本發(fā)明涉及無損檢測，具體涉及一種基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法。

背景技術：

1、在建筑施工和維護過程中，墻體空鼓是一種常見但隱蔽的結構缺陷，會嚴重影響建筑物的安全性、承載力和耐久性，甚至可能導致嚴重的事故。因此，及時有效地檢測和定位墻體內部的空鼓對于建筑安全至關重要。

2、傳統(tǒng)的墻體檢測方法包括目測法、紅外熱成像法、沖擊回波法和超聲波檢測法等。然而，這些方法各有局限性。目測法受限于觀察者的經(jīng)驗和主觀判斷；紅外熱成像法對環(huán)境溫度和墻體表面條件敏感，結果不夠穩(wěn)定；沖擊回波法和超聲波檢測法雖然能夠提供一定的內部結構信息，但對操作技術要求高，且檢測結果易受各種因素影響，準確性有待提高。

3、康普頓背散射技術作為一種非破壞性檢測方法，利用高能光子(如x射線或伽馬射線)與物質電子發(fā)生康普頓散射效應來探測物體內部結構，具有檢測過程簡單、單面檢測、非接觸式等優(yōu)勢，尤其適用于高層建筑墻體檢測。

4、為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，通過精確模擬射線在墻體內部的散射過程來分析散射信號的能量和強度分布，從而實現(xiàn)對墻體內部空鼓的無損檢測和定位。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，利用廣泛應用于核領域的蒙特卡羅程序geant4進行結構設計和優(yōu)化，通過geant4模擬發(fā)射高能射線入射到墻體后與墻體內部物質發(fā)生康普頓散射，散射光子的能量和強度攜帶了墻體內部結構的信息，在空鼓處散射信號會發(fā)生變化；通過分析探測器接收到的背散射信號的能量、強度和空間分布可以確定空鼓的位置、大小，從而實現(xiàn)對墻體內部空鼓的無損檢測；并且可以根據(jù)檢測結果調整檢測過程中的參數(shù)，直至得到較好檢測效果的參數(shù)設置。

2、本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現(xiàn)：

3、一種基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，包括以下步驟：

4、步驟1、搭建geant4平臺。

5、步驟2、在geant4平臺下，創(chuàng)建康普頓背散射墻體空鼓檢測項目，在康普頓背散射墻體空鼓檢測項目下創(chuàng)建以下模塊：

6、創(chuàng)建管理模塊，用于設置geant4應用程序的基本結構，包括運行管理器、探測器構建、物理列表、用戶行為初始化以及可視化設置。

7、創(chuàng)建初始化模塊，初始化geant4中的用戶行為，包括初級粒子生成器、運行行為、事件行為和步長行為。

8、創(chuàng)建粒子生成模塊，用于定義粒子源的類型、能量大小、發(fā)射方向和位置信息。

9、創(chuàng)建探測結構模塊，用于模擬墻體空鼓檢測系統(tǒng)，包括墻體、空鼓、準直器和nai探測器等組成部分及其位置與尺寸。

10、創(chuàng)建物理過程模塊，用于定義基于geant4中的伽馬射線康普頓背散射的物理過程和定義粒子的截斷命令和粒子的截斷方式。

11、創(chuàng)建數(shù)據(jù)收集模塊，負責數(shù)據(jù)抽取。

12、創(chuàng)建數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊，負責填充探測器的能譜并統(tǒng)計每個event下探測接收到的散射粒子數(shù)并傳遞給數(shù)據(jù)輸出模塊。

13、創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸出模塊，負責在運行開始和結束時進行初始化和數(shù)據(jù)輸出。

14、步驟3、創(chuàng)建管理模塊中指定的命令執(zhí)行模塊和可視化管理模塊。

15、步驟4、使用cmake設置構建環(huán)境并編譯生成墻體空鼓檢測可執(zhí)行文件。

16、步驟5、運行墻體空鼓檢測可執(zhí)行文件，模擬發(fā)射高能伽馬射線入射到墻體后與墻體內部物質發(fā)生康普頓散射，散射光子的能量和強度攜帶了墻體內部結構的信息。

