本發(fā)明涉及放射源探測技術領域，特別是涉及一種智能放射源探尋與處置機器人以及應用在該機器人上的防輻射損傷算法。

背景技術：

美國、法國、德國和日本等發(fā)達國家早在上世紀40年代就已經展開了核環(huán)境下機器人技術的研究工作。隨著核工業(yè)和機器人技術的發(fā)展，該領域的機器人控制技術及功能得到進一步擴展，近年來，國內外的研究機構已經開始進行放射源搜尋方面的相關研究。

1983年日本啟動核探測機器人研究計劃，截至2000年累計投資近250億元，研制開發(fā)核電站救災的機器人，先后生產六臺機器人。其中比較知名的MoniRobo-A和MoniRobo-B兩臺機器人，經常被用于監(jiān)測核事故周邊區(qū)域的輻射劑量。MoniRobo機器人配有用于移除障礙物和抓取放射物的機械臂，采用遙控方式進行遠程控制。同時具備輻射探測、拍照錄像、溫濕度檢測以及輻射區(qū)域樣品收集和檢測可燃氣體等功能。日本原子能機構(JAEA)研發(fā)了另外一組輻射檢測機器人RESQ。RESQ機器人能夠獲取環(huán)境輻射的詳細信息，如β、γ射線和中子劑量水平等數據。日本制造和科學技術中心(MSTC)的機器人MENHIR能夠在強輻射環(huán)境中工作，并且進行樣本采集，其抗輻射能力也得到大大加強。另一款由日本千葉工業(yè)大學研發(fā)的Quince機器人，是專為礦難、地震等災害的搜索和救援工作設計的經過重新設計、改裝和大量的測試后，Quince的所有電子元器件都經過防輻射加固處理，可在100mGy/h的輻射環(huán)境下工作100小時左右。

美國典型的輻射檢測機器人有iRobot公司的Warrior和PackBot機器人，QinetiQ公司的Talon和Dragon Runner機器人。其中PackBot是一款軍用機器人，由于其高耐福射性，用于檢測現場福射量，通過數百米長光纖傳回現場圖像和環(huán)境數據；Warrior機器人用于清理放射性碎石；Talon機器人利用搭載的全球定位系統(tǒng)繪制事故現場的放射線量分布圖；Dragon Runner機器人實施現場監(jiān)視和勘測。2011年4月17日，在遭遇核泄漏事故的日本福島核電站搶險中，日本首次把Warrior和PackBot機器人送往強輻射區(qū)域進行監(jiān)控和輻射水平檢測。

英國國防科技公司的TALON機器人在加裝了美國能源部愛達荷州核實驗室的繪制輻射劑量分布圖系統(tǒng)后被提供給了日本，參與了日本核電站的處理工作。用作輻射檢測機器人的TALON裝上了JAEA的機器人控制和動力平臺RC-1。RC-1平臺包括控制單元、防輻射操控箱、γ射線成像儀、網絡攝像頭、遙感器、激光3D成像儀和紅外相機，操作人員可以得到平臺附近的環(huán)境三維圖像以及γ射線的二維圖像。

瑞典設計生產的布魯克(Brokk)遙控多功能拆除機器人，采用電液式驅動，具有多種可靈活替換的末端工具，有多種拆除和搬運作業(yè)方式，易于維護和抗輻射加固，目前己被應用在核反應堆堆芯區(qū)高輻射劑量的工作場合。2006年9月，由俄羅斯和瑞典聯合研制的移動機器人Bobik被用于Kola peninsula中的核輻射監(jiān)測。

2005年，法國HYTEC公司設計生產的核監(jiān)測機器人和管道檢測與維修機器人都具有較高的技術含量。該公司可提供核輻射監(jiān)測儀器和成套核輻射監(jiān)測系統(tǒng)以及多種適合于管道檢測與維修機器人。最近，法國INTRA集團(Robot iC InterventiOR on AccidentS)選用VxWorks平臺開發(fā)出新系列放射性物質清除機器人ERASE、ERELT及EBENNE。ERASE機器人配有攝影機和射線傳感器，可用放射性事故現場的清除作業(yè)。EBENNE機器人是配有攝影機、照射燈及伽瑪射線偵測器的傾卸車，可長時間地進行精確的遙控操作：ERELT機器人裝有伸縮天線以及中繼無線電，可以在ERASE、EBENNE與控制中心之間擔任中繼傳輸站的功能，確保控制中心與事故現場間，確保操控人員的安全。

