CN109283568B - 一种放射性水过滤器废滤芯测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放射性水过滤器废滤芯测量系统和方法，包括机械台架带动待测废滤芯做三维运动；伽马谱仪与被测废滤芯中放射性核素释放的γ射线相互作用,根据测量得到的待测废滤芯各分段的全能峰计数率分析得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比；控制单元选定测点和规划测量路径、自动控制旋转台运动、可视化显示测量结果；本发明实现对废滤芯的分段和多点检测，可获得废滤芯更为精确、更为详细的伽马谱型。为使核电厂能够通过剂量率推算法更为准确的评估废滤芯废物桶中的放射性核素种类及活度，为保证测量人员的辐射安全、以满足国家放射废物处理处置相关要求提供了保障。

Description

一种放射性水过滤器废滤芯测量系统和方法

技术领域

本发明涉及核电厂放射性测量技术领域，对放射性水过滤器废滤芯进行测量，尤其涉及一种放射性水过滤器废滤芯伽马谱测量方法及测量系统。

背景技术

核电作为一种安全可靠、清洁的能源，已成为电力工业的重要组成部分。目前，世界上应用比较普遍或具有良好发展前景的堆型，主要有压水堆、沸水堆、重水堆、高温气冷堆和快中子堆。其中国内已运行核电站堆型包括压水堆和重水堆，在建核电站中绝大部分为压水堆型。压水堆所使用的慢化剂和冷却剂以及反应堆换料和乏燃料贮存过程中的屏蔽材料都为水；为保证反应堆事故条件下的安全注射和安全喷淋系统使用水，以及人员和设备去污也用到各种水溶液，所以核电站设置有多个放射性水处理系统，需要使用大量的水过滤器废滤芯。放射性水过滤器废滤芯主要用来去除以胶体形式存在于水中的腐蚀产物和悬浮的固体颗粒物，是保证核电站稳定运行的重要设备。

在核电厂运行过程中，放射性水过滤器废滤芯持续过滤和净化水中的腐蚀活化产物，废滤芯中放射性核素活度浓度将不断增加，在过滤器压差达到一定条件时更换新的废滤芯，更换下的废滤芯作为放射废物处理，经过水泥工艺固化到金属桶后暂存，最终运往废物处置场处理。对放射性废滤芯的处理需要检测其是否满足中低放废物的入库条件要求以及国家制定相应措施。

放射性废物活度测量常用的方法有计算法、剂量率推算法、关键核素(推算法)、直接测量法和无损检测法(NDA)。由于废滤芯通过取样进行活度分析非常困难，放射性核素分布也不均匀，即使取样也很难获得有代表性的样品，采用传统的先取样再用化学分析法进行检测的做法，必然会带来很大的误差，因此，核电厂目前通常采用剂量率推算法和无损检测法(NDA)得到废滤芯废物桶中放射性核素的种类及活度。但采用剂量率推算法时，该方法需要使用到废滤芯经验能谱，但目前核电厂采用的经验能谱数据参考与目前国内在役核电厂中废滤芯的实际伽马能谱存在较大差异。因此，为进一步提交活度评估的准确性，需直接对水泥固化前的废滤芯直接进行测量，研究确定废滤芯的伽马能谱型，即确定废滤芯中放射性核素的种类及其活度占比，然后应用剂量率推算法确定废滤芯中放射性核素及其活度。但现有技术的测量方法难免对周围人员会造成不必要的辐射照射，不能保证人员辐射安全，并且对废滤芯的检测数据准确度不高，自动化程度低。所以急需寻求一种更加安全可靠且可进行精确测量的测量系统。

发明内容

本发明针对现有技术中所存在的测量精度不高以及安全性差的问题，提供了一种自动化程度高，可保证安全的前提下获得废滤芯更为精确和全面的检测数据的放射性水过滤器废滤芯测量系统和方法。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：一种放射性水过滤器废滤芯测量系统,包括：机械台架,包括用于带动待测废滤芯做三维运动的三维运动平台；伽马谱仪,包括与所述待测废滤芯对应设置的准直器；安装在所述准直器上的探测器；用于采集和处理所述探测器测量数据的数字化谱仪；以及用于解谱、无源效率刻度和核素活度反演后得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比的核素活度反演模块；控制单元,连接所述伽马谱仪和三维运动平台,用于根据规划的测量点和测量路径，远程自动控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。

其中，所述探测器用于通过准直器依次测量被测废滤芯轴向各分段，所述被测废滤芯中放射性核素释放的伽马射线与所述探测器相互作用产生电脉冲信号，所述电脉冲信号经前置放大器放大；所述数字化谱仪，包括数据信号采集存贮部分，所述探测器输入信号经主放大器放大、成形后，并传送往至数模转换器和多道脉冲幅度分析器将电脉冲信号转换成数字信号供所述核素活度反演模块分析和计算。

