CN103534611A - 光子能谱装置和方法，校准该装置的方法以及该装置的用途 - Google Patents

Abstract

一种光子能谱装置（2），包括多个相同的能谱仪（6），所述多个光子能谱仪（6）中的每一个能谱仪（6）都包括辐射传感器（12）并能够提供与所述传感器（12）在一时段内的测量结果相对应的测量能谱，所述多个能谱仪（6）能够对同一放射性产品（4）同时执行测量并且能够提供针对同一时段的多个测量能谱；以及处理器件（8，16），能够根据多个所述能谱仪（6）在同一时段内提供的每个测量能谱来确定净能谱，并且能够将同一时段确定的净能谱相加得到的总体能谱。

Description

光子能谱装置和方法,校准该装置的方法以及该装置的用途

技术领域

本发明涉及能谱测量领域。

背景技术

生产或回收核燃料导致副产品、废料或核废料的产生。必须验证这些副产品、废料或核废料中的放射性物质的含量相对于监控阈值是可接受的。

例如，铀的氧化物（U_xO_y）尤其是二氧化铀（UO₂）被用作核燃料。例如通过将六氟化铀（UF₆）转换为铀的氧化物来获得铀的氧化物。转化在炉中进行，例如通过六氟化铀粉和水（H₂O）的逆向循环。FR2，771，725中描述了该生产过程。

该转化生成了作为可回收利用副产品的盐酸（HF）。必须控制盐酸中铀的浓度不超过核安全机构规定的监控阈值。

为此，可进行定期采样并利用实验室（例如，使用质谱仪、分子吸收能谱仪等）进行分析。

然而，这种分析需要由有资质的人员使用精细的实验室设备，购买、维护和操作这些设备的成本很高。基于必要的准备工作和待执行的测量类型，这种分析需要从几十分钟至一天不等的时间。分析在定期但分离的时段进行。这些分析方法不适合连续工业生产过程的监测，因而必定需要中间存储器且不适合在工业生产过程的特定步骤中进行批量处理。

发明内容

本申请的一个目的在于提出一种适合用于工业生产过程监测的光子能谱装置。

为此，本申请提出一种光子能谱装置，包括：

多个相同的光子能谱仪，每个能谱仪包括辐射传感器并能够提供与在时段内所述传感器的测量结果相对应的测量能谱，所述能谱仪能够对同一放射性产品同时进行测量并且能够提供同一时段的测量能谱；以及处理器件，所述处理器件能够根据在同一时段内由能谱仪提供的每个测量能谱来确定净能谱，并且能够确定将对同一时段确定的净能谱相加得到的总体能谱。

根据其他实施例，所述光子能谱装置包括以下的、仅单独考虑或根据全部技术上可能的结合的、一个或多个特征：

每个能谱仪包括检测模块，所述检测模块能够将所述传感器发射的关于光子检测的且与检测到的光子的能量成比例的电信号转化为表示所述检测到的光子的能量的数字信号；

每个检测模块是可调节的，以根据由相关的传感器发射的信号来调节所述检测模块提供的所述数字信号；

通过校准所述检测模块来初调每个能谱仪，从而使得各个所述能谱仪的所述传感器/检测模块对在同一辐射源的情况下发射基本相同的数字信号；

至少一个由所述多个能谱仪共用的放射性校准源，所述能谱仪的每个传感器在同一时段内接收来自所述校准源或每个校准源的光子的统计数量基本相同；

能谱仪的传感器沿圆形设置；

所述传感器规则地分布在圆周上；

至少两个由所述多个能谱仪共用的不同的校准源；

所述两个校准源各自的基准谱线位于待测元素特征谱线的两端，尤其在铀235的特征谱线的两端；

所述处理器件能够以下述方式为多个测量能谱中的每一个确定出净能谱：通过与所述校准源或与每个校准源对应的测量能谱的特征谱线并相对于所述校准源或每个校准源的基准线对每个测量能谱进行校正；

