基于波长分辨分析的光纤辐射传感器在福岛第一核电站3号机组反应堆建筑内β放射性热点检测研究

为解决福岛核事故后高剂量率环境下β辐射体（如90Sr/90Y）分布未知的难题，日本研究人员开发了一种新型位置敏感光纤传感器（PSF），通过波长谱解叠技术首次在3号机组南侧高辐射区（>100 mSv/h）定位β射线主导的热点，为核设施退役的辐射安全提供了创新监测手段。

　　

2011年福岛核事故后，反应堆建筑内放射性物质的分布监测成为退役工程的核心挑战。虽然γ辐射体¹³⁷Cs的分布已通过剂量率测量和γ相机实现可视化，但纯β辐射体⁹⁰Sr/⁹⁰Y的分布仍属未知。传统擦拭采样法耗时且无法覆盖高剂量率区域（>10 mSv/h），而基于切伦科夫光的液体光导法又受限于脉冲计数模式在高辐射场中的信号堆积问题。面对这一技术空白，日本研究人员提出了一种革命性的解决方案——利用塑料闪烁光纤（PSF）的波长依赖性衰减特性，通过光谱分析实现辐射定位。

这项发表于《Radiation Measurements》的研究由Yuta Terasaka团队主导，其关键技术包括：1）部署带/不带不锈钢屏蔽的PSF传感器阵列，通过β/γ信号分离；2）基于紫外激发标定波长谱特征；3）开发解叠算法（unfolding method）从积分光强反演辐射位置。实验样本直接来源于福岛第一核电站3号机组一楼南侧的高剂量率区域（>100 mSv/h）。

【Detector configuration】
研究团队设计了三段式传感器系统：置于高辐射场的PSF传感段（含1 mm厚不锈钢屏蔽管）、20 m长距离光传输段（多模光纤）及远程光谱仪检测段。PSF的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）芯材在辐射作用下产生400-600 nm的闪烁光，其蓝绿光比例随入射位置变化。

【Measurement of ⁹⁰Sr/⁹⁰Y radioactive point source】
通过⁹⁰Sr/⁹⁰Y标准点源验证发现，紫外激发与β辐射产生的波长谱在450-500 nm区间高度吻合（R²>0.95），证实了标定方法的可靠性。

【Conclusion】
在3号机组现场测量中，屏蔽/未屏蔽PSF的波长谱差异分析首次揭示：南侧区域存在显著β辐射贡献（p<0.01），其强度分布与γ辐射呈现空间分离特征。该发现为核设施退役中的污染控制提供了关键数据支持。

这项研究的突破性在于：1）首创将波长分辨技术应用于极端辐射环境（较传统脉冲计数法提升3个数量级的抗干扰能力）；2）实现β/γ辐射体的原位区分，弥补了现有技术空白；3）为⁹⁰Sr/⁹⁰Y的快速测绘提供了可行方案。团队指出，未来可通过优化PSF材料（如掺入波长位移剂）进一步提升空间分辨率，推动该技术在核应急响应中的广泛应用。