其中，所述核素活度反演模块包括：解谱模块，无源效率刻度模块和核素活度计算模块；所述解谱模块,连接数字化谱仪和核素活度计算模块,用于接收放大的电脉冲信号得到探测器每次探测的沿轴向分段的各分段全能峰计数率，解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率；所述无源效率刻度模块,连接所述核素活度计算模块,用于计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供所述核素活度反演模块调用被测废滤芯对应的效率刻度曲线；所述核素活度计算模块，根据解谱模块给出的放射性核素种类及其全能峰计数率，调用所述无源效率刻度模块中被测废滤芯对应的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度，最终得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

其中，所述控制单元包括处理模块和驱动模块；所述驱动模块,分别连接三维运动平台和处理模块,用于驱动三维运动平台带动所述被测废滤芯沿其径向旋转或沿轴向直线运动，以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器；所述处理模块,连接所述核素活度反演模块,用于根据核素活度反演模块在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径通过所述驱动模块控制所述三维运动平台以进行下一段测量检测。

其中，所述控制单元还包括路径规划模块,连接驱动模块和处理模块，用于根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；所述处理模块还用于按照所述规划的测量点和测量路径,控制三维运动平台沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

其中，所述机械台架还包括：测量屏蔽装置，设置在三维运动平台外围，用于屏蔽所述被测废滤芯释放的伽马射线；测量防护桶，包覆在被测废滤芯外周面并通过夹具固定连接在三维运动平台上，用于对被测废滤芯进行导向和定位，同时避免放射性污染扩散；所述准直器的一端位于所述测量屏蔽装置内部空间并与所述测量防护桶贴合对齐，所述准直器的另一端位于所述测量屏蔽装置外部、并与所述频谱仪的探测器套筒连接，用于准直探测器和被测废滤芯；所述三维运动平台，连接控制单元的驱动模块，用于通过所述驱动模块驱动所述测量防护桶和被测废滤芯沿轴线方向做直线运动和旋转运动、沿水平方向直线移动，使所述测量防护桶与准直器贴合,以使被测废滤芯全段沿三维方向运动进行对准所述准直器被分段检测。

其中，所述伽马谱仪还包括制冷装置，所述制冷装置采用电制冷或液氮制冷，用于为所述探测器提供制冷；所述准直器外侧轴具有中空通道，用于容纳屏蔽衰减片。

另一方面，本发明还提供了一种放射性水过滤器废滤芯测量方法，包括如下步骤：将待测废滤芯放置在三维运动平台上并对应准直器；采集和处理探测器的测量数据，并对所述测量数据进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演、得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比；根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。

其中，对所述测量数据进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演、得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比的具体处理包括：待测废滤芯对应准直器后，依次测量沿被测废滤芯轴向各分段全能峰计数率；解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率；调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度；对被测废滤芯的全段进行分段检测,根据所有分段的放射性核素活度测量结果计算得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

其中，所述调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线包括：根据待测废滤芯、准直器和探测器的几何尺寸和材料成分，以及被测废滤芯、屏蔽物、探测器之间的相对位置，计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供核素活度反演模块调用被测废滤芯的效率刻度曲线。

其中，所述根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果进一步包括如下处理：根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；驱动三维运动平台带动被测废滤芯做直线和/或旋转运动、以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器进行测量；根据在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径,控制三维运动平台沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

其中，在测量之前还包括待测废滤芯设置安装步骤：按照不同规格的待测废滤芯尺寸设置测量点规划和测量路径规划；根据待测废滤芯规格安装对应规格的测量防护桶；调整测量防护桶位置使其与准直器前端贴合；待测废滤芯在测量前采用外层软防护包装；将待测废滤芯装载至测量防护桶内。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明采用废滤芯伽马频谱测量系统，可直接测量获得废滤芯中放射性核素的种类及其活度，进而可计算出废滤芯废物桶中放射性核素的总活度；并可研究并修正国内在役核电厂废滤芯经验能谱的核素种类及占比，使核电厂能够通过剂量率推算法更为准确的评估废滤芯废物桶中的放射性核素种类及活度，满足了国家放射废物处理处置相关的要求。

同时本发明采用了待测废滤芯的分段、多点形式的放射性核素活度的测量和计算，可获得废滤芯更为精确、更为详细的伽马谱型。采用自动远程控制，实现废滤芯伽马谱的精确、自动、高效、可靠地测量。本发明充分考虑人员辐射防护，对待测的废滤芯加装测量屏蔽和测量防护桶，避免放射性污染扩散和交叉污染的要求，保证了测量人员的辐射安全。