所述光子能谱装置，用于测量伽马射线或用于测量X射线；

本申请还涉及一种光子能谱测定法，包括：

使用相同的能谱仪提供测量能谱，每个测量能谱由各个能谱仪在同一时段内对同一放射性产品进行测量而得到；

根据每个测量能谱确定净能谱；

确定由所述净能谱相加而得到的总体能谱。

根据一个实施例，通过相对于所述各能谱仪的与至少一个校准源对应的测量能谱的谱线并相对于标准源或每个标准源的基准线对由该能谱仪提供的测量能谱进行校正来确定每个净能谱。

本申请还涉及一种校准光子能谱装置的方法，包括：

调节检测模块，所述检测模块能够将每个能谱仪的传感器输出的电信号转化为表示每个检测到的光子的能量的数字信号，从而使得各个所述能谱仪在同一辐射源的情况下提供基本相同的能谱。

本申请还涉及上述光子能谱装置的用途，包括：

用于测量因生产铀的氧化物而产生的氢氟酸中的铀的含量；

用于测量来自回收放射性物质的设备的核废料中至少一种放射性同位素的含量；或者

用于在排放之前测量来自处理放射性物质的设备的核废料中至少一种放射性同位素的含量。

附图说明

通过结合附图阅读下述仅作为示例提供的具体实施方式，本申请的优点将更易理解。

图1示出了根据本申请的光子能谱装置的示意图；

图2示出了图1的光子能谱装置的能谱仪的示意图；

图3和图4示出了图1的光子能谱装置的检测组件的截面图和俯视图；

图5示出了使用图1的光子能谱装置的能谱仪所获得的能谱的示意图；

图6至图8示出了用于生产或回收核燃料的包含有根据本申请的光子能谱装置的设备的示意图。

具体实施方式

图1示出的光子能谱装置2能够测量产品4发出的辐射。

光子能谱装置2包括多个能谱仪6和电子处理模块8（下文称为“处理模块”）。光子能谱装置2包括数据交换总线10，所述数据交换总线10将处理模块8连接至每个所述能谱仪的6的输出端。

每个能谱仪6能够根据检测到的光子的能量产生在一段时间内或测量时段内检测到的光子数量的能谱。每个能谱仪6被设计为确保与输入数据（每个光子的能量）相关的能谱仪的响应（能谱）的线性精度。

每个能谱仪6包括单个的辐射传感器12、相关的电子检测和量化模块14（下文称为“检测模块”）以及相关的电子分析模块16（下文称为“分析模块”）。

传感器12能够检测伽马光子（也称为伽马射线）和/或X光子（也称为X射线），并且能够针对每个检测到的光子发射与所检测到的光子的能量成比例的电子输出信号。传感器12由高压电源18供电。

检测模块14在其输入端接收来自与其相关联的传感器12的输出信号，并且输出表示传感器12检测到的每个光子的能量值的数字信号。检测模块14由低压电源20供电。

分析模块16能够对检测模块14发出的信号进行计数（其中，每个信号对应于传感器12检测到的一个光子），并且根据测量时段内的能量（keV）产生传感器12检测到的光子数量的测量能谱。

传感器12、检测模块14和分析模块16相互分离并通过数据传输线相互连接。传感器12输出电子信号。检测模块14的输入端通过线路22连接至传感器12的输出端。检测模块14发射光数字输出信号。分析模块16的输入端通过一般是光纤的光链路24连接至检测模块14的输出端。

所述多个能谱仪6能够同时运行并且能够同时对产品4发出的光子进行处理。

处理模块8通过总线10连接至每个能谱仪6的输出端。处理模块8被配置为：对在相同时段同时获得的且由所述多个能谱仪6产生的测量能谱进行特定处理，从而能够传送根据全部测量能谱确定的代表性的总体能谱。

处理模块8连接至人机界面26以显示结果和/或接收指令。

处理模块8连接至操纵单元28，操纵单元28能够利用由处理模块8提供的结果来操纵设备30（例如用于生产或回收核燃料的设备或者用于从生产和/或回收核燃料的设备排出核废料的装置）。

