CN103424762B - 一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源 - Google Patents

Abstract

本发明属于用于剂量量值传递的放射源技术领域，公开了一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源。该标准源包括废物桶、位于桶内的套管、源支架和装有γ放射源的放射源容器，其中源支架位于套管内，套管位于废物桶内，源支架由源支架单元由上而下依次连接，装有γ放射源的放射源容器位于源支架单元中。该标准源结构灵活、便于储存和运输且适合于不同基质的放射性废物桶分段γ扫描装置刻度。

Description

一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源

技术领域

本发明属于用于剂量量值传递的放射源技术领域，具体涉及一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源。

背景技术

核设施在生产、运行及退役过程中产生了大量的放射性固体废物，废物产生单位通常将这些废物整备后装入标准废物桶。在处置这些核废物之前，必须对其进行准确鉴别和测量，以区分废物中所含核物料类型及准确测量所含核物料的量，以便对核废物进行处理处置。目前，世界上多采用分段γ扫描法SGS对废物桶进行整体的快速测定。其测量原理为：根据γ射线与物质相互作用的原理，将被测物(桶)设定为若干段，匀速旋转被测物，用γ射线探测器记录被测物内放射性核素的γ射线能谱，利用已知探测器的效率和γ射线能量的函数关系，获得该段被测物内放射性核素的量。通过纵向移动被测物，对各段分别进行测量、再求和，即可得到被测物（桶）内放射性核素的总量。

SGS装置的测量时间较短且成本更低，因此得到了广泛的应用，但其刻度和校准也一直存在许多难题。第一，由于废物桶内装的残渣和废物样品的基质有石墨、氟化钙、棉纱、抹布、橡胶等各类不同的混合物，且样品基质的密度差异大，很难准确校正样品本身对的γ射线的自吸收，尤其是γ射线能量较低，基体密度较高的样品自吸收更难校正；第二，由于被分析的样品的放射性核素和基体材料成分复杂，对于仪器进行刻度时，必须首先采用一系列与待测样品近似的刻度标样对γ能谱无损分析测量装置进行刻度，而制备不同种类的刻度标样将耗费巨大的精力和资金；第三，SGS装置的测量是建立在各分段均匀分布的基础上，用于刻度的标样必须是已知活度且放射性物质的分布必须均匀，对于固态填充基质，很难将放射性核素均匀分散在其内部；第四，由于SGS装置本身比较笨重，检定或校准刻度时只能将废物桶标样进行传递。废物桶从50L到400L不同规格，以均匀填充法制备的系列放射性标样在储存和运输时存在着困难。因此，急需一种传递简单、用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源。

发明内容

（一）发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种结构灵活、便于储存和运输且适合于不同基质的放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源。

（二）技术方案

本发明提供了一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，该标准源包括废物桶、位于桶内的套管、源支架和装有γ放射源的放射源容器，其中废物桶的上部和底部分别设有上固定板和下固定板，上固定板和下固定板均设有限位孔，套管的上、下两端分别插入上固定板和下固定板的限位孔中，使套管的中轴线与废物桶的中轴线平行，废物桶内填充有基质；

所述套管的数量为7根或7根以上，每根套管离废物桶中轴线的距离不同；每根套管的中轴线与废物桶中轴线形成一个平面，相邻平面间的角度相同；

所述源支架位于套管内，源支架由多个源支架单元从上到下依次连接组成，其中源支架单元的顶端和底端分别设有螺栓和螺母，源支架单元通过顶端的螺栓与其上方的源支架单元底端的螺母连接；源支架单元为侧面带有开口的圆形筒体，放射源容器通过该开口能够放入和移出源支架单元，源支架单元能够刚好容纳放射性容器；

所述放射源容器置于源支架单元内，放射源容器为带有密封盖的圆形筒体，圆形筒体的材质为耐酸、低原子序数的材料；放射性容器的内部装有活度相等、体积相同的γ放射源。

优选地，所述源支架单元的材质为有机玻璃。

优选地，所述放射源容器的材质为玻璃。

优选地，所述套管的材质为低密度、低原子序数的材料。

优选地，所述套管的材质为有机玻璃。

优选地，所述γ放射源为¹⁵²Eu。

（三）有益效果

采用本发明提供的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，具有以下有益效果：

（1）结构灵活，可适用于不同体积废物桶分段γ扫描装置刻度的需要

放射性废物处置过程中，废物可能被装入不同体积的废物桶中，采用本发明提供的标准源，可将不同数量的源支架组合以满足不同体积废物桶的需要。

（2）套管的数量和位置合理

按照废物桶内基质的密度高低选择7根或7根以上套管，基质的密度越大，套管数量越多，以减少各个位置上测量时引入的误差对总的校准结果的影响。

每根套管的中轴线与废物桶中轴线形成一个平面，由于套管及其所插入线状源材质与填充介质不同，本发明的技术方案中要求相邻平面间的角度相同，避免标准源旋转至不同角度时由于密度变化较大而使γ射线自吸收衰减变化较大，造成模拟结果与实际均匀废物桶差别较大。

