基于飞行时间（TOF）响应和G(E)卷积的实时环境中子剂量测量技术

《Scientific Reports》：Real-time ambient neutron dosimetry based on TOF-derived response and G(E) convolution

　　

摘要

在核设施和医疗环境中的复杂混合辐射场中，准确评估中子和伽马射线的环境剂量当量\(H^*(10)\)对于辐射防护至关重要。由于中子具有较高的生物效应和强烈的能量依赖性，精确的光谱特性分析对于可靠的剂量测量至关重要。传统的剂量测量方法存在实时监测能力、光谱灵敏度和实际应用性之间的权衡问题。我们提出了一种基于光谱的剂量测量框架，利用有机闪烁探测器实现\(H^*(10)\)的实时、同步估计。通过使用\(^{252}\)Cf源进行飞行时间测量实验获得了中子响应矩阵，并通过参考裂变瓦特谱进行了验证。基于实验得到的响应数据，我们推导出一个光谱加权函数G(E)，可以直接将脉冲高度谱转换为\(H^*(10)\)，而无需进行传统的展开处理。采用最小二乘法和自适应矩估计算法对G(E)进行了优化，在\(k_{\max }\)=6和\(k_{\max }\)=22时分别实现了最小的平均绝对百分比误差。该框架在3–150 \( \upmu \mathrm{Sv/h}\)的剂量率范围内表现出强烈的线性，相对误差控制在大约5\(\%)以内，最小平均绝对百分比误差为2.36\(\%)。这些通过实验获得的响应函数使得稳定的实时中子剂量测量成为可能，为辐射防护提供了独立于模拟方法的实际替代方案。