各能谱仪6是相同的。各能谱仪6的传感器12是相同的，各能谱仪6的检测模块14是相同的，以及各能谱仪6的分析模块16也是相同的。

如示出能谱仪6的图2所示，每个能谱仪6的传感器12是闪烁传感器（scintillation sensor）。传感器12包括：闪烁晶体32和光耦合至晶体32的光电倍增管34，所述闪烁晶体32为例如掺杂碱金属卤化物的无机闪烁体（例如NaI(TI)），或者为矿物复合型的无机闪烁体（例如LaBr3(Ce)）。当光子被晶体32吸收时，晶体32发出光信号，该光信号的能量与所吸收的光子的能量成比例。光电倍增管34输出与晶体32发出的光能量成比例的电子信号。

因此，传感器12输出与晶体32中的光子所释放的能量成比例的模拟电信号。

检测模块14包括模拟/数字转换器36，以将输入的模拟信号转换为输出的数字信号。

检测模块14是可调节的，以调节检测模块14的与检测模块14接收到的输入信号有关的输出信号。为此，检测模块14包括比例调节器38，比例调节器38能够将倍增系数施加于检测模块14所接收的信号上。所述比例调节器38是可调节的，从而能够调节所述倍增系数。

返回图1，光子能谱装置2包括至少一个校准源，并优选地包括与多个能谱仪6相关的至少两个校准源S1，S2。校准源S1，S2中的每个发射确定的光子能谱。校准源S1，S2发射不同的能谱。优选地，校准源S1，S2中的每个发射的能谱具有在基准能量或基准线附近的特征谱线，且校准源S1，S2具有一个或多个不同基准能量处的基准线。

校准源S1，S2被布置为：确保每个能谱仪6的每个传感器12受到相同的辐照。例如，为确保相同辐照，校准源S1，S2中的每个被布置为距能谱仪6的传感器12的距离相同。也就是说，多个能谱仪6使用至少一个共用校准源S1，S2，优选的使用两个共用校准源S1，S2。

校准源S1，S2与能谱仪6隔开，具体地，与每个能谱仪6的传感器12隔开。因而每个能谱仪6与和该能谱仪6的传感器12隔开的至少一个校准源S1，S2相关联，优选地，与和该能谱仪6的传感器12隔开的两个校准源S1，S2相关联。

处理模块8能够单独地分析在给定测量时段内的每个测量能谱，从而为每个能谱仪6将与校准源S1，S2中的每个相对应的测得的特征谱线与对应的基准线进行比较；所述处理模块8能够计算将被使用的仿射函数的常量以使校准源S1、S2的测得的特征谱线与其基准线一致；所述处理模块8能够将仿射函数应用到谱域的所有点以校正测量能谱，从而确定相应的净能谱；以及最后所述处理模块8能够对来自于每个能谱仪6的净能谱求和，以获得总体能谱。

校正是基于能量和/或效率的。能量校正包括：确定仿射函数，以使得与校准源S1、S2或校准源S1，S2中的每个对应的所测得的特征谱线的能量与校准源S1、S2或校准源S1，S2的每个的基准线的能量一致。效率校正包括：确定仿射函数，以使得与校准源S1、S2或校准源S1，S2中的每个对应的检测到的光子的数量的测得的特征谱线与在测量时段中的预期的光子数量（即，有关的能谱仪6的传感器12的初始检测效率）一致。

有利地，接收测量能谱的处理模块8和/或产生测量能谱的分析模块16能够至少临时存储测量能谱。这样可以查阅测量能谱（例如为了评定的目的，或为了在发生异常或操作事故的情况下进行控制）。

处理器件由处理模块8形成，所述处理模块8能够根据多个能谱仪6所提供的每个测量能谱来确定净能谱，并且能够确定净能谱相加形成的总体能谱。

在一变形中，每个能谱仪6的分析模块16能够确定测量能谱并且对所述测量能谱进行处理以确定对应的净能谱。因此，所述处理器件由每个能谱仪6的分析模块16以及接收由所述分析模块16确定的净能谱并将其相加从而获得总体能谱的处理模块8形成。

如图3和图4所示，传感器12规则地分布在以对称轴A为中心的传感器的虚拟圆C1上。如图4所示，传感器12的总数为8个并且这8个所述传感器12以相同的度量半径值和相等的45°的角节距围绕轴12分布。

