CN106990124A - 一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法，包括一个有机玻璃管道，在有机玻璃管道外侧设置有一个屏蔽壳体，在屏蔽壳体内放置有57Co放射源，还包括一个以有机玻璃管道轴线为对称轴与57Co放射源呈对称设置的高纯锗γ探测器，高纯锗γ探测器通过数据线与多道γ能谱仪连接。本发明将被监测工艺管道(点位)含铀液体引入旁路测量系统，以57Co中占比达85.51％的γ射线作为穿透射线，通过有机玻璃管道、含铀溶液对该γ射线的吸收情况，建立铀浓度与计数率的关系模型，实现含铀液体中铀浓度的在线、实时测量；实现核燃料分离、提纯、化工、乏燃料后处理等领域中含铀液体实时、在线测量。

Description

一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及核燃料循环在线探测分析领域，具体涉及一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法。
背景技术
燃料元件研制、乏燃料后处理是核工业体系中非常重要的环节，是核燃料循环的核心工作。其中，铀化工转化是燃料微球研制的关键环节，为燃料元件制造提供芯体必备的燃料相，直接影响燃料元件研制的工程进度，也事关核材料的闭合衡算问题；乏燃料后处理是核工业体系的最后环节，直接决定了核工程的安全性。
在其工艺转化过程中，大量含铀管道中含铀溶液铀浓度值是研制和生产必须的数据，直接关系工艺的核临界安全问题。传统的方式是采取工艺点位取样-实验室分析的模式，均存在分析流程长、操作繁琐、稳定性和精度不够等不足和缺点，这在中试规模、甚至批量化生产中时不能满足核安全监控的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法，解决现有技术中铀管道中含铀溶液铀浓度测量存在的分析流程长、操作繁琐、稳定性和精度不够的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种含铀液体中铀含量的在线测量装置，包括一个有机玻璃管道，被检测的不锈钢管道上开口处通过管道引流至有机玻璃管道的入口，有机玻璃管道的出口通过管道引流至被检测的不锈钢管道，在有机玻璃管道外侧设置有一个屏蔽壳体，在屏蔽壳体内放置有57Co放射源，还包括一个以有机玻璃管道轴线为对称轴与57Co放射源呈对称设置的高纯锗γ探测器，高纯锗γ探测器通过数据线与多道γ能谱仪连接。本发明通过将待测量的不锈钢管道内的流体通过引流管引出，并进入到有机玻璃管道，通过对有机玻璃管道进行放射性扫描测量的方式可以得到较为准确的测量数据，而且，基于现场测试的原理，测试数据的动作减少了多次反复取样的繁琐操作，流体从取样到测量没有经过向外的过程，因此测量的数据最能反映真实情况，可靠性高，避免了样本中途污染的可能，而且在线测量装置，以全自动电磁阀为切换方式，将工艺管道中被监测的液体引入测量旁路，避免对工艺运行管道的大面积、不安全改动，能够满足实现、在线测量的目的；有机玻璃管道的测量旁路设计，可有效降低不锈钢管道对γ射线(122.06keV)的吸收，大大提高了探测器的计数率，使该系统响应更快、分析精度更高、测量时间更短；以旁路设计监测系统方式，可将被监测液体返回原有工艺管道，不导致放射性废液的积存，无放射性废物产生，装置环保、安全，由于应用于核燃料分离、提纯、化工、乏燃料后处理等领域中，避免送取样-送样模式的核临界安全监测方式的不足，实现含铀液体中铀含量在线测量，确保监测的实时性、准确性。
所述高纯锗γ探测器设置在一个屏蔽体内，在屏蔽体内还设置有还包括一个准直器支撑架，准直器支撑架上安装有用于高纯锗γ探测器的准直器。
在有机玻璃管道入口端的管道上还设置有一个入口电磁阀，在有机玻璃管道出口端的管道上还设置有一个出口电磁阀。通过设置入口电磁阀和出口电磁阀，可以使得测量时有机玻璃管道内的压力稳定，避免波动造成的测量不准确。
一种含铀液体中铀含量的在线测量方法，包括以下步骤：
(a)建立模型：将待测的液体建立测量的模拟模型；
(b)在线监测：按照建立的模拟模型，将监测的数据与模型进行对比，并分析其数据。
本发明的另一个发明目的是提供一种含铀液体中铀含量的在线测量方法，其中建立模型(a)的目的是建立铀浓度与γ射线计数率的关系，在线监测时，即可将探测器获取的γ射线计数率转化为被测量点位的铀浓度值，该步骤是本方案的核心，是核探测这种间接测量的系统标定过程。在线监测(b)的目的是将所建立的模型利用于在线测量，实现化工转化过程中，含铀管道中铀含量测量的目的，该步骤的核心是所建立的测量系统。
所述的步骤(a)建立模型包括以下步骤：
