CN111551690B - 放射性土壤连续分检系统及其控制方法 - Google Patents

放射性土壤连续分检系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种放射性土壤连续分检系统及其控制方法，包括多探头组合探测器、土壤取样和筛分装置、传感检测装置、屏蔽铅室、清洗装置和测量控制装置组成；所述的土壤取样和筛分装置、传感检测装置连接、屏蔽铅室、清洗装置依次通过传送带连接，多探头组合探测器安装在屏蔽铅室内；所述的传感检测装置、多探头组合探测器与测量控制装置通讯连接。所述的测量控制装置是对系统各个部件进行控制，保证系统能够正常工作和测量数据的准确性，并能根据设置的测量参数自动调节传送带到最佳的传送速度。测量控制装置控制方法包括三个工作模式，手动控制模式、自动控制模式及校准模式。

Description

放射性土壤连续分检系统及其控制方法
技术领域
本发明属于放射性检测技术领域，具体涉及一种放射性土壤连续分检系统及其控制方法。
背景技术
近年来，随着全世界范围内原子能工业与核电的迅速发展，由于各种不同的原因,如核泄漏事故、废液输送管道泄漏、废液误排放等原因，造成放射性废水和废渣通过地表径流等进入土壤，使土壤的放射性水平高于天然本底值或超过国家标准规定的剂量限值，给人类生存带来了严重的威胁。因为，放射性土壤的污染具有隐蔽性强、潜在危害大、生态影响显著等特点，如若处置不当将产生较大的环境影响和舆论风险。同时，放射性污染土壤往往具有受污染体量大、污染程度不一的特点，其中有很大部分的放射性土壤为放射性极低、对人类危害很小的放射性土壤。如果将这类土壤采用中、高放射性土壤的处置方法,需要大量的处置费用；若不处置,这部分废物对人类健康和环境又存在潜在的危害,无法满足公众对环境日益增高的要求。因此,在这种矛盾冲突背景下,需要研究一种分辨效率高、测量精准的现场测量方法将这部分放射性极低的土壤,从放射性土壤中分离出来单独进行管理与处置。对其处置时,无需像中、高放射性土壤处置那样,设置复杂的工程屏障,从而大大节约处置费用,又能满足公众对环境的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种放射性土壤连续分检系统及其控制方法，可以连续、快速、准确的对放射性污染土壤进行分检(检测土壤的放射性活度并根据其活度进行分类)，实现放射性污染土壤的降级减容。根据低放和极低放污染土壤放射性活度值的划分和污染土壤筛分量，综合污染核素及其核辐射线类型、能量与核辐射探测性能。
具体技术方案为：
放射性土壤连续分检系统，包括多探头组合探测器、土壤取样和筛分装置、传感检测装置、屏蔽铅室、清洗装置和测量控制装置组成；
所述的土壤取样和筛分装置、传感检测装置连接、屏蔽铅室、清洗装置依次通过传送带连接，多探头组合探测器安装在屏蔽铅室内；
所述的传感检测装置、多探头组合探测器与测量控制装置通讯连接。
进一步的，所述的多探头组合探测器包括碘化钠阵列探头、高纯锗探头。
具体的，所述的多探头组合探测器包括探测器外壳、高纯锗探头和4条2L的碘化钠晶体；每条碘化钠晶体设置有一个光电倍增管组成一个碘化钠探头，4个碘化钠探头组成碘化钠阵列探头；高纯锗探头和每个碘化钠探头分别输出1路信号。
优选的，所述的土壤取样和筛分装置，包括土壤取样装置、土壤筛分装置，所述的土壤筛分装置包括安装台架，安装台架上安装有烘干装置，烘干装置出口设有粉碎机，粉碎机出来设有振动筛分机，振动筛分机出口设有传送带，传送带出料端设有低放土壤出料口，传送带上设有分离装置，分离装置与极低放土壤出料口连接。