另外本发明采用无源效率刻度软件建立了多规格废滤芯和多种准直孔径的效率刻度曲线，测量时给出对应的效率刻度曲线，提供了更为精确的测量数据，进一步保证了测量的安全和可靠。控制系统集数据采集、设备通信、数据分析、驱动控制功能于一体，实现对废滤芯伽马谱的自动控制和测量结果可视化。控制软件基于就地伽马谱仪系统的二次开发包开发，实现就地伽马谱仪系统的开关和运行控制，能够实现能谱图的收集和分析，具有性能稳定，控制可靠的特点。

附图说明

图1是本发明实施例一提供放射性水过滤器废滤芯测量系统结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的废滤芯伽马谱测量系统原理框图。

图3是本发明实施例一提供的控制单元用于驱动三维平台的结构示意图。

图4是本发明实施例一提供的就地伽马谱仪原理图。

图5为本发明实施例二提供的放射性水过滤器废滤芯测量方法流程图。

图6为本发明实施例二中步骤S200的流程图。

图7为本发明实施例二中步骤S300的流程图。

图8为本发明实施例二废滤芯伽马谱测量方法另一实施方式的流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的测量精度不高以及安全性差的问题，本发明旨在提供一种采用就地伽马伽马谱仪系统实现对废滤芯的分段、多点放射性核素活度的测量和计算、系统采用包括测量屏蔽装置、三维运动平台、测量防护桶、伽马谱仪、准直器、控制单元和测量操作台组成的自动化测量系统，可适用于不同规格废滤芯伽马谱的测量，其核心思想是：提出一种放射性水过滤器废滤芯测量系统和方法,在设计上首先考虑废滤芯内放射性核素在轴向分布不均匀，沿废滤芯轴向分段，假设分段以后每段内的放射性核素均匀分布，同时通过轴向速旋转废滤芯实现径向均匀化，测量每段的全能峰计数率，解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率，调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度；对被测废滤芯的全段进行分段检测,根据所有分段的放射性核素活度测量结果计算得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

由于本发明预存有各规格的不同尺寸的待测废滤芯的数据，可以在测量不同尺寸的废滤芯时，实时调用对应的效率刻度曲线以测量不同规格废滤芯的伽马能谱，为测量提供了准确的测量依据，并且该测量装置设计有控制系统，控制对废滤芯轴线方向做直线运动(Z方向)、轴线方向做旋转运动(R方向)、前后方向做直线运动(X方向)的三维运动，可实现废滤芯上任何一个位置的伽马核素活度测定。自动化的远程控制，保证测量人员的辐射安全，避免人员受到不必要的辐射照射。解决了现有技术自动化程度低，测量不精准和全面的缺陷。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种放射性水过滤器废滤芯测量系统，参见图1为本发明实施例一的装置结构图，该装置包括：机械台架100，用于带动待测废滤芯做三维运动的三维运动平台101,伽马谱仪200包括：与待测废滤芯对应设置的准直器206；连接准直器206,安装在准直器206上的探测器201；用于采集和处理探测器201测量数据的数字化谱仪202；以及用于解谱、无源效率刻度和核素活度反演后得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比的核素活度反演模块；核素活度反演模块包括解谱模块203，无源效率刻度模块204和核素活度计算模块205；核素活度反演模块用于解谱、无源效率刻度和核素活度反演后得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。其中，探测器201用于通过准直器206依次测量被测废滤芯轴向各分段，被测废滤芯中放射性核素释放的伽马射线与所述探测器相互作用产生电脉冲信号，所述电脉冲信号经前置放大器放大；数字化谱仪202，包括数据信号采集存贮部分，探测器201输入信号经主放大器放大、成形后，并传送往至数模转换器和多道脉冲幅度分析器将电脉冲信号转换成数字信号供核素活度反演模块分析和计算。解谱模块203,连接数字化谱仪202和核素活度计算模块205,用于接收放大的电脉冲信号得到探测器每次探测的沿轴向分段的各分段全能峰计数率，解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率；无源效率刻度模块204,连接核素活度计算模块205,用于计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供所述核素活度反演模块调用被测废滤芯对应的效率刻度曲线；核素活度计算模块205，根据解谱模块203给出的放射性核素种类及其全能峰计数率，调用无源效率刻度模块204中被测废滤芯对应的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度，最终得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

控制单元300,连接伽马谱仪200和三维运动平台101,用于根据规划的测量点和测量路径，远程自动控制三维运动平台运动、以对待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。

进一步地，参见附图1，其中，伽马谱仪200为就地伽马伽马谱仪中的探测器201通过准直器206将探测器与被测废滤芯准直,探测器201用于依次测量沿被测废滤芯轴向分段的各分段放射性核素，分别传输被测废滤芯每次测量的各分段放射性核素；即：通过将被测废滤芯轴向分段，细分为多段，以提高整个被测废滤芯整段的检测精度，其检测方式是通过控制单元控制三维运动平台做三维运动，每旋转或者直线运动到对应的分段后，并通过准直器将被测废滤芯准直探测器201，将每一次分段检测的数据传输至下一级模块，直至将整个滤芯检测完毕并进行计算；具体计算见后面详细描述。