(a1)根据核临界安全要求，在被检测的不锈钢管道中注入不含铀的清水溶液，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀、关闭电磁阀，将被检测的不锈钢管道中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道，作为待测量物；
(a2)利用被屏蔽壳体准直及屏蔽的57Co放射源中占比达85.51％的γ射线作为穿透射线，穿过有机玻璃管道并经准直器支撑架支撑的准直器的准直后，γ射线被屏蔽体屏蔽的高纯锗γ探测器获取，再经数据线将探测信号传输至多道γ能谱仪进行数据处理和分析，获得铀浓度为100mg/L下的γ射线计数率；
(a3)依次将步骤(a1)的溶液更换铀含量分别为100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L，并获取相应浓度下的γ射线计数率；
(a4)以铀浓度值分别为0mg/L、100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L为横坐标，以相应情况下的γ计数率为纵坐标，画出浓度和γ计数率曲线；
(a5)对步骤(a4)得到的曲线进行最小二乘拟合，获得铀浓度测量的计算模型。
所述的步骤(b)在线监测包括以下步骤：
(b1)在正常生产时，含铀液体在被检测的不锈钢管道中流通、传递；
(b2)根据核临界安全要求，在需要进行监测时，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀、关闭出口电磁阀，将被检测的不锈钢管道中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道，以待被测量；
(b3)获得对应监测情况下的γ射线计数率；
(b4)根据步骤(a)所建立的模型，反算出该监测情况下的铀浓度值；
(b5)监测完毕后，打开出口电磁阀、关闭入口电磁阀，将含铀液体导出进入原有被检测的不锈钢管道。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种含铀液体中铀含量的在线测量装置及测量方法，将被监测工艺管道(点位)含铀液体引入旁路测量系统，以57Co中占比达85.51％的γ射线(122.06keV)作为穿透射线，通过有机玻璃管道、含铀溶液对该γ射线(122.06keV)的吸收情况，建立铀浓度与计数率的关系模型，实现含铀液体中铀浓度的在线、实时测量；实现核燃料分离、提纯、化工、乏燃料后处理等领域中含铀液体实时、在线测量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-多道γ能谱仪，2-数据线，3-高纯锗γ探测器，4-屏蔽体，5-准直器，6-准直器支撑架，7-有机玻璃管道，8-57Co放射源，9-屏蔽壳体，10-入口电磁阀，11-出口电磁阀，12-不锈钢管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明一种含铀液体中铀含量的在线测量装置，包括一个有机玻璃管道7，被检测的不锈钢管道12上开口处通过管道引流至有机玻璃管道7的入口，有机玻璃管道7的出口通过管道引流至被检测的不锈钢管道12，在有机玻璃管道7外侧设置有一个屏蔽壳体9，在屏蔽壳体9内放置有57Co放射源8，还包括一个以有机玻璃管道7轴线为对称轴与57Co放射源8呈对称设置的高纯锗γ探测器3，高纯锗γ探测器3通过数据线2与多道γ能谱仪1连接；高纯锗γ探测器3设置在一个屏蔽体4内，在屏蔽体4内还设置有还包括一个准直器支撑架6，准直器支撑架6上安装有用于高纯锗γ探测器3的准直器5。
一种含铀液体中铀含量的在线测量方法按照以下步骤：
(a1)根据核临界安全要求，在被检测的不锈钢管道12中注入不含铀的清水溶液，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀10、关闭电磁阀11，将被检测的不锈钢管道12中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道7，作为待测量物；
(a2)利用被屏蔽壳体9准直及屏蔽的57Co放射源8中占比达85.51％的γ射线作为穿透射线，穿过有机玻璃管道7并经准直器支撑架6支撑的准直器5的准直后，γ射线被屏蔽体4屏蔽的高纯锗γ探测器3获取，再经数据线2将探测信号传输至多道γ能谱仪1进行数据处理和分析，获得铀浓度为100mg/L下的γ射线计数率；
(a3)依次将步骤(a1)的溶液更换铀含量分别为100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L，并获取相应浓度下的γ射线计数率；
(a4)以铀浓度值分别为0mg/L、100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L为横坐标，以相应情况下的γ计数率为纵坐标，画出浓度和γ计数率曲线；
