CN105242298A - 透射源贮存自动调节装置及放射性废物探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透射源贮存自动调节装置及放射性废物探测系统，包括装置壳体、透射源屏蔽容器、透射源、准直孔旋转快门组件和准直孔射线透射强度调节组件；其中，透射源屏蔽容器、透射源、准直孔旋转快门组件和准直孔射线透射强度调节组件设置在装置壳体内侧；装置壳体设置有准直孔；透射源设置在透射源屏蔽容器内，透射源通过透射源的透射源准直孔射出的射线依次通过准直孔旋转快门组件、准直孔射线透射强度调节组件以及准直孔射出；准直孔旋转快门组件用于打开或挡住透射源的透射源准直孔；准直孔射线透射强度调节组件用于调节射线的输出强度。本发明能够实现高放射性透射源的射线屏蔽，安全性满足国家规定要求，拆装便捷，方便放射源的装取。

Description

透射源贮存自动调节装置及放射性废物探测系统

技术领域

本发明涉及放射性废物测量系统，具体地，涉及一种透射源贮存自动调节装置及放射性废物探测系统。

背景技术

核电设施的迅速发展和核材料的大量使用会产生大量的低中放射性废物，这些废物在最终处置前需要对其放射性水平进行测量。通过桶外辐射探测器测量桶内放射性核素发出的伽马射线能量、强度来确定核素种类与活度是目前正在使用的无损探测技术。由于废物桶内的填充物质对伽马射线存在衰减，其衰减程度与物质的密度有关，因此对废物桶的测量分为透射测量与发射测量两步，前者的测量对象是填充物质密度或对伽马射线的线性衰减系数，后者的测量对象是放射性核素的种类与活度。

透射测量是利用电子计算机断层扫描，即CT(ComputedTomography)的原理确定物质对射线的衰减系数。如图1所示，在测量中，废物桶旁布置一外透射源，探测器隔废物桶与透射源正对布置(准直口对准透射源)。以分段伽马扫描技术为例，测量计数率与衰减系数的关系为：

$\frac{C}{C_0}=\exp (-\mathrm{\μ}\·D)$

其中，C、C₀为有或没有废物桶时探测器测得的单位时间伽马光子的计数，μ为废物桶内填充物质对伽马射线在该段层内的平均衰减系数，D为废物桶直径。在获得衰减系数后，利用特定能量下物质密度与衰减系数的确定关系可以获得填充物质的密度。

上述测量需要有较大放射性的透射源，即外放射源。为了保证人员的安全，需要将透射源长期放置在屏蔽容器内，该容器仅在探测器方向开小孔径的准直孔，并且在不需要测量时能够关闭准直孔。同时，在实际使用上，透射源的放射性强度选择是能保证最大衰减量(如废物桶填充密度大、射线在物质中的径迹长度长)时探测器能有足够量计数率，但是由于随着废物桶更换和探测位置的变化，射线在废物桶内的径迹长度在改变，物质对射线的衰减量存在一个较宽的分布范围，因此衰减量减小会造成大量伽马光子同时进入探测器，探测器的死时间增大，测量误差增加。此时，需要一个外放射源伽马射线透射强度的调节装置。

根据上述分析，对低中放射性废物桶进行透射测量时需要放射性强度较大的透射源，并且在理想情况下为透射源提供的贮存设备需要兼具伽马射线屏蔽、准直孔自动启闭、射线透射强度自动调节的功能。由于目前我国核电厂的低中放射性废物探测系统均由国外进口，实验样机上采用的透射源贮存设备为简陋铅质容器，不具有准直孔自动启闭和射线透射强度自动调节的功能。国外的相关设备，如堪培拉(CANBERRA)公司的探测系统能够实现准直孔自动启闭，但是技术方案保密，且暂时不具备射线透射强度自动调节的功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种透射源贮存自动调节装置及放射性废物探测系统。