分别连接探测器201和300控制单元的解谱模块203,用于接收探测器201每次探测的沿轴向分段的各分段被测废滤芯各分段的全能峰计数率和放射性核素的种类；无源效率刻度模块204,用于根据测量待测废滤芯104不同规格尺寸，建立各规格尺寸的待测废滤芯相关效率刻度曲线。即：根据待测废滤芯、准直器和探测器的几何尺寸和材料成分，以及被测废滤芯、屏蔽物、探测器之间的相对位置，计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供核素活度反演模块调用被测废滤芯的效率刻度曲线。

进一步地，控制单元300包括处理模块301、驱动模块302以及路径规划模块302,分别连接三维运动平台101和处理模块301的驱动模块302,用于驱动三维运动平台101带动被测废滤芯102沿其径向旋转或沿轴向直线运动，以使被测废滤芯102的对应分段作为检测区域被选择对准准直器103；连接核素活度计算模块205的处理模块301,用于根据核素活度反演模块205在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径通过所述驱动模块控制所述三维运动平台以进行下一段测量检测。路径规划模块302，分别连接驱动模块和处理模块的，用于根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；处理模块301还用于按照规划的测量点和测量路径,控制三维运动平台101沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

进一步地，结合附图1参见附图2，废滤芯伽马谱测量系统主要功能是实现废滤芯的分段、多点放射性核素活度的测量和计算，图2中废滤芯伽马谱测量系统包括机械台架100中的三维运动平台101，测量防护桶102，具有屏蔽空间的测量屏蔽装置103，以及就地伽马伽马谱仪200，控制单元300和测量操作台304，可适用于不同规格废滤芯104伽马频谱的测量；其中三维运动平台101被密闭在该屏蔽空间内，测量屏蔽装置103用于屏蔽被测废滤芯释放的伽马射线；测量屏蔽装置103采用铅、钢或者其他辐射屏蔽材料，在实际应用时可根据废滤芯辐射源项设置相应厚度屏蔽材料，将废滤芯周围的剂量率降低至一定水平以下，避免对周围人员造成不必要的辐射照射，保证人员辐射安全。

三维运动平台101：布置在测量屏蔽装置103内部；测量防护桶102被包覆在被测废滤芯外周面并通过夹具固定连接在三维运动平台上，用于对被测废滤芯进行导向和定位，同时避免放射性污染扩散；三维运动平台101通过对应的电机驱动带动测量防护桶102及其内部废滤芯104做三维运动，即沿轴线方向直线运动(Z方向)、轴线方向旋转运动(R方向)、水平方向直线移动(X方向)，使测量防护桶102与准直器206贴合。参见附图3，控制单元300中的驱动模块302分别连接第一马达M1驱动三维运动平台101运动、使测量防护桶102及其内部废滤芯104沿轴线方向直线运动(Z方向)、第二马达M2驱动其沿水平方向直线移动(X方向)和第三马达M3驱动其沿轴线方向做旋转运动(R方向)，,以使被测废滤芯104全段沿三维方向运动进行对准准直器被探测器分步、分段以及多点检测，以实现全段检测。本发明的水平方向还可以通过手动调节区调整位置，即每次测量时根据废滤芯的规格尺寸预先调整到相应水平位置，只要保证其与准直器前段贴合即可。

准直器206的一端穿过测量屏蔽装置103的内部空间并与测量防护桶102贴合对齐，准直器的另一端位于测量屏蔽装置103外部、并与伽马谱仪的探测器套筒连接，准直器206用于准直探测器202和被测废滤芯104。

设置测量防护桶可保证测量时废滤芯在旋转或升降过程中不偏离中心、不倾斜，同时避免放射性污染的扩散。测量防护桶根据废滤芯尺寸定制，比废滤芯尺寸略大，不同规格废滤芯使用对应的测量防护桶，其夹具设计为快速拆装结构，便于根据废滤芯规格更换不同规格的测量防护桶。其中，上面描述的三维运动平台如何做三维旋转，可拆卸的夹具结构等可以采用现有技术中的任一结构，所以此处不做特别限定。

进一步地，本发明的准直器206：其作用在于只允许与准直器平行的射线通过，减少后端探测器的计数率。准直器安装在测量屏蔽装置上或者专用的支架上，其前端位于测量屏蔽装置内部，与测量防护桶齐平，后端位于测量屏蔽装置外部，后端法兰为探测器套筒，用于安装就地伽马伽马谱仪的高纯锗探测器。考虑到所测量废滤芯剂量水平范围很广，设计不同规格的准直孔径，以利于各种水平废滤芯中核素活度的准确测量，同时在准直器后端段(外侧轴)留有中空通道，若剂量率过大，造成就地伽马谱仪系统死时间过长，可插入屏蔽衰减片。

