该设备基于简单的“俄罗斯方块”的形状，可以用更少的探测器像素来确定辐射源的方向和距离。

2011年日本福岛第一核电站放射性同位素的扩散，以及乌克兰战区扎波罗热核设施可能释放辐射的持续威胁，都突出表明需要有效和可靠的方法来探测和监测放射性同位素。不那么引人注目的是，核反应堆的日常操作、铀的开采和加工成燃料棒，以及乏核燃料的处置也需要监测放射性同位素的释放。

受“俄罗斯方块”启发的创新传感器设计

现在，麻省理工学院和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的研究人员提出了一个计算基础，用于设计非常简单、流线型的传感器装置，可以精确定位分布式辐射源的方向。他们还证明，通过移动传感器来获得多个读数，他们可以精确定位源的物理位置。他们巧妙创新的灵感来自一个令人惊讶的来源：流行的电脑游戏“俄罗斯方块”。

麻省理工学院教授李明达（音译）和伯努瓦·弗莱特（Benoit Forget）、高级研究科学家胡林文（音译）和首席研究科学家戈登·科斯（Gordon Kohse）在《自然通讯》上发表的一篇论文描述了该团队的发现，这些发现可能会推广到其他类型辐射的探测器中。

辐射传感技术进展

辐射通常是用半导体材料来检测的，比如碲化镉锌，当被高能辐射（比如伽马射线）击中时，这种材料会产生电反应。但由于辐射很容易穿透物质，所以很难通过简单的计数来确定信号的方向。例如，盖革计数器在接收辐射时只会发出咔嗒声，而不解析能量或类型，因此要找到辐射源，需要四处走动，试图找到最大的声音，类似于手持式金属探测器的工作方式。这个过程需要使用者靠近辐射源，这可能会增加风险。

为了能在不靠得太近的情况下，从固定设备提供方向信息，研究人员使用了探测器网格阵列和另一个称为掩模的网格，该网格在阵列上印上一个图案，该图案根据源的方向而不同。算法解释每个单独的检测器或像素接收到的信号的不同时间和强度。这通常会导致探测器的复杂设计。

利用“俄罗斯方块”形状简化检测

用于感应辐射源方向的典型探测器阵列大而昂贵，并且在10 × 10阵列中包括至少100个像素。然而，研究小组发现，在“俄罗斯方块”游戏中，只用4个像素排列成四边形的图形，就可以接近于大型昂贵系统的精确度。关键是通过人工智能引导的模拟系统研究，根据每个传感器检测信号的次数和每个传感器检测到的相对强度，对光线到达的角度进行适当的计算机重建。

研究人员尝试了四个像素的不同配置 —— 方形、S形、J形或T形 —— 他们通过反复实验发现，S形阵列提供了最精确的结果。该阵列给出的方向读数精确到1度以内，但所有三种不规则形状的读数都比方形的要好。李明达说，这种方法“实际上是受到了《俄罗斯方块》的启发。”

使系统工作的关键是在像素之间放置绝缘材料，如铅片，以增加从不同方向进入探测器的辐射读数之间的对比度。这些简化阵列中的像素之间的引线与较大阵列系统中使用的更精细的荫罩具有相同的功能。研究小组发现，不太对称的排列从一个小阵列中提供了更多有用的信息。

简化辐射探测器的优点

李明达教授表示：“使用小型探测器的优点在于工程成本。不仅单个探测器元件昂贵（通常由碲化镉锌或CZT制成），而且从这些像素携带信息的所有互连也变得更加复杂。探测器越小越简单，在应用方面就越好。”

虽然有其他版本的简化阵列辐射检测，但许多只有在辐射来自单个局部源时才有效。它们可能会被多种来源或那些分散在空间中的来源所迷惑，而基于“俄罗斯方块”的版本可以很好地处理这些情况。

现场测试和实际意义

在伯克利实验室，在一个真实的铯辐射源的单盲场测试中，麻省理工学院的研究人员不知道源的真实位置，一个测试装置在找到源的方向和距离方面进行了高精度的测试。

“辐射测绘对核工业至关重要，因为它可以帮助快速定位辐射源并保证每个人的安全，”合著者、麻省理工学院核工程教授兼核科学与工程系主任弗莱姆说。

研究团队表示，虽然他们的研究重点是伽马射线源，但研究人员认为，他们开发的从有限数量的像素中提取方向信息的计算工具“要通用得多”。它并不局限于某些波长，它也可以用于中子，甚至其他形式的光，如紫外线。麻省理工学院核反应堆实验室的高级科学家胡林文补充说，使用这种基于机器学习的算法和空中辐射探测“将允许对辐射事故进行实时监测和综合应急计划”。

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