根据本发明的一个方面提供的透射源贮存自动调节装置，包括装置壳体、透射源屏蔽容器、透射源、准直孔旋转快门组件和准直孔射线透射强度调节组件；

其中，所述透射源屏蔽容器、所述透射源、所述准直孔旋转快门组件和所述准直孔射线透射强度调节组件设置在所述装置壳体内侧；所述装置壳体设置有准直孔；

所述透射源设置在所述透射源屏蔽容器内，所述透射源通过透射源的透射源准直孔射出的射线依次通过所述准直孔旋转快门组件、所述准直孔射线透射强度调节组件以及所述准直孔射出；所述准直孔旋转快门组件用于打开或挡住所述透射源的透射源准直孔；所述准直孔射线透射强度调节组件用于调节所述射线的输出强度。

优选地，还包括透射源固定支架、透射源屏蔽容器塞和固定板；

其中，所述透射源屏蔽容器通过所述固定板连接所述装置壳体的底座；所述透射源屏蔽容器设置有不同半径的阶梯状圆柱孔，所述透射源设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内且固定在所述透射源固定支架；

所述透射源屏蔽容器塞设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内，用于将所述透射源固定支架压紧固定在所述透射源屏蔽容器上。

优选地，所述准直孔旋转快门组件包括铅质旋转柱体、上转轴、下转轴、推力轴承、径向滑动轴承、第一步进电机和齿轮组件；

其中，所述铅质旋转柱体设置有径向贯穿的快门准直孔，所述铅质旋转柱体的上端通过所述上转轴与所述径向滑动轴承相连，下端通过所述下转轴与所述推力轴承相连；所述第一步进电机通过所述齿轮组件驱动所述铅质旋转柱体转动，从而使所述快门准直孔与所述透射源准直孔在同一直线上或所述铅质旋转柱体挡住所述透射源准直孔；

所述推力轴承设置在所述底座上，所述径向滑动轴承设置在所述装置壳体的上盖上。

优选地，所述准直孔射线透射强度调节组件包括旋转轮、齿轮对、第二步进电机、轴承座和控制器；

其中，所述齿轮对包括相互啮合的大齿轮和小齿轮；所述旋转轮设置有多个贯穿孔；

所述大齿轮通过所述轴承座连接所述装置壳体的前端面上，所述第二步进电机依次通过所述小齿轮、所述大齿轮驱动所述旋转轮转动，从而使不同的贯穿孔与所述透射源准直孔在同一直线上；

所述控制器电气连接所述第二步进电机。

优选地，所述准直孔射线透射强度调节组件还包括铅块，所述多个贯穿孔内分别设置厚度不同的铅块。

根据本发明的另一个方面提供的放射性废物探测系统，包括所述的透射源贮存自动调节装置，还包括探测器；

其中，所述透射源贮存自动调节装置的准直孔与所述探测器的准直器的准直口对齐准直；

所述透射源发出的伽马射线经准直孔射出，穿透待测试废物桶进入探测器的探测晶体内。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中透射源贮存自动调节装置能够实现高放射性透射源的射线屏蔽，安全性满足国家规定要求，拆装便捷，方便放射源的装取；

2、本发明中透射源贮存自动调节装置能够根据控制指令，由步进电机驱动铅柱体旋转，调节准直孔的角度，实现透射源准直孔快速开启和关闭，实现快门作用；

3、本发明中透射源贮存自动调节装置能够根据控制指令，由步进电机驱动射线强度调节转轮旋转，在不同的旋转角度下，转轮贯穿孔内不同厚度的铅块依次与透射源准直孔准直，对准直孔内透出的伽马射线进行吸收衰减，从而实现透射源射线强度的自动调节；

4、本发明的透射源贮存自动调节装置均由步进电机驱动，齿轮传动，通过柱体旋转实现调节，机械结构简单、动作可靠性高、控制精度高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中放射性废物探测系统的布置示意图；

