一種仿真核輻射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及仿真核輻射實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種以部件識認(rèn)碼和狀態(tài)信號導(dǎo)出結(jié)果 的核輻射仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核輻射是一種普遍的物理現(xiàn)象，并已經(jīng)大量的應(yīng)用于產(chǎn)生能源，治療疾病，處理食 品等。相關(guān)知識成為很多理工科課程的內(nèi)容，而放射性同位素便常常在核實(shí)驗(yàn)課里被用作 輻射粒子源。但是放射性同位素的購買、貯存、運(yùn)輸、棄置等都有很嚴(yán)格的規(guī)管，令管理人員 難于處理。加上公眾對核輻射的危險(xiǎn)性普遍認(rèn)識不足，或過度恐懼，令放射性同位素的使用 非常麻煩，影響了對核輻射教育的推廣。
[0003] 用仿真技術(shù)來模擬核輻射實(shí)驗(yàn)，可以有效解決真實(shí)核輻射實(shí)驗(yàn)的安全問題，令更 多人可認(rèn)識基本的核輻射現(xiàn)象。目前相關(guān)的仿真方法主要有兩種：一種是是靠電腦程序產(chǎn) 生圖像來制造模擬結(jié)果，這不能給予使用者有足夠的實(shí)際操作體驗(yàn)；另一類的仿真實(shí)驗(yàn)是 真實(shí)的元件來產(chǎn)生物理上的信號，如輸出光線，通過輸出物理信號來代替模擬的物理現(xiàn)象， 這方法雖可產(chǎn)生較強(qiáng)的真實(shí)感，但須找到多件能給出仿真效果的部件，并令它們協(xié)同工作， 難度很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種以部件識認(rèn)碼和狀態(tài) 信號導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的核輻射仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
[0005] -種仿真核輻射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括一組仿真部件，一數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)單元和一數(shù)據(jù) 處理單元，其中，該仿真部件產(chǎn)生一組識認(rèn)碼和狀態(tài)信號，以指定該仿真部件的物理特性參 數(shù)和反映該仿真部件所處的狀態(tài)；該數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)單元接收仿真部件發(fā)送來的識認(rèn)碼和 狀態(tài)信號，發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；該數(shù)據(jù)處理單元接收數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的識認(rèn) 碼和狀態(tài)信號，模擬仿真核輻射現(xiàn)象。
[0006] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的仿真核輻射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不靠部件產(chǎn)生物理變量來產(chǎn)生 仿真效果，而是由各部件產(chǎn)生識別碼和狀態(tài)信號，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)這些識別碼和狀態(tài)信 號，以及使用者輸入的狀態(tài)信號來導(dǎo)出核輻射仿真效果，方便協(xié)同各部件，結(jié)構(gòu)簡單，可以 給實(shí)驗(yàn)者較為真實(shí)的操作體驗(yàn)，達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果。
[0007] 進(jìn)一步地，所述仿真部件中包括一仿真核輻射源，其產(chǎn)生一組識認(rèn)碼以指定與輻 射源有關(guān)的物理特性參數(shù)，并且產(chǎn)生在位狀態(tài)信號和高度位置狀態(tài)信號，以分別反映仿真 核輻射源是否在位以及其高度。
[0008] 進(jìn)一步地，所述仿真部件中還包括一仿真探測器，其與仿真核輻射源相對設(shè)置，產(chǎn) 生一與仿真核輻射源間的對視狀態(tài)信號，以反映仿真核輻射探測器是否與仿真核輻射源相 對；以及產(chǎn)生一水平位置狀態(tài)信號，以反映仿真核輻射探測器與仿真核輻射源的距離。