伽马谱仪200：安装在测量屏蔽装置外部，用于废滤芯中放射性核素的识别及活度测量，包括高纯锗探测器201及其制冷装置207、数字化谱仪202、无源效率刻度软件(无源效率刻度模块204)、解谱软件(解谱模块202)，核素反演软件(核素活度计算模块205)，其中：探测器201：与被测废滤芯中放射性核素释放的γ射线相互作用产生电脉冲信号，信号经前置放大器放大，参见附图4，为就地伽马谱仪200原理图，包括高纯锗(HPGe)探测器，被测废滤芯中放射性核素释放的γ射线与之相互作用产生电脉冲信号；前置放大器，用于对探测器输入信号进行放大，然后经主放大器(数字化谱仪，其集成了主放大器)放大、成形后，送往数模转换器和多道脉冲幅度分析器将电脉冲信号转换成数字信号供软件(包括解谱模块、无源效率刻度模块和核素活度计算模块，通过软件解谱分析、核素活度反演获得被测废滤芯中的放射性核素种类及其放射性活度)分析和计算。制冷装置207，制冷装置采用电制冷或者液氮制冷，用于为高纯锗探测器201提供制冷。

本发明集数据采集、设备通信、数据分析、驱动控制功能于一体，用于废滤芯伽马频谱测量系统对废滤芯伽马谱的自动控制和测量。控制软件实现测点选定和测量路径规划、三维运动平台运动控制、就地伽马谱仪系统控制、核素活度反演、测量结果可视化等功能。放射性水过滤器废滤芯测量系统还包括测量控制台304，控制台安装有控制相关软件和硬件，用于人员远程操作废滤芯伽马谱的自动控制测量。具体控制台使用现有技术中任一控制台系统，所以此处不做详细描述。

本发明放射性水过滤器废滤芯测量系统通过沿滤芯轴向进行分段，多点，多方向对放射性核素进行测量，可获得废滤芯更为精确、更为详细的伽马谱型；系统采用自动远程控制，实现废滤芯伽马谱的精确、自动、高效和可靠地测量；并且为了充分考虑人员辐射防护，加装有采用铅、钢或者其他辐射屏蔽材料的测量屏蔽装置和测量防护桶，能够保证测量人员的辐射安全，避免放射性污染扩散和交叉污染的要求；系统集数据采集、设备通信、数据分析、驱动控制功能于一体，实现对废滤芯伽马谱的自动控制和测量结果可视化。

实施例二

本发明实施提供了一种放射性水过滤器废滤芯测量方法，适用于实施例一所示的放射性水过滤器废滤芯测量系统，参见图5，该方法包括：

S100、将待测废滤芯放置在三维运动平台上并对应准直器；

S200、采集和处理探测器的测量数据，并对所述测量数据进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演、得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比；

S300、根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。

其中，参见附图6，步骤S200进一步包括：

S201、待测废滤芯对应准直器后，依次测量沿被测废滤芯轴向各分段全能峰计数率；

S202、解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率；

S203、调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度；

调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线包括：根据待测废滤芯、准直器和探测器的几何尺寸和材料成分，以及被测废滤芯、屏蔽物、探测器之间的相对位置，计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供核素活度反演模块调用被测废滤芯的效率刻度曲线。

S204、对被测废滤芯的全段进行分段检测,根据所有分段的放射性核素活度测量结果计算得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

参见附图7，步骤S300进一步包括：

S301、根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；

S302、驱动三维运动平台带动被测废滤芯做直线和/或旋转运动、以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器进行测量；

S303、根据在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径,控制三维运动平台沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

在测量之前还包括待测废滤芯设置安装步骤：按照不同规格的待测废滤芯尺寸设置测量点规划和测量路径规划；根据待测废滤芯规格安装对应规格的测量防护桶；调整测量防护桶位置使其与准直器前端贴合；待测废滤芯在测量前采用外层软防护包装；将待测废滤芯装载至测量防护桶内。

参见附图8，是本发明的另一实施例的计算和控制流程，本实施例中，在测量之前还包括待测废滤芯设置安装步骤：按照不同规格的待测废滤芯尺寸设置测量点规划和测量路径规划；根据待测废滤芯规格安装对应规格的测量防护桶；调整测量防护桶位置使其与准直器前端贴合；待测废滤芯在测量前采用外层软防护包装；将待测废滤芯装载至测量防护桶内，设置完成后，进入测量步骤，详见附图8描述流程。

