CN108828650B - 一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废包壳铀钚含量测量技术领域，具体涉及一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法，用于对中子测量装置的铅屏蔽层的厚度进行计算，包括如下步骤：步骤S1，在第一中子测量装置的测量腔中设置中子源；步骤S2，在第一中子测量装置的测量腔中分别放入强度由高至低的γ源；选择对中子剂量率影响最小的γ源为目标γ源；目标γ源的γ强度作为临界强度，在临界强度下的γ源的剂量率值做为临界剂量率值；步骤S3，选一个模拟的γ源放入模拟的第二中子测量装置的测量腔中，逐步增加模拟铅屏蔽层的厚度，得到不同厚度下的模拟剂量率值，直到模拟剂量率值与临界剂量率值一致，此时模拟剂量率值对应的模拟铅屏蔽层的厚度就是铅屏蔽层最优值。

Description

一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法
技术领域
本发明属于废包壳铀钚含量测量技术领域，具体涉及一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法。
背景技术
乏燃料中含有未烧尽的U235、生成的Pu239等核燃料，以及一些裂变产物和超铀元素。目前各国已经设计制造的废包壳测量装置，并在各后处理中试厂以及商用大厂进行应用，目前最新的几家后处理厂的废包壳测量装置包括法国的UP3厂、英国THORP厂、日本六个所等。其中，法国UP3 厂采用有源中子测量方法，采用Cf252作为质询源。英国THORP厂采用有源中子质询方法和高分辨γ分析方法。日本六个所主要是根据法国相关工艺进行改进。2002年左右，我国中试厂进口了一台德国的废包壳测量装置 CAMOS，其采用了有源中子和无源中子测量技术相结合的方法，使用了水作为慢化体，Cf252作为诱发中子源，裂变室作为中子管探测器，增加了两个电离室作为γ水平的监控和修正。
随着我国核事业的快速发展，乏燃料的积累日益增多，为此相继开展了有关乏燃料后处理厂建设及工艺研究工作。为此，有必要建立废包壳中铀钚含量测量的技术途径，通过提供准确、快捷地测量废包壳内的铀钚含量以及相应的α活度等参数，能够有效地提高乏燃料后处理、废物处理处置等环节的资源利用效率，产生较好的经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对中子测量装置的铅屏蔽层的厚度进行计算的方法，从而得到铅屏蔽层的最优厚度，进而使得中子测量装置能够获得更高的中子探测效率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法，用于对中子测量装置的铅屏蔽层的厚度进行计算，所述中子测量装置用于测量废包壳的中子计数率，所述中子测量装置为桶状结构，内部设有放置所述废包壳的测量腔，所述中子管探测器均匀设置在所述测量腔外围，所述铅屏蔽层设置在所述测量腔与所述中子管探测器之间，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，选择与所述中子测量装置结构相同的第一中子测量装置，在所述第一中子测量装置的测量腔中设置中子源，得到中子计数率，所述中子计数率作为基准中子计数率；
步骤S2，在所述第一中子测量装置的测量腔中分别放入强度由高至低的γ源；记录每种γ源对所述基准中子计数率的增加量，选择对所述基准中子计数率的增加量在5％以下的γ源为目标γ源；通过模拟计算出所述目标γ源在所述中子探测器位置处的剂量率值，把所述剂量率值做为临界剂量率值；所述临界剂量率值通过模拟计算得到；
步骤S3，通过模拟计算得到所述铅屏蔽层的厚度的最优值，包括：建立第二中子测量装置，所述第二中子测量装置是模拟的、与所述中子测量装置结构相同中子测量装置；选择一个放射线强度与所述废包壳的放射性强度一致的模拟γ源放入所述第二中子测量装置的测量腔中，逐步增加所述第二中子测量装置的铅屏蔽层的厚度，得到不同厚度下的不同的模拟剂量率值，直到所述模拟剂量率值与所述临界剂量率值一致，此时所述模拟剂量率值所对应的所述模拟铅屏蔽层的厚度就是所述铅屏蔽层的厚度的最优值。
进一步，在所述步骤S2和所述步骤S3中，所述模拟计算为蒙特卡洛模拟计算。
进一步，所述中子管探测器为He3中子管探测器。
本发明的有益效果在于：
对于中子测量装置在物理结构一致，He3中子管探测器数量一致的前提下，采用本发明所提供的中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法，提高了中子探测效率。这样对于实现同等探测效率的中子测量装置，采用本发明所提供的方法设计的中子测量装置可以减少He3中子管探测器的数量。一根中子管探测器根据活性区长度不同成本从五万到十多万，这样的设计大大节省装置成本。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的中子测量装置的示意图；
图中：1-铅屏蔽层，2-测量腔，3-中子管探测器，4-顶盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法，用于对中子测量装置的铅屏蔽层1的厚度进行计算，中子测量装置用于测量废包壳的中子计数率，中子测量装置为桶状结构，内部设有放置废包壳的测量腔2，中子管探测器3均匀设置在测量腔2外围(中子管探测器3为He3中子管探测器)，铅屏蔽层1设置在测量腔2与中子管探测器3之间，方法包括如下步骤：
步骤S1，选择一个实体的中子测量装置作为第一中子测量装置，第一中子测量装置的结构与上述的中子测量装置相同，在第一中子测量装置的测量腔中设置中子源(此时没有伽马源影响)，得到中子计数率，中子计数率作为基准中子计数率；
步骤S2，在第一中子测量装置的测量腔中分别放入强度由高至低的γ源(每次测量腔2中有且只有一种γ源)；记录每种γ源对基准中子计数率的增加量，选择对基准中子计数率的增加量在5％以下的γ源为目标γ源；通过模拟计算出目标γ源在中子探测器位置处的剂量率值，把剂量率值做为临界剂量率值，临界剂量率值也就是粗调的目标；临界剂量率值通过蒙特卡洛模拟计算得到。
步骤S3，通过蒙特卡洛模拟计算得到铅屏蔽层的厚度的最优值，包括：建立第二中子测量装置，第二中子测量装置是模拟的、与中子测量装置结构相同的中子测量装置；选择一个放射线强度与废包壳的放射性强度一致的模拟γ源放入模拟的第二中子测量装置的测量腔中，逐步增加模拟的第二中子测量装置的模拟的铅屏蔽层的厚度，得到不同厚度下的不同的模拟剂量率值，直到模拟剂量率值与临界剂量率值一致，此时模拟剂量率值所对应的模拟铅屏蔽层的厚度就是铅屏蔽层1的厚度的最优值。
最后举例说明本发明所提供的中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法的具体应用。
步骤S1，在第一中子测量装置的测量腔中设置中子源，具体步骤如下：
步骤S1.1，通过软件打开移位寄存器，启动中子测量；
步骤S1.2，测量第一中子测量装置的中子本底。其中，该中子测量装置使用同种型号的He3中子管探测器与电子学系统；
步骤S2，在测量腔2中分别放入强度由高至低的γ源；记录每种γ源对中子计数率的增加量，选择对基准中子计数率的增加量在5％以下的γ源为目标γ源；通过模拟计算出目标γ源在中子探测器位置处的剂量率值，把剂量率值做为临界剂量率值，具体步骤如下：
步骤S2.1，采用吊装设备打开中子测量装置的顶盖4；
步骤S2.2，将一定活度的伽马源置于第一中子测量装置的测量腔内部固定位置；
步骤S2.3，采用吊装设备将顶盖重新放置于中子测量装置上方；
步骤S2.4，设置测量参数；
步骤S2.5，参数设置完毕后，启动中子测量，并记录中子计数率；
步骤S2.6，测量结束后，进行数据处理；
步骤S2.7，采用吊装装置打开中子测量装置的顶盖，并取出伽马源放置于固定位置；
步骤S2.8，选择一系列不同活度的伽马源，重复上述步骤S2.1至步骤S2.7；
步骤S2.9，针对上述一系列不同活度伽马源所对应的中子计数率测量数据(由步骤2.8得到)，通过结合步骤1.2中的中子本底的数值进行比较来判断产生显著伽马干扰的伽玛源强(即目标γ源)，作为临界强度；
步骤S3，得到临界剂量率值：采用蒙特卡罗模拟计算方法模拟第一中子测量装置中He3中子管探测器在临界强度下受到的伽马剂量率值(即模拟剂量率值)，作为临界剂量率值。其中，临界强度为步骤S2.9中所确定的伽马射线最优强度；
步骤S4，以步骤S3中模拟得到的临界剂量率值为基准，模拟中子测量装置，即建立模拟的第二中子测量装置，给出第二中子测量装置的铅屏蔽体1的最优厚度。其中，模拟计算中所选取的测量样品强度为实际测量装置(即第一中子测量装置)中测量对象的最大强度，然后通过逐步增加模拟的第二中子测量装置的模拟的铅屏蔽体的厚度，计算相应的He3中子管探测器受到的伽马剂量率值，直到该剂量率值和步骤S3中所提到的临界剂量率值一致为止，此时模拟的铅屏蔽体的厚度即为铅屏蔽体1的厚度的最优值。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (3)