图2为本发明中放射性废物探测系统的结构示意图；

图3为本发明中装置壳体的结构示意图；

图4为本发明中透射源贮存自动调节装置的截面示意图；

图5为本发明中透射源贮存自动调节装置的一个方向的内部结构示意图；

图6为本发明中透射源贮存自动调节装置的另一个方向的内部结构示意图；

图7为本发明中透射源贮存自动调节装置的内部结构截面示意图；

图8为本发明中准直孔旋转快门组件的结构示意图；

图9为本发明中准直孔射线透射强度调节组件中铅块装配图。

图中：

1为废物桶；2为探测器组件；3为探测器准直器；4为透射源屏蔽装置组件；5为探测器晶体；6为透射源准直孔；7为透射源；8为装置底座；9为装置上盖；10为装置后盖板；11为装置上盖板；12为透射源屏蔽容器；13为透射源屏蔽容器塞；14为透射源屏蔽容器固定板；15为锁；16为准直孔旋转快门组件；17为止推轴承；18为径向滑动轴承；19为旋转快门齿轮组件；20为旋转快门步进电机；21为透射源固定支架；22为准直孔射线透射强度调节组件；23为射线调节装置齿轮组件；24为射线调节装置步进电机；25为螺栓；26为射线调节装置滑动轴承；27为射线调节装置步进电机滑动轴承；28为旋转快门组件铅屏蔽柱；29为旋转快门组件上转轴；30为旋转快门组件下转轴；31为连接销钉；32为旋转快门组件准直孔；33为射线调节装置透射孔；34为调节铅块；35为透射源屏蔽容器定位孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的放射性废物探测系统包括所述的透射源贮存自动调节装置，还包括探测器2；其中，所述透射源贮存自动调节装置的准直孔6与所述探测器2的准直器3的准直口对齐准直；所述透射源7发出的伽马射线经准直孔6射出，穿透待测试废物桶1进入探测器2的探测晶体5内。

如图1所示，在对放射性废物桶1进行透射测量时，探测器2与透射源贮存自动调节装置4分别置于废物桶两侧，探测器2的准直器3的准直口与透射源贮存自动调节装置4的准直孔6对齐准直。透射源7发出的伽马射线经准直孔6射出，穿透废物桶1进入探测器2的探测晶体5内。探测器2测得伽马光子计数及其电压幅值经多道分析仪处理后能获得测量的频谱。通过特定能量伽马射线在废物桶内的衰减量，可以计算出废物桶1内物质对射线的衰减系数并换算出物质的密度。

本发明提供的透射源贮存自动调节装置，包括装置壳体、透射源屏蔽容器12、透射源7、准直孔旋转快门组件16和准直孔射线透射强度调节组件22；其中，所述透射源屏蔽容器12、所述透射源7、所述准直孔旋转快门组件16和所述准直孔射线透射强度调节组件22设置在所述装置壳体内侧；所述装置壳体设置有准直孔6；所述透射源7设置在所述透射源屏蔽容器12内，所述透射源7通过透射源7的透射源准直孔射出的射线依次通过所述准直孔旋转快门组件16、所述准直孔射线透射强度调节组件22以及所述准直孔6射出；所述准直孔旋转快门组件16用于打开或挡住所述透射源7的透射源准直孔；所述准直孔射线透射强度调节组件22用于调节所述射线的输出强度。装置壳体为全封闭装置，底座8与上盖9之间由螺栓连接，装置壳体的上部由上盖板11、后端部由后盖板10与装置底座8和上盖9进行密封连接。透准直孔6位于装置前端，为直径5cm的圆孔，透射源射线由该孔射出。

作为一优选的实施方式，本发明提供的透射源贮存自动调节装置，还包括透射源固定支架21、透射源屏蔽容器塞13和固定板14；其中，所述透射源屏蔽容器12通过所述固定板14连接所述装置壳体的底座8，配合透射源屏蔽容器12前后端面的定位孔35，使透射源屏蔽容器12固定在底座8上；所述透射源屏蔽容器12设置有不同半径的阶梯状圆柱孔，所述透射源7设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内且固定在所述透射源固定支架21，更为具体地，透射源7放在最内部圆孔；所述透射源屏蔽容器塞13设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内，用于将所述透射源固定支架21压紧固定在所述透射源屏蔽容器12上。透射源屏蔽容器塞13可由透射源屏蔽容器12内拔出，进行透射源7的装取与更换。透射源屏蔽容器塞13的后盖设置有锁孔，可以用锁将透射源屏蔽容器塞13和透射源屏蔽容器固定板14相互锁住，防止未授权情况下透射源7被随意取走。

