放射源定位方法研究引入实验教学的实践与探索——基于创新型人才培养视角

刘辉兰，宋玉收，齐美玲，侯英伟

(哈尔滨工程大学 核科学与技术学院，哈尔滨 150001)

创新型人才的培养模式不是单一的，也不是固定化的，近几年，国内各大高校都非常重视创新型人才培养和拔尖人才培养模式的探索[1-3]。本科生要在掌握了一定专业知识的基础上积极参与科学研究训练，这是创新型人才培养的重要途径和模式。科学研究要向实验教学转化，将科学研究的优势资源引入实验教学，为实验教学提供指导方向，促进实验教学质量的提高，锻炼学生的创新能力，打造以创新型人才培养为目标的高校实验实践环境。科学研究向实验教学的转化为创新人才培养提供实践训练的作用不容忽视，哈尔滨工程大学核科学与技术学院非常重视将科学研究的优势资源引入实验教学。

1 放射源定位方法的研究意义及引入实验教学的基础

1.1 研究意义

随着核科学与技术的发展，我国对于放射源的应用越来越广泛。在实验课程的实践训练环节开展放射源定位方法研究实验项目，可以使学生在实验课程中有机会接触和了解社会对核科学与技术专业关键技术的需求及专业未来发展趋势，锻炼学生的创新能力、发现问题和解决问题的综合能力，为以后的科学研究奠定基础。

1.2 引入实验教学的基础

哈尔滨工程大学核科学与技术学院科研团队教师针对放射源定位方法已经做了较多研究，一系列相关的学生创新创业训练项目也得到了学校专项基金的支持。基于前期的科学研究及学生创新创业训练，将放射源定位方法引入实验教学已经具备了较好的研究基础和保障条件。学院大力支持科研成果向实验教学的转化，积极鼓励教师将课题组的科学研究优势资源引入实验教学，实现科学研究与实验教学的有机结合。

2 放射源定位实验的具体实施方案、途径与方法

2.1 放射源定位实验方案

放射源定位有两种方案，一种是装备一个探头，移动测量，如果是理想点源，两个测量位置就可以定位了；如果不是点源，需测量多个位置来同时确定源的方位和源的形状。每次测量需记录辐射信息和空间位置，以便做数据重构和定位计算。这种方案的好处在于系统简单，成本低，可以在行进过程中边走边测，走完就测完。缺点是一个探头测量多个位置，测量过程中需要逐步采点，测量时间较长。另一种模式是使用多个辐射探测器进行辐射场的分点测量，然后根据分点测量的数据进行数据空间模型的构建，得到源的方位和形状。由于逐步采点测量时间较长，考虑到学生实验的时间限制，在实验中采用第二种放射源定位方案。

2.2 放射源定位实现的途径与方法

实验中利用4个NaI闪烁体探测器同时测量137Cs放射源得到的计数率，采用极大似然估计的定位方法，通过EM算法迭代计算和插值方法对空间辐射场进行分析计算和重构，根据探测器的计数率和探测器的空间位置来确定若干未知活度点状放射源的空间位置、活度及数量。为了验证放射源定位方法引入实验教学的可行性，采用实验室现有的137Cs放射源，通过多次实验验证该定位方法的可靠性及误差范围，分析可能影响算法的因素，设计放大器电路，通过EDA设计软件进行模拟，进而完成PCB的设计与制作和室内一般条件下的放射源定位实验设计。

3 放射源定位方法实验的关键问题及创新之处

3.1 伽马放射源定位仪开发

放射源定位方法能成功引入实验教学的一个关键因素就是自研实验样机伽马放射源定位仪。开发实验教学使用的伽马放射源定位仪要解决两个关键问题，一个是基于技术型探测器的定位算法。目前，常见的放射源定位主要使用成像探测器，通过成像进行定位，但成像定位需要的探测器通常成本较高，系统复杂。本研究采用的是一种简单的只需要计数的方式来进行未知源项定位，定位算法是定位仪开发的一个关键问题和创新之处。对整个系统进行联调测试，验证有效性，这是自制定位仪的另一个关键问题。探测器系统包括探头、光电转换器件、信号处理系统、数据获取系统、上位主机、偏置高压、低压供电等构成部分，系统联调涉及辐射探头的设计开发、信号处理、算法与程序设计等多种技术的综合利用。

3.2 辐射场测量

常规的伽马放射源定位中辐射场的测量方法是通过辐射探测器进行逐点测量，得到辐射场中离散的测量点，通过插值算法得到整个辐射场的测量结果。本研究采用辐射源项多点测量的方法得到辐射源项的位置、能谱、活度等相关信息。基于该测量方法，使用解析算法对场所的全空间辐射场进行构建，从而得到辐射场测量结果。

4 放射源定位实验的教学实践

首先，将放射源定位方法引入科学研究与实验教学的切合点，调研学生对放射源定位实验的意向，制订合理的实验项目。利用前期学生创新训练的基础，初步设计制订了两个实验项目，伽马放射源定位实验和伽马辐射场监测实验，明确不同层次的实验目标，编写完成两个实验项目的实验讲义。其次，调研学生对这两个实验项目的参与意向，实现学生和教师的双向选择，以试点方式开展实验。最后，广泛调研参与实验学生的反馈信息，根据学生的实验实践及反馈信息优化实验项目，修改实验讲义，修订完善实验所需其他资料，如实验注意事项、设备的使用说明书及各个部件的性能、技术指标、技术图纸等内容。

5 定位方法研究引入实验教学的预期效果与推广价值

通过将科学研究的优势资源引入实验教学，实现放射源定位方法研究与实验教学的有机结合，不断完善创新实验教学理念，增强本科生实验教学的前沿性、创新性及实用性，逐步建立以培养能力为主线的实验教学体系，让学生通过实验教学锻炼综合能力，进一步在实验教学中引导学生参加相关的科研和创新活动，逐步在实验教学实践中探索培养本科生创新精神和实践能力的有效途径。在实验探索中，应不断改进完善放射源定位方法研究和实验设备设计，努力实现放射源定位实验仪器的开发和推广。