所述的传感检测装置包括多个测距模块组成测距阵列，用于对传送带上土壤厚度以及宽度测量，同时输出通过阵列土壤的厚度，得到土壤平整度信息；还包括控制电路，对各个模块进行控制和数据收发；还包括传感检测装置外壳，对测距模块阵列进行封装和减震隔热，保证模块的正常工作；传感检测装置在放射性土壤连续分检系统数据处理分析时，根据传感检测测量结果对探测器测量的数据进行修正，确保测量数据的精度。
所述的清洗装置包括设在传送带上的清洗液喷射装置，将清洗液均匀的喷射到传送带上；还包括清洗刷及清水喷射装置，对传送带进行清扫并用清水进行冲洗；还包括传送带烘干机，对清洗后的传送带进行烘干。
本发明还提供所述的放射性土壤连续分检系统的控制方法，所述的测量控制装置包括三个工作模式，手动控制模式、自动控制模式及校准模式。
其中，所述的手动控制模式，是工作人员手动控制系统每一个部件的工作。
其中，所述的自动控制模式是系统根据已经设置好的工作流程进行工作，包括以下步骤：
(1)测量控制装置将会先读取系统配置文件中的系统参数；
(2)测量控制装置控制各个部件按照配置文件中设置工作；
(3)设置好传送带的传送速度，当传送的土壤经过传感检测装置时，传感检测装置将测试到的土壤厚度和宽度信息传输到测量控制装置；
(4)设置检测装置的测量参数，并对放射性土壤进行检测；
(5)对检测数据进行分析，并根据检测结果自动调节传送带的速度；
(6)将满足要求的检测结果显示出来；
(7)根据检测结果对被检测土壤进行分类。
其中，所述的校准模式是为了保证放射性土壤连续分检系统测量数据的准确性，仪器校准使用的是活度已知、核素种类已知的标准土壤样品包，包括以下步骤：
(1)先将标准土壤样品包放在传送带上；
(2)在专家模式下调节好传送带的速度和测量参数后进行测量；
(3)根据测量的结果计算出测量的精度看是否满足要求；
(4)若满足要求，则不作任何修改就可用于生产或科研；
(5)若不满足要求，则检查装置或调整参数后再测量标准土壤样品包。
本发明提供的放射性土壤连续分检系统及其控制方法，具有以下技术效果：
1、采用灵敏体积大探测效率高的碘化钠探头和分辨率高的高纯锗探头组成组合探测器，使系统探测到的能谱数据更为理想，避免了在核素识别时，只选用碘化钠晶体探测，得到的谱线产生峰的叠加，影响核素识别的效果，或在放射性土壤活度很高时，测量得到的谱线产生堆积；也避免了只选用高纯锗探头，虽然分辨率较高，但探测效率不够，探测到的谱线计数过少的情况。
2、土壤筛分装置具有土壤筛分、烘干、传送和分件的功能，保证了检测土壤颗粒大小、湿度、检测时间等影响基本一致，确保了测量结果的准确。并能根据检测结果将放射性土壤分为正常、低放、中放、高放四类。
3、传感检测采用具有土壤厚度、宽度检测装置，实时测量进入探测器监测范围土壤的厚度和宽度，根据测量结果对探测器测量的数据进行修正，确保测量数据的精度。
4、屏蔽铅室是为了减少天然环境本底对测量的影响，提高系统测量数据精度和对放射性土壤的探测下限。
5、系统具有清洗装置，能对传送过放射性土壤的传送带进行清洗，确保传送过高放射性土壤的传送带不会对要检查的土壤产生影响。
6、测量控制装置是对系统各个部件进行控制，保证系统能够正常工作和测量数据的准确性，并能根据设置的测量参数(谱线累加时间)自动调节传送带到最佳的传送速度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2a为本发明多探头组合探测器俯视示意图；
图2b为本发明多探头组合探测器主视示意图；
图3为本发明土壤筛分示意图；
图4为本发明土壤筛分装置示意图；
图5为本发明传感检测装置结构示意图；
图6为本发明屏蔽铅室结构示意图；
图7为本发明铅室屏蔽层布置图；
图8为本发明清洗装置组成结构示意图；