校准源S1、S2被布置在传感器圆C1的中心。因而校准源S1，S2中的每个到这些传感器12的距离相等。因此，在相同的测量时段中，每个传感器12所接收的来自校准源S1、S2的的光子的统计数量基本相同。

光子能谱装置2包括用于循环待控制的产品4的腔体40，所述腔体40具有围绕对称轴A对称的回转体。因此，各传感器12所接收的来自于腔体40中的产品4的光子的统计数量基本相同。

传感器12被布置在腔体40上，从而使得用于容纳腔体40中产品4的空间位于传感器12之间并围绕着传感器12。这样确保产品4发射的光子对传感器12的良好辐照。

如图3和图4所示，腔体40包括槽42以及盖44，沿着对称轴A延伸的所述槽42具有圆形截面，如果必要的话，具有圆形轮廓的盖44可密封槽42。

盖44具有大体为圆形的形状。盖44包括至少一个充填装置48以及至少一个排出装置46，所述充填装置48靠近盖44中心轴线A，并确保腔体40的快速填充；所述排出装置46位于盖44的周缘并确保罐部40溢流的排放。如图3和图4所示，当有多个充填装置48时，所述充填装置48相互隔开并按照以轴A为中心的圆规则地分布。基于设备30的构造，充填装置48还可被布置在槽42的侧面或底面。

槽42包括至少一个设置在槽42最低点的卸料装置56，用以确保由排出阀58控制的罐部40的卸料。如图3所示，槽42包括设置在槽42底部中心处的卸料装置56。

盖44包括多个传感器室50，所述多个传感器室50伸入腔体40内部并且开口朝向腔体40的外侧。每个传感器室50限定盖44中用于容纳传感器12的空腔。传感器室50沿着传感器圆C1布置。传感器室50围绕轴A以等间隔角分布。

盖44包括多个用于检测模块14并且开口朝向腔体40外侧的保持装置52。在盖44外侧上伸出的每个保持装置52限定用于容纳检测模块14的空腔。保持装置52沿着以轴A为中心的检测模块的虚拟圆C2布置。保持装置52围绕轴A以等间隔角分布。

盖44包括用于以轴A为中心的校准源的室54。校准源室54被布置在充填装置48之间。校准源S1，S2被布置在校准源室54中。校准源S1，S2中的每个都位于传感器的圆C1（传感器12被围绕着圆C1布置）的中心。

腔体40布置在设备30附近。待控制的产品4经由直通线或支线（并联线）被供给到由检测腔体40、传感器12以及与它们相关的检测模块14构成的检测组件。

腔体40被布置在诸如生产铀和氢氟酸的炉的排出口处、液态氢氟酸排出口上以及在密闭室中。

检测模块14布置在传感器12附近，这样可在检测模块14和传感器12之间使用短的有线线路22，从而使检测期间的信噪比最小化。

与检测模块14和传感器12相关的分析模块16可置于密闭室外部。光纤链路24经由光纤确保快速且可靠地在长距离（例如，数十米）上传输数据。

在操作期中，在确定的时段中，多个能谱仪6同时测量位于测量腔体40中的产品4发射的光子。每个能谱仪6都提供测量能谱。在对每个测量能谱进行单独校正以确定净能谱之后，处理模块8将这些净能谱相加以确定净能谱之和的总体能谱。根据该总体形能谱，处理模块8确定一个或多个测量结果，例如产品4中的铀235的浓度。

光子能谱装置2使得：在时段T内由实验室设备对产品4的样本进行的测量可由通过多个能谱仪6完成的、对设备30排出口处的产品4的n（n>1）个同步测量代替，并且能够保证在较短时段（例如，可减少为T/n）内获得相同统计精度的结果。

光子能谱装置2使得可在数分钟（例如，1-5分钟）的测量时段中进行符合要求的测量；取决于被采样的产品，现有的使用实验室设备进行取样和分析的技术则需要数十分钟甚至数小时，并且还需要操作者在潜在危险的环境（例如密闭区域）中工作。