作为一优选的实施方式，所述准直孔旋转快门组件16包括铅质旋转柱体、上转轴29、下转轴30、推力轴承17、径向滑动轴承18、第一步进电机20和齿轮组件19；其中，所述铅质旋转柱体设置有径向贯穿的快门准直孔32，所述铅质旋转柱体的上端通过所述上转轴29与所述径向滑动轴承18相连，下端通过所述下转轴30与所述推力轴承17相连；所述第一步进电机20通过所述齿轮组件19驱动所述铅质旋转柱体转动，从而使所述快门准直孔32与所述透射源准直孔在同一直线上或所述铅质旋转柱体挡住所述透射源准直孔；所述推力轴承17设置在所述底座8上，所述径向滑动轴承18设置在所述装置壳体的上盖9上。准直孔旋转快门组件16位于透射源屏蔽容器12前部装置壳体竖直开设的直径9cm的贯通孔内。所述快门准直孔32为直径1cm的圆形孔。当该快门准直孔32与准直孔6对准时，准直孔为打开状态，射线可由准直孔6射出；当旋转铅质旋转柱体转动90度时，快门准直孔32与准直孔6呈垂直布置(如图8所示)，为准直孔关闭状态，准直孔内的伽马射线被铅质旋转柱体屏蔽。旋转准直孔旋转快门组件16的铅质旋转柱体转动由安装在装置上盖9上的第一步进电机20控制，齿轮组件19传动。

作为一优选的实施方式，所述准直孔射线透射强度调节组件22包括旋转轮、齿轮对23、第二步进电机24、轴承座26和控制器；其中，所述齿轮对23包括相互啮合的大齿轮和小齿轮；所述旋转轮设置有多个贯穿孔33；所述大齿轮通过所述轴承座26连接所述装置壳体的前端面上，所述第二步进电机24依次通过所述小齿轮、所述大齿轮驱动所述旋转轮转动，从而使不同的贯穿孔33与所述透射源准直孔在同一直线上；所述控制器电气连接所述第二步进电机24。所述准直孔射线透射强度调节组件22还包括铅块，所述多个贯穿孔33内分别设置厚度不同的铅块。

更为具体地，准直孔射线透射强度调节组件22的旋转轮上，开设6个直径为2cm的贯穿孔33，其中5个孔内分别填装不同厚度的铅块34；铅块的厚度分别为0.5cm、1cm、2.5cm、4cm、5cm，对1.408MeV伽马射线的衰减量分别为26％、45％、78％、91％、95％。准直孔射线透射强度调节组件22安装在底座8上，与齿轮对23中的大齿轮同轴连接，外侧由轴承座26固定；轴承座26由螺钉固定在装置底座8的前端面上，准直孔射线透射强度调节组件22以及齿轮对23的装卸可由装卸轴承座26来实现。准直孔射线透射强度调节组件22的旋转轮转动由安装在底座8上的第二步进电机24来驱动，齿轮对23进行传动；通过控制第二步进电机24的脉冲数，控制转轮的转角；零位置时，没有铅块填充的转轮贯穿孔33与准直孔6同心准直，对准直孔6射出的伽马射线零衰减。当需要对透射源射线强度进行调节时，依据探测器死时间大小判断对射线的衰减程度，确定所需铅块的最佳厚度，由步进电机控制转轮旋转至相应角度。测量计数率与衰减系数的关系为：