本发明实施例二中的废滤芯伽马频谱测量的测量方法是假设废滤芯内放射性核素在轴向分布不均匀，所以沿废滤芯进行轴向分段，以使分段以后每段内的放射性核素均匀分布，测量每段的全能峰计数率，统计废滤芯所有段的放射性核素得到废滤芯内放射性核素的活度；同时在测量过程中，匀速旋转废滤芯，实现了测量的径向均匀化。

废滤芯伽马谱测量的测量方式是测量探测器固定不动，通过三维运动平台101带动废滤芯沿轴线方向直线运动(Z方向)、轴线方向旋转运动(R方向)、前后方向直线运动(X方向)，可实现废滤芯上任何一个位置的伽马核素活度测定。具体的，废滤芯伽马谱测量系统通过以下步骤实现放射性水过滤器废滤芯伽马谱测量(见图8)：

1)在控制软件中针对不同规格废滤芯设置测量点规划和测量路径规划，对废滤芯轴向分成若干段(分段数量大于1)。

2)核电厂有不同规格的放射性水过滤器滤芯，如2 3/4”、6”、8”、12”、16”，测量时首先确定废滤芯规格，在三维运动平台上根据待测废滤芯规格安装对应规格的测量防护桶。

3)手动或自动调整三维运动平台测量防护桶的位置，使其与准直器前端贴合。

4)测量前采用外层软防护包装废滤芯，保证废滤芯之间不存在交叉污染，避免放射性污染扩散。

5)将待测的废滤芯装载至三维运动平台上的测量防护桶内。

6)在测量控制台通过控制软件按预先规划好的测量点和测量路径，自动进行废滤芯的全尺寸测量，通过准直器后就地伽马谱仪系统的探测器得到废滤芯各分段的全能峰计数率。

7)就地伽马谱仪系统的解谱软件给出废滤芯中存在的放射性核素的种类及其全能峰计数率。

8)就地伽马谱仪系统的无源效率刻度软件根据测量几何条件给出被测废滤芯对应的效率刻度曲线。

9)控制系统的控制软件根据解谱软件给出的放射性核素种类及其全能峰计数率，调用无源效率刻度软件中被测废滤芯对应的效率刻度曲线，按以下公式计算得到废滤芯各分段内各放射性核素的活度。

以下公式中E为某种放射性核素的特征射线能量，C(E)为该能量全能峰计数率，p(E)特征射线的分支比(放射性核素释放放射性射线的几率，不同射线有不同的几率，一般以百分比表示)，ε(E)为效率刻度因子。

10)综合每个分段内的核素活度，得到废滤芯中核素分布及其总活度和活度占比。

本发明测量方法采用无源效率刻度软件建立了多规格废滤芯和多种准直孔径的效率刻度曲线，测量时给出对应的效率刻度曲线，为准确测量提供了有效的依据；控制软件基于就地伽马谱仪系统的二次开发包开发，实现就地伽马谱仪系统的开关和运行控制，能够实现能谱图的收集和分析，具有性能稳定，控制可靠的特点。

进一步的实施例中，废滤芯伽马谱测量系统的测量方式还可以采用以下其中之一方式来实现废滤芯上任何一个位置的伽马核素活度测定：

―测量探测器沿轴向方向直线运动(Z方向)，废滤芯轴线方向旋转运动(R方向)和前后方向直线运动(X方向)；

―测量探测器沿轴向方向直线运动(Z方向)和前后方向直线移动(X方向)，废滤芯轴线方向旋转运动(R方向)；

―测量探测器固定不动，废滤芯沿轴线方向旋转运动(R方向)和沿轴向方向直线运动(Z方向)；

―测量探测器沿轴向方向直线运动(Z方向)，废滤芯轴线方向旋转运动(R方向)。上述的计算方法适用于在控制单元进行反演计算，也适用于在伽马谱仪200的核素活度反演模块中进行计算，并不受本发明上述描述的限制。

以上多种形式测量可以为废滤芯和设备不同的设计提供了更多的选择途径。废滤芯伽马谱测量系统中三维运动平台根据测量方式的不同，设计相应的设计方案，以实现废滤芯伽马谱的测量。就地伽马谱仪系统可采用其他具有能谱测量功能的探测器(如闪烁体探测器)实现废滤芯中放射性核素伽马谱测量。解谱软件、无源效率刻度软件、控制软件还可以集成在一起，实现伽马谱测量的解谱、无源效率刻度、核素活度反演和集中控制；核素活度反演的功能也可集成在解谱软件中。伽马谱仪效率刻度还可以采用标准源刻度法，借助于已知放射性核素种类和活度的标准源，对标准源进行测量，当实际测量对象的几何形状、材料成分以及测量状态与标准源完全一样时，其探测效率刻度因子也与标准源的一样。但是一般比较难制备相应的标准源，以及模拟相同的测量状态，通常采用无源效率刻度方法。