因此，光子能谱装置2可以使得在测量时段内快速进行的测量与工业生产的监测或操纵相匹配。

然而，能谱是统计类型的测量。在测量时段内产品4发出的所有光子未必都被检测到。每个传感器12仅检测到达该传感器12上的那部分光子。

如果光子能谱装置2验证了遍历性原则，则将不同能谱仪6的测试结果相加的原则仅被认为是物理调整。

在实践中，这意味着同一量级的不同测量路径被认为是相同的或基本相同的，以致在相同的测量条件下提供相同或基本相同的结果。

测量同尺寸的不同路径必须能够被认为是相同的或基本相同的，以在相同的测量条件下提供相同或基本相同的结果。

为了满足该条件或者至少基本接近满足该条件，光子能谱装置2包括多个相同的能谱仪6。

在实践中，由于不可避免的制造公差，尽管传感器12是同样的，但是传感器12具有制造上的离差，因此在相同的条件下会提供不同的测量结果。

由一个传感器12输出的信号值还取决于它的高压电源。然而，相对于该高压电源的值而言很小的变化都会实质上改变产生的信号的值。单独调节每个传感器12的电压在理论上能够校准传感器12，但是该单独的调节使得每个传感器12都需要特定的高压电源18，且由于该单独的调节难以维护因而不能工业化。为了满足工业生产的限制，优选地保持单一的高压值，这样所有传感器12可使用单一的高压电源18。由于对每个传感器12的增益和检测量存在差异，因此由相同高压值供电的所有传感器12传送的信号将会不同。

根据本申请的一个方面，每个能谱仪6的传感器12耦接至与该能谱仪6相关的检测模块14。传感器12以及与其相关的检测模块14被共同校准。

根据一个实施例，每个能谱仪6的检测模块14被初调，从而使得在相同测量条件下由不同传感器12/检测模块14对（sensor12/detection module14pair）给出的信号是相同和线性的或者基本上相同和线性的。

有利地，通过调整耦接至传感器12的晶体32的光电倍增管34的增益系数，然后再通过调节检测模块14（例如调节检测模块14的比例调节器38），从而调节每个传感器12/检测模块14对。

因此，根据本申请，对每个传感器12/检测模块14对来进行调节，而不是对每个传感器12进行调节。这样能够考虑到传感器12之间的离差以及检测模块14之间的离差，并能够确保在相同辐射源的情况下每个能谱仪6产生基本相同的净能谱。

每个能谱仪6的初调是例如在存在至少一个校准源S1或S2的情况下进行的。调节检测模块14的比例调节器38，使得在存在校准源S1、S2情况下来自检测模块14的输出信号与期望值一致。

因此，每个传感器12以及与其相关的检测模块14形成不可分割的一对。在相关的传感器12没有互换的情况下，两个检测模块14不能互换，且传感器12在与其相关的检测模块14未被更换的情况下不能被更换。

传感器12由相同高压值供电且有利地由相同高压电源18供电。这样简化了传感器12的供电和维护操作。由于其它原因（例如如图1所示的核设备的原理或多重性），可以提供例如由两个传感器12共用的高压电源18。在图1中，能谱仪6以两个进行分组，每组中的能谱仪6的两个传感器12由相同的高压电源18供电。

每个传感器12可在时间上漂移，且传感器12可具有不同的漂移。

根据本申请的一个方面，光子能谱装置2包括由不同的能谱仪6共用的至少一个校准源S1，S2，以校正传感器12的漂移。传感器12围绕校准源S1，S2中的每个对称地布置。因此，通过相同的校准源S1，S2来校正传感器12的漂移，从而提供额外保证来符合遍历原则。

通过对与所述校准源S1，S2对应的测得的特征谱线以及对所述校准源S1，S2的相关的基准线进行校正，或通过对与校准源S1，S2中的每个对应的测得的特征谱线以及对校准源S1，S2中的每个的相关的基准线进行校正，从而校正每个传感器12的漂移，以确定产品4所辐射的以及所述校准源S1、S2或校准源S1，S2中的每个所辐射的净能谱。

根据本申请的一个方面，光子能谱装置2包括至少一个校准源S1，该校准源S1的基准能量高于待测元素的基准能量。

铀同位素235尤其具有185.7keV值处的特征伽马光子辐射。适合检测铀同位素235的光子能谱装置2可包括由例如具有662keV值处的基准特征伽马光子辐射的铯137校准源，该校准源对于在185.7keV能量处计数的影响（即，对在测量时段内分析模块16输出的计数结果的影响）可忽略不计。