我國在核領域機器人方面的研究開始于上個世紀90年代初，依托于中科院沈陽自動化研究所、核工業(yè)第二研究設計院、哈爾濱工業(yè)大學、上海交通大學、上?？萍即髮W和西安電子科技大學等多數科研院所和高校的技術實力。在此期間，我國機器人工業(yè)實現了從無到有，并進行了相關的應用開發(fā)國內對核應急機器人的研究。我國在核應急機器人方面相對國外同行起步略晚，當前輻射監(jiān)測與事故的應急處置方面主要有人工作業(yè)、遙操作機械手和引進國外機器人作業(yè)等幾種方式。上海交通大學、中科院沈陽自動化研究所及哈爾濱工業(yè)大學等在這方面的研究工作具有一定代表性。

截至2014年12月31日，全國從事生產、銷售、使用放射性同位素和射線裝置的單位共65,266家：生產、銷售、使用放射性同位素的單位15,210家，在用放射源118,968枚；只生產、銷售、使用射線裝置的單位50,056家，共有各類射線裝置125,881臺。各省、自治區(qū)、直轄市城市放射性廢物庫已收貯廢舊放射源30,525枚，已轉運或收貯至國家放射源集中暫存庫的廢舊放射源共104,890枚。據不完全統(tǒng)計，目前至少兩千枚廢舊放射源下落不明。

另一方面，全球核電正逐漸走出日本福島核事故的陰影，進入重啟階段。其中，中國引領了這一波的建設風潮。2015年全球新增10座反應堆并網發(fā)電，其中中國就有8座。中國目前已將核電站建設作為經濟領域的主要政策之一。中國核電建設正在加速。2015年，中國共有8臺核電機組獲批。截至2015年底，中國已建成并投入運營的核電站有以下11座，投入運行的核電機組共30臺，在建的為24臺。中國首艘海洋核動力平臺即將在中船重工集團旗下渤船重工進行總裝建造，而中船重工未來將批量建造近20座海洋核動力平臺。實現批量建造后，每年將形成上百億的核動力裝備制造產值，并帶動相關配套產業(yè)發(fā)展，用5年時間打造成國內最強的海洋核動力平臺產業(yè)集團。

隨著放射源的廣泛應用及核電事業(yè)的快速發(fā)展，對于核領域機器人的需求越來越迫，尤其是耐輻射可實現放射源尋蹤、定位、劑量探測及處置的智能型機器人。目前，在我國對高危強輻射環(huán)境及高放物資的監(jiān)管和處置還是社會效益遠大于經濟效益的事情。我國輻射監(jiān)測與應急處置機器人工程化水平不夠，多數尚停留在基礎研究和試驗階段，沒有形成專業(yè)的工程實施隊伍；研發(fā)力量針對核環(huán)境的監(jiān)測與應急處置機器人相關產品基本處于空白階段，沒有形成產業(yè)化；輻射監(jiān)測方式和應急策略沒有統(tǒng)一的標準，缺乏可操作性；另外，現有的核應急機器人其自身的耐輻射性也遇到了瓶頸，無法長時間在核輻射環(huán)境下工作，它對放射源探測、定位精度也存在著誤差較大的情況。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種智能放射源探尋與處置機器人，能提高自身的耐輻射性，使得能長時間在核輻射環(huán)境下工作。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術方案：

一種智能放射源探尋與處置機器人，包括有能移動的載體，在所述載體上設置有放射源方位探測探頭，用于探測輻射源，所述放射源方位探測探頭包括有輻射屏蔽裝置、探測準直窗和探測機構。

作為本發(fā)明的改進，所述放射源方位探測探頭為多蓋革管陣列式方位探測器，包括有16個蓋革計數管、輻射屏蔽裝置、第一探測準直窗和第一探測機構，所述輻射屏蔽裝置由不銹鋼材質制成，所述第一探測機構包括有8個獨立的結構及構成相同的輻射探測區(qū)，每個輻射探測區(qū)內由兩個蓋革計數管間隔一定距離并排固定，同時每個輻射探測區(qū)外圍均有一個長方形的，長度略小于蓋革計數管的第一探測準直窗。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述放射源方位探測探頭為雷達掃描式閃爍探測器，主要由可旋轉的輻射屏蔽罩、第二探測準直窗和第二探測機構組成，所述第二探測機構包括了帶碼盤的直流電機、閃爍晶體、光電倍增管及其數據采集電路，所述輻射屏蔽罩由不銹鋼材料制成，所述第二探測準直窗采用蜂窩網狀結構，所述閃爍晶體選用NaI晶體。