图9为本发明自动控制模工作流程图；
图10为本发明校准流程图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，放射性土壤连续分检系统，包括多探头组合探测器、土壤取样和筛分装置1、传感检测装置3、屏蔽铅室6、清洗装置7和测量控制装置8组成；
所述的土壤取样和筛分装置1、传感检测装置3连接、屏蔽铅室6、清洗装置7依次通过传送带2连接，多探头组合探测器安装在屏蔽铅室6内；
所述的传感检测装置3、多探头组合探测器与测量控制装置8通讯连接。
所述的多探头组合探测器包括碘化钠阵列探头4、高纯锗探头5。
土壤取样和筛分装置1对放射性土壤进行取样，然后将取得的土壤样品进行筛分(将土壤中的杂质筛分出来)、烘干(将土壤中的水分烘干，以免影响后续的测量)后送到传送带2上；
传送带将筛分烘干后的土壤依次传送经过传感检测装置3、多探头组合探测器和土壤出口；传感检测装置3对经过其的土壤厚度和宽度进行检测，并将测得的数据传输到测量控制装置8；屏蔽铅室6对环境本底进行屏蔽，为多探头组合探测器测量提供一个低本底环境，并且多探头组合探测器安装在屏蔽铅室6中；多探头组合探测器对进入屏蔽铅室6的土壤进行测量，检查其放射性核素种类及活度；
清洗装置7对传送过放射性土壤的传送带进行清洗，避免后续传送的土壤被沾污；
测量控制装置8对系统各个部件进行控制，并接受传感检查装置3、多探头组合探测器的检查结果。
如图2a所示，所述的多探头组合探测器包括探测器外壳9、高纯锗探头5和四条2L的碘化钠晶体41；每条碘化钠晶体41设置有一个光电倍增管42组成一个碘化钠探头，四个碘化钠探头组成碘化钠阵列探头4；高纯锗探头5和每个碘化钠探头分别输出一路信号。
由于2L的的碘化钠(NaI)晶体探测效率高，但分辨率不够好，并且在土壤放射性活度很高的情况下，碘化钠(NaI)晶体测量得到的谱线很容易产生堆积，严重的影响核素识别及其活度计算；因此加上具有高分辨率的高纯锗探头(HGPe)进行核素识别，但由于工艺和造价等问题，目前高纯锗探头(HGPe)还无法做到大体积，所以探测效率较低。因此本系统采用碘化钠阵列探头4、高纯锗探头5组成多探头组合探测器，利用高纯锗探头5进行核素定性识别并指导碘化钠阵列探头4对核素进行定量计算。如图2b所示为多探头组合探测器结构主视示意图，考虑到实际测量情况碘化钠阵列探头4、高纯锗探头5在组合探测器下放，在其上方为高纯锗探头的主机箱和数字脉冲幅度分析器、前放、主控等电路。
如图3，土壤筛分装置包括放射性污染土壤的烘干、筛分、传送和分件等功能。
如图4所示，所述的土壤取样和筛分装置1，包括土壤取样装置、土壤筛分装置，所述的土壤筛分装置包括安装台架12，安装台架12上安装有烘干装置11，烘干装置11出口设有粉碎机13，粉碎机13出来设有振动筛分机14，振动筛分机14出口设有传送带2，传送带2出料端设有低放土壤出料口17，传送带2上设有分离装置16，分离装置16与极低放土壤出料口18连接。
筛分装置1可选择直线式或筒式机械振动筛分机与粉碎机组合。筛分后的土壤经扁型入料口均匀铺设于传送带上，铺设厚度及宽度均可调。分件装置根据探测器测试的结果将放射性土壤进行分类。土壤出料口可以为多种，不止低放土壤出料口7和极低放土壤出料口8，还可以包括正常土壤出料口、低放土壤出料口、中放土壤出料口、高放土壤出料口。
传感检测土壤厚度、宽度采用测距阵列实现，所述的传感检测装置3为传感检测装置实现对传送带上土壤厚度以及宽度测量，同时能够输出通过阵列土壤的厚度，可以得到土壤平整度信息。
