基于多角度信号三维重建的放射性颗粒示踪技术及其在多相流系统流体力学行为评价中的应用--颗粒学报PARTICUOLOGY

放射性颗粒跟踪技术（Radioactive particle tracking, RPT ）是目前常用的一种用于评价多相流系统内流动特性的可视化技术。传统的RPT技术基于探测器记录的伽马计数率与示踪剂相对位置的关系进行示踪颗粒的位置重建。由于在给定系统中，探测器记录的伽马计数率不仅与示踪剂的相对位置有关，还与探测器和示踪颗粒之间的介质性质有关，当测量过程中介质性质变化较大时，伽马射线的衰减和散射特性也将随之改变，从而会影响测量精度。工业多相流系统中流动行为复杂多变，探测器与示踪颗粒之间的分散相体积分数波动较大，如何应对由于流动引起的波动对测量精度造成的影响，一直是困扰放射性颗粒跟踪技术的一个难题。

近年来，尽管人们对 RPT的关注与日俱增，但该方法在基本原理和参数设计等方面并未取得突破性进展。针对该方法的研究重点主要是从空间精度和精确度、计算时间以及应对多相流系统中常现的分散相体积分数快速波动的能力等方面对重建方法进行改进。

鉴于此，荷兰代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）P.C. van der Sande等创新性地提出一种基于多角度信号三维重建的放射性颗粒示踪技术，即根据光子在周向均匀分布的三个探测器上的命中位置精确重建放射性示踪粒子的位置，而不是根据计数率进行经典的 RPT 重建。该技术通过物理方法对传统的RPT进行改进。改进后，由于流动引起的分散相体积分数波动造成的衰减变化不再影响重建结果，无需进行大量的蒙特卡罗剂量率模拟或神经网络优化，使其在本质上比传统的RPT更加稳健。

作者搭建了一个全新的RPT检测装置，该装置由三个完全相同的配有γ射线狭缝准直器且以120°间隔均匀放置的探测仪组成。通过静态和动态验证，重建示踪粒子位置的空间精度可达1mm。进一步，作者通过对实验室规模的水平搅拌床反应器内聚丙烯粉末颗粒流场的评估，展现了该技术在评价工业级多相流系统流体力学行为方面的潜在应用价值。

本文已OA，收录于专刊“Image is Everything”，客座编辑为来自英国伯明翰大学的Kit Windows-Yule博士、Jonathan Seville教授，荷兰因霍芬理工大学的Kay Buist、Giulia Finotello博士，以及德国斯图加特大学的Kia Taghizadeh博士。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！

文章信息

van der Sande, P. C., de Mooij, J., Wagner, E. C., Meesters, G. M. H., & van Ommen, J. R. (2023). Single-photon emission radioactive particle tracking method for hydrodynamic evaluation of multi-phase flows. Particuology. https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.10.001.

学术审核：上海理工大学周骛教授

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