1.一种中子测量装置的屏蔽层厚度的设计方法，用于对中子测量装置的铅屏蔽层(1)的厚度进行计算，所述中子测量装置用于测量废包壳的中子计数率，所述中子测量装置为桶状结构，内部设有放置所述废包壳的测量腔(2)，中子管探测器(3)均匀设置在所述测量腔(2)外围，所述铅屏蔽层(1)设置在所述测量腔(2)与所述中子管探测器(3)之间，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，选择与所述中子测量装置结构相同的第一中子测量装置，在所述第一中子测量装置的测量腔中设置中子源，得到中子计数率，所述中子计数率作为基准中子计数率；
步骤S2，在所述第一中子测量装置的测量腔中分别放入强度由高至低的γ源；记录每种γ源对所述基准中子计数率的增加量，选择对所述基准中子计数率的增加量在5％以下的γ源为目标γ源；通过模拟计算出所述目标γ源在所述中子管 探测器位置处的剂量率值，把所述剂量率值做为临界剂量率值；所述临界剂量率值通过模拟计算得到；
步骤S3，通过模拟计算得到所述铅屏蔽层(1)的厚度的最优值，包括：建立第二中子测量装置，所述第二中子测量装置是模拟的、与所述中子测量装置结构相同的中子测量装置；选择一个放射线强度与所述废包壳的放射性强度一致的模拟γ源放入所述第二中子测量装置的测量腔中，逐步增加所述第二中子测量装置的铅屏蔽层的厚度，得到不同厚度下的不同的模拟剂量率值，直到所述模拟剂量率值与所述临界剂量率值一致，此时所述模拟剂量率值所对应的所述模拟铅屏蔽层的厚度就是所述铅屏蔽层(1)的厚度的最优值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：在所述步骤S2和所述步骤S3中，所述模拟计算为蒙特卡洛模拟计算。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述中子管探测器(3)为He3中子管探测器。
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