[0009] 進(jìn)一步地，所述仿真部件中還包括一仿真吸收片，其位于仿真核輻射發(fā)射器與仿 真核輻射探測器之間，產(chǎn)生一組識認(rèn)碼，以指定仿真吸收片的材料和厚度，并產(chǎn)生一仿真吸 收片高度位置狀態(tài)信號，以指定仿真吸收片的高度位置。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的仿真部件中還包括一仿真防護(hù)罩，其蓋設(shè)在仿真核輻射源、仿真 探測器和仿真吸收片之上，以產(chǎn)生一防護(hù)罩安全聯(lián)鎖狀態(tài)信號，以指定仿真防護(hù)罩是否已 經(jīng)蓋上。
[0011] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)設(shè)有預(yù)先輸入的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)信息，背景輻射粒子計(jì) 數(shù)率和仿真探測器的偏壓值。
[0012] 同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種通過部件的狀態(tài)識認(rèn)碼和狀態(tài)信號來仿真核輻射實(shí)驗(yàn) 的方法。一種仿真核輻射實(shí)驗(yàn)的方法，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)仿真部件、一數(shù)據(jù)收集與轉(zhuǎn)發(fā)單元和 一數(shù)據(jù)處理單元，包括以下步驟：
[0013] A)所述仿真部件產(chǎn)生一組識認(rèn)碼和狀態(tài)信號；
[0014] B)通過數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)單元收集仿真部件的識認(rèn)碼和狀態(tài)信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處 理單元；
[0015] C)數(shù)據(jù)處理單元獲取仿真部件的狀態(tài)信號，確定仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境；
[0016] D)數(shù)據(jù)處理單元獲取仿真部件的識認(rèn)碼，得出仿真部件的物理參數(shù)；
[0017] E)數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和仿真部件的物理參數(shù)，依照核輻射特性進(jìn)行 綜合計(jì)算處理，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，仿真各種核輻射物理現(xiàn)象。
[0018] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的仿真核輻射實(shí)驗(yàn)方法，由識別碼和狀態(tài)信號來導(dǎo)出核 輻射仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以仿真多種核輻射現(xiàn)象，達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，給實(shí)驗(yàn)者較為真實(shí)的 操作體驗(yàn)。
[0019] 進(jìn)一步，所述仿真部件中包括仿真核輻射源，所述仿真核輻射源產(chǎn)生'粒子類型識 認(rèn)碼'、'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'和'半衰期識認(rèn)碼'，所述步驟E)具體為：通過'粒子類型識認(rèn)碼' 確定輻射粒子類型，通過'輻射強(qiáng)度碼'確定原始輻射粒子計(jì)數(shù)率Ic，原始輻射粒子計(jì)數(shù)率 I。乘以一段固定的時(shí)間t，得出原始原子數(shù)N ;通過'半衰期識認(rèn)碼'獲得半衰期T，由公式p =In2/T計(jì)算衰減概率p，之后在每段固定時(shí)間t里，重復(fù)按衰減概率p確認(rèn)每個(gè)原子是否 衰變，將衰變了的原子數(shù)除以時(shí)間t，求得新的輻射粒子計(jì)數(shù)率I，并畫出輻射粒子計(jì)數(shù)率 隨時(shí)間的變化曲線，模擬核輻射半衰期衰減現(xiàn)象。
[0020] 進(jìn)一步，所述仿真部件中包括仿真核輻射源和仿真探測器，所述仿真核輻射源產(chǎn) 生'粒子類型識認(rèn)碼'和'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'，所述仿真探測器產(chǎn)生水平位置狀態(tài)信號，所述 步驟E)具體為：通過'粒子類型識認(rèn)碼'確定輻射粒子類型，通過仿真核輻射源的'輻射強(qiáng) 度識認(rèn)碼'確定原始輻射粒子計(jì)數(shù)率'通過仿真探測器的'水平位置狀態(tài)信號'，得出它與 仿真核輻射源間的距離D，將輻射粒子計(jì)數(shù)率I。乘以1/4 Jr D 2的因子得到粒子計(jì)數(shù)率I，并 改變D值，導(dǎo)出輻射粒子計(jì)數(shù)率I隨D的變化曲線，模擬核輻射現(xiàn)象中平方反比定律。
