管道內(nèi)LRAD測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)試驗(yàn)與PLS-BP網(wǎng)絡(luò)校正技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)大量核設(shè)施退役和三廢治理工程的實(shí)施,放射性廢舊管道日愈增多,需要對(duì)退役產(chǎn)生的管道內(nèi)表面進(jìn)行α活度測(cè)量。由于α粒子穿透力弱,在介質(zhì)中的射程極短,難以實(shí)現(xiàn)從管道外部探測(cè)其內(nèi)表面的α污染情況,傳統(tǒng)的表面α污染探測(cè)技術(shù)(擦拭測(cè)量和探針方式測(cè)量)具有一定的局限性。針對(duì)管道內(nèi)壁或不規(guī)則污染面的α粒子探測(cè)要求,如何有效監(jiān)測(cè)該類管道內(nèi)表面的放射性污染活度,成為α監(jiān)測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)。
　　 長(zhǎng)距離α探測(cè)技術(shù)(Long Range Alpha

2、Detector,LRAD),作為測(cè)量α粒子活度的高靈敏方法被提出,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異型物件表面污染的無(wú)損、快捷及遠(yuǎn)距離探測(cè),能探測(cè)到空氣滲透的任何地方,具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 自1991年發(fā)展至今,LRAD技術(shù)的研究主要應(yīng)用于廢棄管道內(nèi)表面污染監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)表面、土壤表面以及氡氣等；20世紀(jì)末,國(guó)內(nèi)幾家單位也開展了此項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究工作,對(duì)管口LRAD測(cè)量技術(shù)中影響因素進(jìn)行了分析研究,積累了一定經(jīng)驗(yàn),但是與國(guó)外同領(lǐng)域相比,

3、從管口到管道內(nèi)α污染測(cè)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)非常缺乏,仍需繼續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā),如開展被測(cè)管管徑、管長(zhǎng)、測(cè)量距離、管道風(fēng)速(空氣流量)等因素對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響特征研究等,以保證LRAD測(cè)量?jī)x器在我國(guó)核設(shè)施退役領(lǐng)域的有效應(yīng)用和全面推廣。
　　 放射性測(cè)量領(lǐng)域中,非線性問題是影響系統(tǒng)測(cè)量精度的關(guān)鍵。LRAD技術(shù)測(cè)量管道內(nèi)α污染同樣因受到多參數(shù)影響,使得測(cè)量的電離電流值與α源強(qiáng)度之間表現(xiàn)為明顯非線性。造成這種非線性現(xiàn)象的因素(目標(biāo)α污染物的

4、不均勻性、被測(cè)管道管徑、管長(zhǎng)、管道幾何多樣性、環(huán)境中溫濕度變化及管道內(nèi)空氣流量等)均使得依據(jù)線性刻度方法所得的測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值出現(xiàn)了較大的偏差。因此,針對(duì)管道內(nèi)表面污染測(cè)量的要求,探明影響LRAD測(cè)量系統(tǒng)的非線性因子,開展非線性校正方法研究將有助于提高LRAD的分析精度,也是一個(gè)重要的研究方向。
　　 根據(jù)以上待解決的關(guān)鍵問題,在調(diào)研國(guó)內(nèi)外LRAD技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,論文以自主開發(fā)的LRAD測(cè)量系統(tǒng)為工具,以不同強(qiáng)度的239puα

5、面源作為測(cè)量對(duì)象,開展了管道內(nèi)表面LRAD測(cè)量的關(guān)鍵參數(shù)影響特征試驗(yàn)研究以及基于偏最小二乘BP網(wǎng)絡(luò)的非線性校正方法研究。
　　 論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　 (1)系統(tǒng)開展了管道內(nèi)LRAD測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)影響特征試驗(yàn)開展了管道內(nèi)LRAD測(cè)量中關(guān)鍵參數(shù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)模擬管道,將α源置于被測(cè)管道內(nèi),獲得了源強(qiáng)、測(cè)量距離、被測(cè)管道管徑、管長(zhǎng)、風(fēng)速(空氣流量)及管道幾何等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響特征,查明了影響系統(tǒng)測(cè)量的特征

6、因子。
　　 (2)建立了參數(shù)間影響特征方程在分析單一參數(shù)和雙參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響特征基礎(chǔ)上,采用合理的數(shù)學(xué)擬合方法,分別建立了既定條件下放射源、距離、管徑、管長(zhǎng)及風(fēng)速(流量)等對(duì)系統(tǒng)的影響特征方程。研究表明,放射源強(qiáng)度和距離對(duì)系統(tǒng)探測(cè)效率的影響特征表現(xiàn)為線性,測(cè)試管管徑和管長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)呈多項(xiàng)式規(guī)律變化,風(fēng)速和空氣流量對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)效率呈指數(shù)規(guī)律變化,管道幾何對(duì)測(cè)量系統(tǒng)輸出基本無(wú)影響。
　　 (3)利用偏最小二乘BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)獲取

7、的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合非線性預(yù)測(cè)。
　　 在前期關(guān)鍵參數(shù)影響特征研究的基礎(chǔ)上,對(duì)這些影響因素進(jìn)行綜合考慮,根據(jù)所引起的測(cè)量值與真實(shí)值之間的變化關(guān)系,將每個(gè)影響因素均作為一個(gè)影響因子,提出偏最小二乘BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,建立了管道內(nèi)LRAD測(cè)量動(dòng)態(tài)非線性數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型,即偏最小二乘BP網(wǎng)絡(luò)模型。該模型通過(guò)偏最小二乘思想對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,提取最大解釋變量,然后通過(guò)BP網(wǎng)絡(luò)模型映射測(cè)量系統(tǒng)中關(guān)鍵參數(shù)與測(cè)量結(jié)果之間的非線性關(guān)系,具有任意精

8、度的泛函逼近能力,可自動(dòng)修正。結(jié)果表明,該模型通過(guò)偏最小二乘回歸思想和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型相結(jié)合使用,方法簡(jiǎn)便有效,預(yù)測(cè)值與測(cè)量值平均相對(duì)誤差控制在6％以內(nèi),大大降低了非線性的影響。
　　 本課題既開展了基礎(chǔ)性研究工作,同時(shí)在方法和技術(shù)上有了一定的創(chuàng)新,最終成果達(dá)到了有效校正非線性的目的,建立了一套完整的非線性校正方法。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下三點(diǎn):
　　 (1)在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)自主研制的LRA

9、D測(cè)量系統(tǒng)開展了系統(tǒng)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)研究工作；
　　 (2)獲得了多個(gè)影響因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響特征,并建立了數(shù)理特征方程；
　　 (3)提出偏最小二乘神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法,建立了影響因素與測(cè)量結(jié)果的非線性預(yù)測(cè)模型。
　　 論文從LRAD技術(shù)的基礎(chǔ)理論出發(fā),通過(guò)管道內(nèi)LRAD測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)影響特征實(shí)驗(yàn),獲得了大量寶貴數(shù)據(jù),將測(cè)試外管管徑、管長(zhǎng)、空氣流量、探測(cè)距離等多個(gè)參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。最后在前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果基