综上描述，本发明技术关键点主要包括如下：废滤芯伽马谱测量假设废滤芯内放射性核素在轴向分布不均匀，沿废滤芯轴向分段，分段以后每段内的放射性核素均匀分布，同时通过轴向速旋转废滤芯实现径向均匀化，测量每段的放射性活度，统计所有段的放射性活度得到废滤芯内放射性核素的活度，可获得废滤芯更为精确、更为详细的伽马谱型。废滤芯伽马谱测量系统能够测量不同规格废滤芯的伽马谱。废滤芯伽马谱测量通过废滤芯轴线方向直线运动(Z方向)、轴线方向旋转运动(R方向)、前后方向直线运动(X方向)，可实现废滤芯上任何一个位置的伽马核素活度测定。废滤芯伽马谱测量系统采用自动远程控制，保证测量人员的辐射安全，避免人员受到不必要的辐射照射。根据待测废滤芯规格设计专用的测量防护桶，废滤芯与测量防护桶之间的缝隙非常小，测量时使用专用规格的测量防护桶可提高测量精度。设计可快速拆装的测量防护桶，用于废滤芯的导向和定位，以便废滤芯的位置固定，保证测量时废滤芯在旋转或升降过程中不偏离中心、不倾斜，同时避免放射性污染的扩散。废滤芯伽马谱测量前，更换待测废滤芯专用测量防护桶，调整测量防护桶位置，能够保证测量人员的辐射安全。废滤芯伽马谱测量时调整测量防护桶位置使其与准直器前段贴合，避免周围其他区域放射性核素对测量区域的影响。在被测放射性水过滤器废滤芯周围设置测量屏蔽装置，降低周围的剂量率水平。对废滤芯在测量前采用外层软防护包装，可避免废滤芯中水泄漏，避免放射性污染扩散和交叉污染，避免影响其他废滤芯的测量结果。采用源效率刻度软件建立了多规格废滤芯和多种准直孔径的效率刻度曲线，测量时给出对应的效率刻度曲线。三维运动平台可通过电机驱动带动废滤芯做三维运动，即轴线方向直线运动(Z方向)、轴线方向旋转运动(R方向)、前后方向直线运动(X方向)。设计不同准直孔径的准直器，用于不同放射性水平的废滤芯中核素活度的准确测量，同时在准直器后端段留有中空通道，用于插入衰减片，避免就地伽马谱仪系统死时间过长。控制系统集数据采集、设备通信、数据分析、驱动控制功能于一体，实现对废滤芯伽马谱的自动控制和测量结果可视化。控制软件基于就地伽马谱仪系统的二次开发包开发，实现就地伽马谱仪系统的开关和运行控制，能够实现能谱图的收集和分析，具有性能稳定，控制可靠的特点。

需要说明的是：上述实施例提供测量系统在测量方法实现时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统和方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例的描述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。上面所提到的控制或者实现的切换功能都是通过控制器实现，控制单元可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。上面所提到的存储器可以是终端内置的存储设备，例如硬盘或内存。本发明系统还包括了存储器，存储器也可以是系统的外部存储设备，插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括系统的内部存储单元，也包括外部存储设备，用于存储计算机程序以及所需的其他程序和信息。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的信息。

综上所述，本发明通过增加三维运动平台，带动被辐射隔离的废滤芯做三维运动，通过伽马谱仪依次测量沿被测废滤芯轴向分段的各分段，分别传输被测废滤芯每次测量的各分段测量数据；通过核素活度反演模块进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演后得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比；控制单元根据规划的测量点和测量路径驱动三维运动平台带动所述被测废滤芯沿其径向旋转或沿轴向直线运动，以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器、实现对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。通过上述设计对放射性水过滤器废滤芯测量时满足了国家放射废物处理处置相关的要求，并且达到了自动化程度高，可保证安全的前提下获得废滤芯更为精确和全面的检测数据的发明目的，提升了核电厂整体安全指标提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种放射性水过滤器废滤芯测量系统, 其特征在于，所述系统包括：

机械台架,包括用于带动待测废滤芯做三维运动的三维运动平台;

伽马谱仪,包括与所述待测废滤芯对应设置的准直器；安装在所述准直器上的探测器；用于采集和处理所述探测器测量数据的数字化谱仪；以及用于解谱、无源效率刻度和核素活度反演后得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比的核素活度反演模块；

控制单元,连接所述伽马谱仪和三维运动平台,用于根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果；

所述机械台架还包括：

测量屏蔽装置，设置在三维运动平台外围，用于屏蔽所述被测废滤芯释放的伽马射线；

测量防护桶，包覆在被测废滤芯外周面并通过夹具固定连接在三维运动平台上，用于对被测废滤芯进行导向和定位，同时避免放射性污染扩散；

所述准直器的一端位于所述测量屏蔽装置内部空间并与所述测量防护桶贴合对齐，所述准直器的另一端位于所述测量屏蔽装置外部、并与所述伽马谱仪的探测器套筒连接，用于准直探测器和被测废滤芯；