一種應用在如上述的機器人上的防輻射損傷算法，其具體算法如下：

當0.8MeV＜E0＜3MeV，D＝(0.541×E0-0.133)/ρ；

當0.15MeV＜E0＜0.8MeV，D＝0.407×E01.38/ρ；

當E0＜0.15MeV時，輻射射線的外照射可忽略；

其中D為屏蔽材料的厚度(cm)；E0為欲防護輻射射線的最大能量(MeV)；ρ為屏蔽材料的密度。

作為本發(fā)明的具體技術方案，所述屏蔽材料可以為不銹鋼、鋁、有機玻璃和鉛等。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過設置該輻射監(jiān)測與應急處置機器人，使得輻射監(jiān)測與事故應急的處置能力提升，是我國放射源應用及核電產業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展的有力保障。長期來看研制自主產權的核應急處置機器人及監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠帶來巨大的社會經濟效益，并帶動相關產業(yè)的發(fā)展，還關系到核能行業(yè)的長期安全發(fā)展，對我國社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有一定意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中多蓋革管陣列式方位探測器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實施例中雷達掃描式閃爍探測器的結構示意圖。

具體實施方式

參照圖1和圖2對本發(fā)明中智能放射源探尋與處置機器人的實施例做進一步說明。

如圖1所示，實施例一為一種智能放射源探尋與處置機器人，包括有能移動的載體，在所述載體上設置有放射源方位探測探頭1，所述放射源方位探測探頭為多蓋革管陣列式方位探測器，包括有16個蓋革計數管2、輻射屏蔽裝置3、第一探測準直窗4和第一探測機構5，所述輻射屏蔽裝置由不銹鋼、鉛和有機材料等制成，所述第一探測機構包括有8個獨立的結構及構成相同的輻射探測區(qū)51，每個輻射探測區(qū)內由兩個蓋革計數管間隔一定距離并排固定，同時每個輻射探測區(qū)外圍均有一個長方形的，長度略小于蓋革計數管的第一探測準直窗4。射線經由準直窗口入射，當同時穿過同一探測區(qū)內的兩個蓋革管時，被認為是射線的入射方向，其他任何單管的脈沖輸出不計入方向脈沖，只作為總劑量脈沖對方向判別的參考。邏輯輸出電路由邏輯與和邏輯或兩種電路組成，輸出脈沖分別為方向脈沖和總劑量脈沖。在放射源方位判定時，需要對兩路輸出脈沖進行綜合分析比對。

實施例二為另外一種機器人的實施方式，其探測器為一種雷達掃描式閃爍探測器，主要由可旋轉的輻射屏蔽罩6、第二探測準直窗7和第二探測機構組成，所述第二探測機構包括了帶碼盤的直流電機8、閃爍晶體9、光電倍增管10及其數據采集電路，所述輻射屏蔽罩由不銹鋼材料制成，所述第二探測準直窗采用蜂窩網狀結構，所述閃爍晶體選用NaI晶體。工作時，閃爍晶體和光電倍增管固定，輻射屏蔽罩6由直流電機8帶動按一定速率旋轉，當光電倍增管的輸出急劇變化時，探測準直窗所在的方向即被標記為放射源所在位置，屏蔽罩繼續(xù)隨著電機旋轉，進一步確認放射源的方向位置。其工作原理類似雷達在進行掃描工作。電機的轉動速率根據光電倍增管的輸出的變化程度自動調節(jié)，以適應準確、快速放射源方位的辨別需要。

一種應用在如上述的機器人上的防輻射損傷算法，其具體算法如下：

當0.8MeV＜E0＜3MeV，D＝(0.541×E0-0.133)/ρ；

當0.15MeV＜E0＜0.8MeV，D＝0.407×E01.38/ρ；

當E0＜0.15MeV時，輻射射線的外照射可忽略；

其中D為屏蔽材料的厚度(cm)；E0為欲防護輻射射線的最大能量(MeV)；ρ為屏蔽材料的密度。在實際工作中，根據輻射源種類，采用不同的屏蔽材料。例如，β輻射常采用低原子序數的鋁或有機玻璃；X、γ射線常采用高原子序數的鉛、鐵或經濟實用的混凝土等材料；中子則采用原子序數較低而含氫較多的物質，如石蠟等。

以上所述使本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本領域的普通技術人員來說不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。