(a5)对步骤(a4)得到的曲线进行最小二乘拟合，获得铀浓度测量的计算模型；
(b1)在正常生产时，含铀液体在被检测的不锈钢管道12中流通、传递；
(b2)根据核临界安全要求，在需要进行监测时，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀10、关闭出口电磁阀11，将被检测的不锈钢管道12中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道7，以待被测量；
(b3)获得对应监测情况下的γ射线计数率；
(b4)根据步骤(a)所建立的模型，反算出该监测情况下的铀浓度值；
(b5)监测完毕后，打开出口电磁阀11、关闭入口电磁阀10，将含铀液体导出进入原有被检测的不锈钢管道12。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含铀液体中铀含量的在线测量装置，其特征在于：包括一个有机玻璃管道(7)，被检测的不锈钢管道(12)上开口处通过管道引流至有机玻璃管道(7)的入口，有机玻璃管道(7)的出口通过管道引流至被检测的不锈钢管道(12)，在有机玻璃管道(7)外侧设置有一个屏蔽壳体(9)，在屏蔽壳体(9)内放置有57Co放射源(8)，还包括一个以有机玻璃管道(7)轴线为对称轴与57Co放射源(8)呈对称设置的高纯锗γ探测器(3)，高纯锗γ探测器(3)通过数据线(2)与多道γ能谱仪(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种含铀液体中铀含量的在线测量装置，其特征在于：所述高纯锗γ探测器(3)设置在一个屏蔽体(4)内，在屏蔽体(4)内还设置有还包括一个准直器支撑架(6)，准直器支撑架(6)上安装有用于高纯锗γ探测器(3)的准直器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种含铀液体中铀含量的在线测量装置，其特征在于：在有机玻璃管道(7)入口端的管道上还设置有一个入口电磁阀(10)，在有机玻璃管道(7)出口端的管道上还设置有一个出口电磁阀(11)。
4.一种含铀液体中铀含量的在线测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)建立模型：将待测的液体建立测量的模拟模型；
(b)在线监测：按照建立的模拟模型，将监测的数据与模型进行对比，并分析其数据。
5.根据权利要求4所述的一种含铀液体中铀含量的在线测量方法，其特征在于：所述的步骤(a)建立模型包括以下步骤：
(a1)根据核临界安全要求，在被检测的不锈钢管道(12)中注入不含铀的清水溶液，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀(10)、关闭电磁阀(11)，将被检测的不锈钢管道(12)中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道(7)，作为待测量物；
(a2)利用被屏蔽壳体(9)准直及屏蔽的57Co放射源(8)中占比达85.51％的γ射线作为穿透射线，穿过有机玻璃管道(7)并经准直器支撑架(6)支撑的准直器(5)的准直后，γ射线被屏蔽体(4)屏蔽的高纯锗γ探测器(3)获取，再经数据线(2)将探测信号传输至多道γ能谱仪(1)进行数据处理和分析，获得铀浓度为100mg/L下的γ射线计数率；
(a3)依次将步骤(a1)的溶液更换铀含量分别为100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L，并获取相应浓度下的γ射线计数率；
(a4)以铀浓度值分别为0mg/L、100mg/L、500mg/L、1000mg/L、2000mg/L、4000mg/L、8000mg/L、10000mg/L为横坐标，以相应情况下的γ计数率为纵坐标，画出浓度和γ计数率曲线；
(a5)对步骤(a4)得到的曲线进行最小二乘拟合，获得铀浓度测量的计算模型。
6.根据权利要求4所述的一种含铀液体中铀含量的在线测量方法，其特征在于：所述的步骤(b)在线监测包括以下步骤：
(b1)在正常生产时，含铀液体在被检测的不锈钢管道(12)中流通、传递；
(b2)根据核临界安全要求，在需要进行监测时，以全自动电磁阀为切换方式，打开入口电磁阀(10)、关闭出口电磁阀(11)，将被检测的不锈钢管道(12)中流通、传递的含铀液体引入至有机玻璃管道(7)，以待被测量；
(b3)获得对应监测情况下的γ射线计数率；
(b4)根据步骤(a)所建立的模型，反算出该监测情况下的铀浓度值；
(b5)监测完毕后，打开出口电磁阀(11)、关闭入口电磁阀(10)，将含铀液体导出进入原有被检测的不锈钢管道(12)。
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