验在严密的安保措施下进行，地点位于某放射源贮存库，远离外界人居环境。

表1　γ相机性能参数

2.1　环境本底测量

将γ相机放置于放射源库外，对放射源库厂房大门进行成像，以观察厂房大门敞开情况下的测量结果。保持γ相机与墙面间距约6米，成像时间10分钟，同时测量成像探头处空气剂量率为0.15μSv/h，与远离库房区测量结果相同，可认为在此情况下测量值为环境本底值。成像结果如图2所示，(a)为测量现场示意图，(b)为视场内γ辐射分布图像，该图像以二维伪彩色反映视场内γ辐射分布情况的相对强弱，图中红色为视场中γ辐射的相对高值，根据热点图像、探头剂量率、以及物距等信息，计算热点活度，对γ辐射分布图像与光学图像进行图像融合，并根据活度的大小进行配色，如图(c)所示。在放射源库外测量情况下，重建图像中颜色的差异由反演误差和背景涨落造成，该测量结果表明环境中无明显辐射热点。

图2　放射源库外测量结果

图3　库内测量结果

2.2　放射源库内本底测量

将γ相机放置于放射源库房内混凝土屏蔽层上，探头朝向贮源区域，对源库内环境本底进行成像，成像时间10分钟，物距覆盖从2米到20米的较宽范围，成像探头处空气剂量率为0.3μSv/h，比库外略高。成像结果如图3所示，结果表明虽然源库内环境本底高于外部天然环境本底，但混凝土屏蔽层屏蔽效果较好，视场内没有发现明显热点。

2.3　放射源库内孤立源测量

打开混凝土屏蔽层，将屏蔽层下活度约100μCi活度的废60Co源吊起至屏蔽层上，探头距离源约5米测量，成像时间10分钟，探头处空气剂量率为0.4μSv/h。成像结果如图4所示，重建图像中呈现明显热点，结合融合图像，实现了放射源的准确定位。此测试中目标放射源在探头位置造成的剂量率升值约为0.1μSv/h，放射源库内环境辐射本底约为0.3μSv/h，说明该成像方法具有较强的抗本底干扰能力。

2.4　寻源模拟实验

为模拟实际寻源过程，将一枚活度约为10μCi的源置于库外灌木丛中近路面位置，将γ相机探头对准不同区域成像寻源，探头距路面边缘最近距离约7m，探头处剂量为0.15μSv/h，各角度成像时间为5分钟。测量结果如图5所示，5(a)为测量现场图；5(b)中，放射源位于设备视场角范围之外，所采集结果中未发现明显辐射热点；通过水平方向上转动探头继续采集图像，当放射源进入设备视场角范围内时，得到放射源图像如图5(c)所示，融合图像上有明显的热点并准确找到了藏匿的放射源，此测试验证了γ相机寻源位置的准确性。对比背景测量实验和寻源模拟实验，在探头处剂量同为0.15μSv/h的情况下，γ相机能够在远距离情况下敏感而迅速的识别出放射源的存在并定位，而靠传统的剂量率巡测方法，在这一位置无法鉴别出放射源的存在，需要多点反复定位或两台以上剂量率仪配合方能准确定位，这一实验充分体现出了γ相机在寻源中的优势。

图4　孤立源测量结果

图5　寻源模拟实验

3讨论和建议

本文介绍了编码孔径γ相机的基本原理，并采用γ相机在放射源贮存库进行了模拟搜源实验，γ相机具有成像及定位功能，结合光学图像，能够快速、准确的进行放射源实时定位。γ相机响应时间短，覆盖面积大，人工干预少，对于辐射应急情况下的快速源定位、减少工作人员剂量，具有突出的意义，值得在应急响应中推广使用。

参考文献：

[1]刘华，赵永明，潘苏.放射源安全管理现状及对策[S].辐射防护，2002，22(5)：272-276.

[2]潘自强，谢武成，赵永明，周启甫，沈正新.放射源安全和保安的新进展[S].辐射防护，2005，25(6)：384-387.

[3]吴德强，刘新华，李 冰.改革密封放射源安全和保安监管的几点建议[S].辐射防护，2002，22(5)：269-271，288.

[4]宋凤军，雷家荣，曹 文，李忠宝，谢红卫.一种核应急用γ相机的灵敏度测量和分析[S].核电子学与探测技术，2012(3)：333-336.

[5]张磊.γ相机和便携式谱仪在辐射监测中的配合使用研究[S].核电子学与探测技术，2013，33(3)：328-332.

[6]党晓军.基于γ相机图像的放射源三维分布重构技术研究[M].中国工程物理研究院，2012.

《环境与可持续发展》学术影响因子逼近2.000

位列环境保护部主管期刊第一名

在全国收录环境科学类66种期刊中排位第六名

据知网2014年12月16日发布的《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术(2014版)》，我刊学术影响因子显著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大关，为1.971，名列环境保护部主管期刊第一名。在全国收录环境科学类66种期刊中排位第6名，其中2012年位列全国第18名，2011年第29名，2010年第33名。

资助项目：国家重大科学仪器设备开发专项“分布式动态放射性探测成像系统”，项目编号：2011YQ120096.

引用文献格式：薛会等.关于γ相机在放射源监测中的应用[J].环境与可持续发展，2015，40(1)：121-123.

On Performance of Gamma Camera in Radiation Monitoring

XUE Hui1，2HU Fei1，2LIU Hongshi1，2WANG Baoyi3SHUAI Lei3ZHU Beixiao1，2YAO Jianxin1，2

(1. Radiation Monitoring Technical Center (RMTC)，MEP，Hangzhou 310012，China；

2. State Key Laboratory of Radiation Environmental Monitoring，MEP，Hangzhou 310012，China；

3. Institute of High Energy Physics，Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China)

Abstract：China is a country of a big amount of radioactive sources. Effective supervision of radioactive sources is significant in protection of public security and maintaining social harmony and stability. Gamma camera has the capability of imaging a distant radioactive source in a very short period of time and locating the radioactive source，thus reducing the dose of the staff. In this article，an experiment of searching for lost radioactive source with gamma camera is performed，in a radioactive source store，to verify the effectiveness of gamma camera in radiation monitoring.

Keywords：Gamma Camera；Radioactive Source；Search for Radioactive Source

中图分类号：X591

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2015)01-0121-03

作者简介：薛会，工程师，博士，从事辐射环境监测、核与辐射安全相关研究