$\frac{C}{(1-\mathrm{\ξ})C_0}=\exp (-\mathrm{\μ}\·L)$

其中，C为射线经废物桶后探测器测得的单位时间伽马光子计数(计数率)、C₀为没有废物桶时的原始计数率，μ为废物桶内填充物质对伽马射线衰减系数，L为射线在废物桶内的径迹长度，ξ为调节的衰减系数。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种透射源贮存及自动调节装置，其特征在于，包括装置壳体、透射源屏蔽容器(12)、透射源(7)、准直孔旋转快门组件(16)和准直孔射线透射强度调节组件(22)；

其中，所述透射源屏蔽容器(12)、所述透射源(7)、所述准直孔旋转快门组件(16)和所述准直孔射线透射强度调节组件(22)设置在所述装置壳体内侧；所述装置壳体设置有准直孔(6)；

所述透射源(7)设置在所述透射源屏蔽容器(12)内，所述透射源(7)通过透射源(7)的透射源准直孔射出的射线依次通过所述准直孔旋转快门组件(16)、所述准直孔射线透射强度调节组件(22)以及所述准直孔(6)射出；所述准直孔旋转快门组件(16)用于打开或挡住所述透射源(7)的透射源准直孔；所述准直孔射线透射强度调节组件(22)用于调节所述射线的输出强度。

2.根据权利要求1所述的透射源贮存及自动调节装置，其特征在于，还包括透射源固定支架(21)、透射源屏蔽容器塞(13)和固定板(14)；

其中，所述透射源屏蔽容器(12)通过所述固定板(14)连接所述装置壳体的底座(8)；所述透射源屏蔽容器(12)设置有不同半径的阶梯状圆柱孔，所述透射源(7)设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内且固定在所述透射源固定支架(21)；

所述透射源屏蔽容器塞(13)设置在所述不同半径的阶梯状圆柱孔内，用于将所述透射源固定支架(21)压紧固定在所述透射源屏蔽容器(12)上。

3.根据权利要求2所述的透射源贮存及自动调节装置，其特征在于，所述准直孔旋转快门组件(16)包括铅质旋转柱体、上转轴(29)、下转轴(30)、推力轴承(17)、径向滑动轴承(18)、第一步进电机(20)和齿轮组件(19)；

其中，所述铅质旋转柱体设置有径向贯穿的快门准直孔(32)，所述铅质旋转柱体的上端通过所述上转轴(29)与所述径向滑动轴承(18)相连，下端通过所述下转轴(30)与所述推力轴承(17)相连；所述第一步进电机(20)通过所述齿轮组件(19)驱动所述铅质旋转柱体转动，从而使所述快门准直孔(32)与所述透射源准直孔在同一直线上或所述铅质旋转柱体挡住所述透射源准直孔；

所述推力轴承(17)设置在所述底座(8)上，所述径向滑动轴承(18)设置在所述装置壳体的上盖(9)上。

4.根据权利要求1所述的透射源贮存及自动调节装置，其特征在于，所述准直孔射线透射强度调节组件(22)包括旋转轮、齿轮对(23)、第二步进电机(24)、轴承座(26)和控制器；

其中，所述齿轮对(23)包括相互啮合的大齿轮和小齿轮；所述旋转轮设置有多个贯穿孔(33)；

所述大齿轮通过所述轴承座(26)连接所述装置壳体的前端面上，所述第二步进电机(24)依次通过所述小齿轮、所述大齿轮驱动所述旋转轮转动，从而使不同的贯穿孔(33)与所述透射源准直孔在同一直线上；

所述控制器电气连接所述第二步进电机(24)。

5.根据权利要求4所述的透射源贮存及自动调节装置，其特征在于，所述准直孔射线透射强度调节组件(22)还包括铅块，所述多个贯穿孔(33)内分别设置厚度不同的铅块。

6.一种放射性废物探测系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的透射源贮存及自动调节装置，还包括探测器(2)；

其中，所述透射源贮存及自动调节装置的准直孔(6)与所述探测器(2)的准直器(3)的准直口对齐准直；

所述透射源(7)发出的伽马射线经准直孔(6)射出，穿透待测试废物桶(1)进入探测器(2)的探测晶体(5)内。