所述三维运动平台，连接控制单元的驱动模块，用于通过所述驱动模块驱动所述测量防护桶和被测废滤芯沿轴线方向做直线运动和旋转运动、沿水平方向直线移动，使所述测量防护桶与准直器贴合,以使被测废滤芯全段沿三维方向运动进行对准所述准直器被分段检测；

在所述准直器后端段留有用于插入衰减片的中空通道；所述准直器的一端穿过所述测量屏蔽装置的内部空间并与所述测量防护桶贴合对齐。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述探测器用于通过准直器依次测量被测废滤芯轴向各分段，所述被测废滤芯中放射性核素释放的伽马射线与所述探测器相互作用产生电脉冲信号，所述电脉冲信号经前置放大器放大;

所述数字化谱仪，包括数据信号采集存贮部分，所述探测器输入信号经主放大器放大、成形后，并传送往至数模转换器和多道脉冲幅度分析器将电脉冲信号转换成数字信号供所述核素活度反演模块分析和计算。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述核素活度反演模块包括：解谱模块，无源效率刻度模块和核素活度计算模块；

所述解谱模块,连接数字化谱仪和核素活度计算模块,用于接收放大的电脉冲信号得到探测器每次探测的沿轴向分段的各分段全能峰计数率，解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率;

所述无源效率刻度模块, 连接所述核素活度计算模块,用于计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供所述核素活度计算模块调用被测废滤芯对应的效率刻度曲线；

所述核素活度计算模块，根据解谱模块给出的放射性核素种类及其全能峰计数率，调用所述无源效率刻度模块中被测废滤芯对应的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度，最终得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述控制单元包括处理模块和所述驱动模块;

所述驱动模块,分别连接三维运动平台和处理模块,用于驱动三维运动平台带动所述被测废滤芯沿其径向旋转或沿轴向直线运动，以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器；

所述处理模块,连接所述核素活度反演模块,用于根据核素活度反演模块在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径通过所述驱动模块控制所述三维运动平台以进行下一段测量检测。

5.根据权利要求4所述系统，其特征在于，所述控制单元还包括路径规划模块,连接驱动模块和处理模块，用于根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；

所述处理模块还用于按照所述规划的测量点和测量路径, 控制三维运动平台沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述伽马谱仪还包括制冷装置，所述制冷装置采用电制冷或液氮制冷，用于为所述探测器提供制冷；

所述准直器外侧轴具有中空通道，用于容纳屏蔽衰减片。

7.一种放射性水过滤器废滤芯测量方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的放射性水过滤器废滤芯测量系统进行测量，所述方法包括如下步骤：

将待测废滤芯放置在三维运动平台上并对应准直器；

采集和处理探测器的测量数据，并对所述测量数据进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演、得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比；

根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述测量数据进行解谱、无源效率刻度和核素活度反演、得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比的具体处理包括：

待测废滤芯对应准直器后，依次测量沿被测废滤芯轴向各分段全能峰计数率；

解谱分析得到被测废滤芯各分段的放射性核素的种类及其全能峰计数率；

调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线，计算得到被测废滤芯各分段内各放射性核素的活度;

对被测废滤芯的全段进行分段检测,根据所有分段的放射性核素活度测量结果计算得到被测废滤芯中各放射性核素分布及其总活度和活度占比。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调用预先建立的被测废滤芯的效率刻度曲线包括：根据待测废滤芯、准直器和探测器的几何尺寸和材料成分，以及被测废滤芯、屏蔽物、探测器之间的相对位置，计算建立各规格尺寸的待测废滤芯在其测量几何条件下的效率刻度曲线，测量时供核素活度反演模块调用被测废滤芯的效率刻度曲线。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据规划的测量点和测量路径，控制三维运动平台运动、以对所述待测废滤芯的全段进行分段检测,可视化显示测量结果进一步包括如下处理：

根据不同规格的被测废滤芯设置测量点和测量路径规划，将被测废滤芯沿轴向分成若干段；

驱动三维运动平台带动被测废滤芯做直线和/或旋转运动、以使被测废滤芯的对应分段作为检测区域被选择对准准直器进行测量；

根据在每一段核素活度反演计算完成后，按照所述规划的测量点和测量路径, 控制三维运动平台沿轴向分成若干段的所述被测废滤芯进行分段检测，并完成被测废滤芯的全段检测。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在测量之前还包括待测废滤芯设置安装步骤：按照不同规格的待测废滤芯尺寸设置测量点规划和测量路径规划；根据待测废滤芯规格安装对应规格的测量防护桶；调整测量防护桶位置使其与准直器前端贴合；待测废滤芯在测量前采用外层软防护包装；将待测废滤芯装载至测量防护桶内。

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