[0021] 進(jìn)一步，所述仿真部件包括仿真核輻射源和仿真吸收片，所述仿真核輻射源產(chǎn)生 '粒子類型識認(rèn)碼'和'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'，所述仿真吸收片產(chǎn)生'材料識認(rèn)碼'和'厚度識認(rèn) 碼'，所述步驟E)具體為：通過仿真核輻射源的'粒子類型識認(rèn)碼'確定輻射粒子類型，通過 仿真輻射源的'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'確定原始輻射粒子計(jì)數(shù)率I。，通過仿真吸收片的'材料識 認(rèn)碼'確定它對各類型的輻射粒子的吸收系數(shù)y，通過仿真吸片的'厚度識認(rèn)碼'定出介質(zhì) 厚度d，由公式I = I# M算出仿真輻射線通過仿真吸收片后的粒子計(jì)數(shù)率I，繪出ln(I。/ I)隨仿真吸收片厚度d的關(guān)系曲線，驗(yàn)證其斜率接近吸收系數(shù)ii，模擬核輻射在物質(zhì)中衰 減的現(xiàn)象。
[0022] 進(jìn)一步，所述仿真部件包括仿真核輻射源，所述仿真核輻射源產(chǎn)生'粒子類型識認(rèn) 碼'、'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'和'隨機(jī)分布類型識認(rèn)碼'，所述步驟E)具體為：通過仿真核輻射源 的'粒子類型識認(rèn)碼'確定輻射粒子類型，通過仿真輻射源的'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'確定原始 輻射粒子計(jì)數(shù)率I。，通過仿真輻射源的'隨機(jī)分布類型識認(rèn)碼'，確定輻射粒子計(jì)數(shù)率I的機(jī) 率分布函數(shù)，把函數(shù)曲線以下的面積等分成很多小面積元，從中隨機(jī)抽取面積元，把抽中的 面積元所對應(yīng)的粒子計(jì)數(shù)率作為輸出，導(dǎo)出的輻射粒子計(jì)數(shù)率I的出現(xiàn)頻率會(huì)呈現(xiàn)與設(shè)定 的分布類型吻合的隨機(jī)分布，模擬核福射粒子計(jì)數(shù)率的隨機(jī)分布現(xiàn)象。
[0023] 進(jìn)一步，所述仿真部件包括仿真核輻射源，所述仿真核輻射源產(chǎn)生'粒子類型識認(rèn) 碼'、'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'和'隨機(jī)分布類型識認(rèn)碼'，所述步驟E)具體為：通過仿真核輻射源 的'粒子類型識認(rèn)碼'確定輻射粒子類型，通過仿真輻射源的'輻射強(qiáng)度識認(rèn)碼'確定原始 輻射粒子計(jì)數(shù)率I。，通過仿真輻射源的'隨機(jī)分布類型識認(rèn)碼'，確定輻射粒子計(jì)數(shù)率的機(jī) 率分布函數(shù)，利用適當(dāng)?shù)耐队昂瘮?shù)關(guān)系，把從某數(shù)域中均勻隨機(jī)抽取的數(shù)值投射到與仿真 核輻射源有相同的隨機(jī)分布類型的函數(shù)值，從而定出輻射粒子計(jì)數(shù)率I，導(dǎo)出的輻射粒子計(jì) 數(shù)率I的出現(xiàn)頻率呈現(xiàn)與設(shè)定的分布類型吻合的隨機(jī)分布，模擬核輻射粒子計(jì)數(shù)率的隨機(jī) 分布現(xiàn)象。
[0024] 為了能更清晰的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合【附圖說明】闡述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明的仿真核輻射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2本發(fā)明的仿真核輻射源和仿真核輻射源插座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3本發(fā)明的仿真核探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4本發(fā)明的仿真吸收片和仿真吸收片插座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)單元和數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6本發(fā)明實(shí)施例1檢驗(yàn)核輻射放射性同位素半衰期的結(jié)果圖。