通过确保每个能谱路径具有响应线性特性，可根据为校准源测得的值与校准源的基准值之间的差异来校正测量能谱。校准源的基准值的测量结果上的误差X%（相对值）会导致全部测得的值X%（相对值）的校正。

因此，校准源的基准能量的绝对值的测量中的小漂移导致对高于校准源能量测量结果的所有能量测量结果的绝对值的较大校正，以及对低于校准源能量测量结果的所有能量测量结果的绝对值的较小校正。这意味着造成测量的不确定性，对于高于校准源能量测量结果的所有能量测量结果而言不确定性较高，对于低于校准源能量测量结果的所有能量测量结果而言不确定性较低。

选择其能量高于待测元素能量的校准源可使得与待测元素能量范围对应的能量范围上的绝对值的测量不确定性最小化。

根据本申请的一个方面，光子能谱装置2包括两个校准源S1和S2，该两个校准源S1、S2的特征谱线具有不同的基准能量。

优选地，选择校准源S1，S2的基准能量以使得其中一个校准源的发射能量位于一个能谱仪6的能量谱分析带两端之一处，另一个校准源的发射能量位于相同能谱仪6的能量谱分析带另一端。因此，具有提供两个不同能量且在能谱分析范围上相隔最远的源，所以对于在该能量分析带上所有可检测的光子的校正是最佳的。

铀同位素235尤其具有在185.7keV值处的特征伽马光子辐射。适于检测铀235的光子能谱装置2包括：例如镅241校准源以及铯137校准源；所述镅241校准源具有59.5keV基准能量，因而能谱基准能量线在横坐标60keV附近；所述铯137校准源具有662keV基准能量，因而能谱基准能量线在横坐标662keV附近。

图5示出使用镅241校准源、铯137校准源与含铀235的样本情况下可获得的能谱的一个示例。横坐标表示接收的光子的能量（单位为keV），纵坐标表示检测到的光子的数量。

通过基于测得的特征谱线和基于校准源S1，S2中的每个的基准线对每个测量能谱的校正来进行漂移校正，这样可保证更准确的校正。

确定用于校正的仿射函数（affine recalibration functions）使得所使用的校准源S1，S2的测得的特征谱线在能量和计数上与校准源S1，S2各自的基准线一致，然后将所使用的校准源S1，S2的测得的特征谱线应用于测量能谱的每个点。

大多数光子传感器包括在生产过程中被置于在密封的传感器中甚至密封在晶体中的校准源（例如镅241校准源）。依据对密封源的规定，校准源具有有限的受控的使用寿命。因此，无论传感器的状况如何，源必须在受控的使用寿命结束时被毁掉，因而传感器也必须在源的监管使用寿命结束时被销毁掉，这样限制了传感器的使用寿命。同样地，如果某传感器是出现故障，要更换整个传感器，且该传感器的校准源和该传感器会被一起销毁掉。

与传感器相关联但物理上与传感器相隔离的校准源的使用，使得可通过限制传感器的更换成本来限制该组件的运行成本，以及可在即使必须更换校准源的情况下保留传感器，反之亦然，即可在即使必须更换传感器的情况下保留校准源。另外，这就允许多个传感器使用同一校准源，这样不仅可限制测量组件的成本，而且还可确保与同时使用多个传感器的装置的遍历性约束之间的更好相配性。

在一个实施方式中，对于由能谱仪6确定的每个测量能谱确定至少一个用于校正能谱仪6的测量能谱的校正函数。可选地，根据能谱仪6的至少一个基准测量能谱来确定至少一个用于校正能谱仪6的测量能谱的校正函数，以使得每个校准源S1，S2的基准测量能谱的特征谱线与对应的校准源S1，S2的基准谱线一致。该校正函数或每个校正函数被用于对能谱仪6的多个连续测量能谱进行校正。该校正函数或每个校正函数是以基于能谱仪6稳定度的周期而周期性地确定的。该周期可大约为一天、一星期或更多。