(3)废物桶内的填充基质可根据待测量的废物桶样品改变，减少制备标准样品所花费的时间和精力。

(4)盛有γ放射源的放射源容器可单独储存或运输，从而减少量值传递过程中的放射性物质泄漏的风险，确保安全。另外，放射源容器为带有密封盖的圆形筒体，摒弃了传统的利用安瓿瓶封装放射性溶液的方式，从而避免了安瓿瓶易碎造成放射性污染及封装困难的缺点，密封性和安全性均有显著提高。

附图说明

图1是标准源的内部结构剖面图；

其中1.废物桶；2.上固定板；3.套管；4.源支架；5.下固定板；

图2是源支架单元示意图；

图3是源支架单元放入放射性容器时的示意图；

图4是放射性容器示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。

一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，该标准源包括废物桶1、位于桶内的套管3、源支架4和装有γ放射源的放射源容器，如图1所示，其中废物桶的上部和底部分别设有上固定板2和下固定板5，上固定板2和下固定板5均设有限位孔，套管3的上、下两端分别插入上固定板2和下固定板5的限位孔中，使套管3的中轴线与废物桶1的中轴线平行，废物桶1内填充有基质；

所述套管3的数量为9根，套管3的材质为有机玻璃，每根套管3离废物桶1中轴线的距离不同；每根套管3的中轴线与废物桶1的中轴线形成一个平面，相邻平面间的角度相同。

所述源支架4位于套管内，源支架4由多个源支架单元从上到下依次连接组成，源支架单元的材质为有机玻璃。其中源支架单元的顶端和底端分别设有螺栓和螺母，源支架单元通过顶端的螺栓与其上方的源支架单元底端的螺孔连接；源支架单元为侧面带有开口的圆形筒体，放射源容器通过该开口能够放入和移出源支架单元，源支架单元能够刚好容纳放射性容器，源支架单元的示意图如图2所示。

所述放射源容器置于源支架单元内，如图3、4所示，放射源容器为带有密封盖的圆形筒体，圆形筒体的材质为玻璃；放射性容器的内部装有活度相等、体积相同的¹⁵²Eu源。

采用该标准源对废物桶分段γ扫描装置探测效率刻度时的操作方法和原理为：（1）根据待测废物桶的基质，将合适数量的套管分布于标准源的废物桶内。（2）将装有γ放射源的源支架放入某一个套管内，其余套管填充与废物桶基质相同的材料。（3）旋转废物桶进行分段γ扫描，得到放射性核素的γ射线能谱；然后依次放入每一个套管内以相同的方式测量。（4）将每个能量点上不同位置得到的测量结果以半径为变量进行拟合，计算得出分段γ扫描装置测得各个分段内γ放射源的计数，与已知的活度相比即为该装置的探测效率。

本专利所述废物桶标准源测量结果与均匀一致填充的废物桶等效，其基本原理为:

对于均匀填充基质的废物桶和理想的线状源而言，能量为E的γ射线全能峰净计数率A_E(R)是线状源所处位置的函数，如式（1）。

A_E(R)=exp(a_0E+a_1ER+a_2ER²)  （1）

其中R为所处位置到圆心的距离，a_iE为与能量相关的拟合系数。

设等活度的N_s个线状源测得的峰面积A_T,E为：

$A_{T,E}=\underset{i}{\overset{N_s}{\mathrm{\Σ}}}{A}_E\left(R_i\right)---\left(2\right)$

假设桶的最大半径为Rmax，若沿半径0～Rmax分布N个线状源，N足够大，则总的峰面积错误！未找到引用源。为：

$A_{T,E}^N=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_E\left(\frac{R_{\mathrm{MAX}}}{\sqrt{N}}\frac{\sqrt{i+1}+\sqrt{i}}{2}\right)---\left(3\right)$

根据积分原理，将不同线状源插入不同位置后测量结果之和除以N，即错误！未找到引用源。/N等于均匀介质中分布均匀放射性核素的活度，N趋近于无穷，越与真实的探测结果接近。

Claims (6)

1.一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，该标准源包括废物桶、位于桶内的套管、源支架和装有γ放射源的放射源容器，其中废物桶的上部和底部分别设有上固定板和下固定板，上固定板和下固定板均设有限位孔，套管的上、下两端分别插入上固定板和下固定板的限位孔中，使套管的中轴线与废物桶的中轴线平行，废物桶内填充有基质；

所述套管的数量为7根以上，每根套管离废物桶中轴线的距离不同；每根套管的中轴线与废物桶中轴线形成一个平面，相邻平面间的角度相同；

所述源支架位于套管内，源支架由多个源支架单元从上到下依次连接组成，其中源支架单元的顶端和底端分别设有螺栓和螺母，源支架单元通过顶端的螺栓与其上方的源支架单元底端的螺母连接；源支架单元为侧面带有开口的圆形筒体，放射源容器通过该开口能够放入和移出源支架单元，源支架单元能够刚好容纳放射源容器；

所述放射源容器置于源支架单元内，放射源容器为带有密封盖的圆形筒体，圆形筒体的材质为耐酸、低原子序数的材料；放射源容器的内部装有活度相等、体积相同的γ放射源。

2.根据权利要求1所述的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，所述源支架单元的材质为有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，所述放射源容器的材质为玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，所述套管的材质为低密度、低原子序数的材料。

5.根据权利要求1所述的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，所述套管的材质为有机玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种用于放射性废物桶分段γ扫描装置刻度的标准源，其特征在于，所述γ放射源为¹⁵²Eu。