17、步驟6、通過分析探測器接收到的背散射信號的能量、強度和空間分布，獲得墻體空鼓大小和位置的檢測結果。

18、步驟7、根據(jù)空鼓檢測結果，調整檢測過程中的參數(shù)，直至得到較好檢測效果的參數(shù)設置。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、1、適用范圍廣。本發(fā)明通過geant4模擬可以靈活設置墻體材料、結構、粒子源類型等參數(shù)，適用于各種類型的墻體結構，拓展了檢測對象的范圍。

21、2、安全性高。與傳統(tǒng)射線成像方法相比，本發(fā)明利用背散射信號，輻射劑量更低，對人體和環(huán)境的影響小，檢測過程更加安全。

22、3、成本低。本發(fā)明主要依賴計算機模擬和數(shù)據(jù)分析，無需復雜昂貴的硬件設備，降低了檢測成本，提高了檢測效率。

23、4、非破壞性檢測。本發(fā)明利用射線背散射成像原理，無需在墻體上開孔或破壞墻體，實現(xiàn)了對墻體內部缺陷的無損檢測，保護了建筑物的完整性。

技術特征：

1.一種基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟2中，數(shù)據(jù)抽取分為兩個部分，一個部分是計算探測器接收到的伽馬粒子數(shù)，另一個部分計算探測器的能譜，抽取的數(shù)據(jù)再通過addedep傳遞到數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊中。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟2中，管理模塊、初始化模塊、物理過程模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊適用于不同墻體的空鼓檢測需求，在進行不同墻體空鼓模擬仿真時，無需更改變動。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟2中，編輯探測結構模塊中射線粒子由粒子源發(fā)射經(jīng)過準直器到達墻體的物理位置，準直器的尺寸和位置信息，墻體的材料、尺寸和位置信息，墻體內空鼓的尺寸和位置信息，探測器的尺寸和位置信息，即可搭建不同的康普頓背散射墻體空鼓檢測模型。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟2中，編輯改動粒子生成模塊中參數(shù)即可改動粒子源的類型、能量大小、發(fā)射方向和位置信息。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟3中，通過命令執(zhí)行模塊設置和控制模擬的各種參數(shù)，包括設置控制命令、運行過程、事件處理和粒子跟蹤的詳細級別以控制輸出信息的詳細程度，設置粒子源的位置、發(fā)射粒子類型、粒子能量以及發(fā)射方向，設置在運行過程中的進度打印間隔，啟動geant4模擬并指定要生成和運行的event數(shù)量；通過可視化管理模塊對可視化界面進行設置。

7.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟3中，編輯改動命令執(zhí)行模塊中參數(shù)即可改動粒子源的屬性、位置、發(fā)射方向以及發(fā)射粒子的數(shù)量。

8.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟5中，入射光子部分能量轉移到電子上，散射光子的能量e0與散射角θ的關系滿足康普頓散射公式：

9.根據(jù)權利要求1所述的基于geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，其特征在于：步驟6中，所述檢測結果以列表或散點圖形式展示，列表或散點圖中示出散射光子數(shù)量或能譜信息。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于Geant4和康普頓背散射的墻體空鼓檢測方法，涉及無損檢測技術領域，本發(fā)明利用廣泛應用于核領域的蒙特卡羅程序Geant4進行結構設計和優(yōu)化，通過Geant4模擬發(fā)射高能射線入射到墻體后與墻體內部物質發(fā)生康普頓散射，散射光子的能量和強度攜帶了墻體內部結構的信息，在空鼓處散射信號會發(fā)生變化；通過分析探測器接收到的背散射信號的能量、強度和空間分布可以確定空鼓的位置、大小，從而實現(xiàn)對墻體內部空鼓的無損檢測；并且可以根據(jù)檢測結果調整檢測過程中的參數(shù)，直至得到較好檢測效果的參數(shù)設置。

技術研發(fā)人員：舒雙寶,陸杰,張書瑞
受保護的技術使用者：合肥工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30