图6至图8概略地示出了使用了本申请的光子能谱装置2以控制副产品和排放的核废料中的放射性同位素的含量的工业设备30。

图6示出了将UF₆转化为U_XO_Y的设备，该设备包括炉60，炉60（尤其在输入端）接收UF₆并且在该炉60中逆向循环的H₂O，并且该炉60输出作为产品的U_xO_y以及作为副产品的HF。

如图所示，光子能谱装置2的腔体40被布置为与冷凝至液态HF后的氢氟酸的输出端串联，以验证铀235中氢氟酸的含量低于监控阈值。

图7示出放射性物质的回收设备，该回收设备包括反应器62，反应器62被输入包含放射性物质WMF的废料以及能够沉积该放射性物质的试剂R，并且该反应器62输出回收的放射性物质RMF和核废料E。

如图所示，光子能谱装置2的腔体40被布置为核废料输出物E的（并行的）支线，以验证核废料E的放射性同位素（例如，钍、铀235、铅212的某些放射性同位素）含量或由例如使用处理辐照燃料（称为再加工铀、钚等）获得铀而产生的放射性杂质低于监控阈值。

回收设备包括在光子能谱装置2的测量腔体40的输出端与废料WMF输入端之间延伸的再循环管64，从而使得只要核废料E包含的一个或多个放射性同位素的含量过高，核废料E就被再次循环。

图8示出了用于处理放射性物质66的组件，该组件包括多个处理设备68，所述设备68用于对产生核废料E的放射性物质进行处理，所述核废料E被收集在排放回路中以便被排放。

光子能谱装置2被设置在排放回路中，以验证所收集的核废料E的放射性同位素含量符合监控排放阈值。

光子能谱装置2被安装在主管70中以对所有核废料E进行测量，或者安装在支管上以对所收集的核废料E的一部分进行测量。

可使用光子能谱装置2以确定核废料的污染源和放射性物质。产生污染的工业生产过程（例如铀污染源），所使用的加工的化学元素特征可能与铀相关。例如，与铀235相关的铅212的出现表示污染来自于使用再加工铀的设备。

因此，根据本申请的一个方面，光子能谱装置2的处理模块8被配置以根据总体能谱来确定另外的放射性同位素（例如铀235）的存在。

一般地，基于设备30以及输出线路上产品的流量来选择将光子能谱装置2串联到待监测的产品4的输出端或并联到待监测的产品4的输出端。

可选地，处理模块8包括存储器，该存储器中存储有某些类型污染的特征基准能谱，且处理模块8被配置以在净能谱与预存的基准能谱匹配时发出警告或触发中断。

通过本申请，可实施与工业生产方法的监测或操纵相容的伽马和/或X射线快速测量。光子能谱装置可由市售的元件生产，且可布置在设备附近或在设备中以控制该设备输出的产品和/或操纵该设备。

本申请具体可应用于测量生产铀基核燃料的加工或回收铀的加工中的输出端处铀235的含量。一般地，本申请可应用于测量任何放射性元素的含量。

本申请可应用于测量任何伽马射线或X射线。根据本申请的能谱仪为基于使用闪烁体的伽马和/或X射线能谱仪。

Claims (15)

1.一种光子能谱装置（2），其特征在于，包括：

多个相同的光子能谱仪（6），所述多个光子能谱仪（6）中的每一个能谱仪（6）都包括辐射传感器（12）并能够提供与所述传感器（12）在一时段内的测量结果相对应的测量能谱，所述多个能谱仪（6）能够对同一放射性产品（4）同时执行测量并且能够提供针对同一时段的多个测量能谱；以及

处理器件（8，16），所述处理器件（8，16）能够以下述方式为所述多个能谱仪（6）在同一时段内提供的多个测量能谱中的每一个确定出净能谱：通过相对于所述各能谱仪（6）的与至少一个校准源（S1，S2）对应的测量能谱的谱线并相对于所述校准源（S1，S2）或每个校准源（S1，S2）的基准线对由该能谱仪（6）提供的测量能谱进行校正，

所述处理器件（8，16）还能够通过对所确定的针对同一时段的所述净能谱进行相加而得到总体能谱。

2.根据权利要求1所述的光子能谱装置，其中，每个能谱仪（6）包括：

检测模块（14），能够将所述传感器（12）发射的关于光子检测的且与检测到的光子的能量成比例的电信号转化为表示所检测到的光子的能量的数字信号。

3.根据权利要求2所述的光子能谱装置，其中，每个检测模块（14）是可调节的，以根据由相关的传感器（12）发射的信号来调节所述检测模块（14）提供的数字信号。

4.根据权利要求3所述的光子能谱装置，其中，通过校准所述检测模块（14）来初调每个能谱仪，从而使得各个所述能谱仪（6）的各个所述传感器（12）/检测模块（14）对在同一辐射源的情况下发射基本相同的数字信号。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光子能谱装置，包括：

至少一个由所述多个能谱仪（6）共用的放射性校准源（S1，S2）；

其中，所述能谱仪（6）的每个传感器（12）在同一时段内接收来自于所述校准源（S1，S2）或来自于每个校准源（S1，S2）的光子的统计数量基本相同。

6.根据权利要求5所述的光子能谱装置，包括：

至少两个由所述多个能谱仪（6）共用的不同的校准源（S1，S2）。

7.根据权利要求6所述的光子能谱装置，包括：

两个校准源（S1，S2），所述两个校准源（S1，S2）各自的基准谱线位于待测元素特征谱线的两端，尤其在铀235的特征谱线的两端。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的光子能谱装置，其中，所述处理器件（8，16）能够以下述方式为多个测量能谱中的每一个确定出净能谱：通过与所述校准源（S1，S2）或与每个校准源（S1，S2）对应的测量能谱的特征谱线并相对于所述校准源（S1，S2）或每个校准源（S1，S2）的基准线对每个测量能谱进行校正。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的光子能谱装置，其中，所述处理器件（8，16）能够确定至少一个校正函数以使用能谱仪（6）的基准测量能谱来校正所述能谱仪（6）的测量能谱，所述校正函数或每个校正函数被确定，以使得每个校准源（S1，S2）的基准测量能谱的特征谱线与对应的校准源（S1，S2）的基准谱线一致。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的光子能谱装置，用于测量伽马射线或用于测量X射线。

11.一种光子能谱测定法，包括：

使用多个相同的能谱仪（6）提供测量能谱，每个测量能谱由各个能谱仪（6）在同一时段内对同一放射性的产品（4）进行测量而得到；

通过对与所述能谱仪（6）提供的测量能谱的至少一个谱线相关的测量能谱进行校正，从而根据每个测量能谱确定净能谱；所述谱线或每个谱线对应于校准源（S1，S2）并且与所述校准源（S1，S2）或各校准源（S1，S2）的基准线相关；

确定由所述净能谱相加得到的总体能谱。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，通过对与能谱仪（6）提供的所述测量能谱的谱线相关的测量谱线进行校正，从而根据由能谱仪（6）提供的每个测量能谱来确定每个净能谱；所述谱线对应于至少一个校准源（S1，S2）并且与所述校准源（S1，S2）或各校准源（S1，S2）的基准线相关。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，确定至少一个校正函数以根据能谱仪（6）提供的基准测量能谱来校正所述能谱仪（6）的测量能谱；所述校正函数或每个校正函数被确定，以使得所述校准源（S1，S2）或每个校准源（S1，S2）的基准测量能谱的特征谱线与对应的校准源（S1，S2）的基准谱线一致。

14.一种校准根据权利要求3或4所述的光子能谱装置的方法，包括步骤：

调节检测模块（14），所述检测模块（14）能够将每个能谱仪（6）的传感器（12）输出的电信号转化为表示每个检测到的光子的能量的数字信号，从而使得各个所述能谱仪（6）在同一辐射源的情况下提供基本相同的能谱。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的光子能谱装置的用途，包括：

用于测量因生产铀的氧化物而产生的氢氟酸中的铀235的含量；

用于测量来自回收放射性物质的设备的核废料中至少一种放射性同位素的含量；或者

用于在排放之前测量来自处理放射性物质的设备的核废料中至少一种放射性同位素的含量。

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