如图5所示，传感检测装置3包括多个测距模块组成测距阵列31，用于对传送带2上土壤厚度以及宽度测量，同时输出通过阵列土壤的厚度，得到土壤平整度信息；还包括控制电路32，对各个模块进行控制和数据收发；还包括传感检测装置外壳33，对测距模块阵列进行封装和减震隔热，保证模块的正常工作；传感检测装置3在放射性土壤连续分检系统数据处理分析时，根据传感检测测量结果对探测器测量的数据进行修正，确保测量数据的精度。
为了减少天然环境本底对测量的影响，提高低放射性活度土壤测量精度和探测下限，使用屏蔽铅室6对天然环境本底进行屏蔽，铅壁的厚度由公式(1)计算可得：
Figure GDA0002565136010000051
通过查表可知，铅对能量为1MeV、1.5MeV、2MeV、3MeV的γ射线的质量衰减系数及铅的密度ρ＝11.34g/cm3。
表1铅室屏蔽效果计算
能量(MeV) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 衰减系数 厚度(cm) 衰减程度
1 11.34 0.0703 8 99.83008
1.5 11.34 0.0517 8 99.08154
2 11.34 0.0453 8 98.35859
3 11.34 0.0416 8 97.70389
由表1可知，初步选定屏蔽铅壁厚度为8cm，天然本底的衰减可达95％以上，图6为屏蔽铅室结构计示意图。
为了降低铅受激发特征X射线对测量干扰，提升屏蔽结构强度，屏蔽铅室6采用四层结构设计。如图7所示为屏蔽铅室6屏蔽层布置图，屏蔽铅室6最外层为钢，用以固定铅室的形状；第二层为铅，用以屏蔽环境本底；第三层为钢，用以固定铅室的形状；最内层为无氧铜，用以减少铅自身本底对测量结果的影响。
清洗装置7，能对传送过放射性土壤的传送带进行清洗，确保传送过高放射性土壤的传送带不会对要检查的土壤产生影响。如图8所示，所述的清洗装置7包括设在传送带2上的清洗液喷射装置72，将清洗液均匀的喷射到传送带2上；还包括清洗刷及清水喷射装置73，对传送带2进行清扫并用清水进行冲洗；还包括传送带烘干机74，对清洗后的传送带2进行烘干，确保传送带清洗后水分不会对测量土壤造成影响。
所述的测量控制装置8是对系统各个部件进行控制，保证系统能够正常工作和测量数据的准确性，并能根据设置的测量参数(谱线累加时间)自动调节传送带到最佳的传送速度。测量控制装置8包括三个工作模式，手动控制模式、自动控制模式及校准模式。
所述的手动控制模式，是工作人员手动控制系统每一个部件的工作。
所述的自动控制模式是系统根据已经设置好的工作流程进行工作，包括以下步骤：
(1)测量控制装置8将会先读取系统配置文件中的系统参数；
(2)测量控制装置8控制各个部件按照配置文件中设置工作；
(3)设置好传送带2的传送速度，当传送的土壤经过传感检测装置3时，传感检测装置3将测试到的土壤厚度和宽度信息传输到测量控制装置8；
(4)设置检测装置的测量参数，并对放射性土壤进行检测；
(5)对检测数据进行分析，并根据检测结果自动调节传送带2的速度；
(6)将满足要求的检测结果显示出来；
(7)根据检测结果对被检测土壤进行分类。
所述的校准模式是为了保证放射性土壤连续分检系统测量数据的准确性，仪器校准使用的是活度已知、核素种类已知的标准土壤样品包，(土壤样品尺寸为长*宽*高：40cm*40cm*5cm)，包括以下步骤：
(1)先将标准土壤样品包放在传送带上；
(2)在专家模式下调节好传送带的速度和测量参数后进行测量；
(3)根据测量的结果计算出测量的精度看是否满足要求；
(4)若满足要求，则不作任何修改就可用于生产或科研；
(5)若不满足要求，则检查装置或调整参数后再测量标准土壤样品包。

Claims (2)

1.放射性土壤连续分检系统，其特征在于，包括多探头组合探测器、土壤取样和筛分装置、传感检测装置、屏蔽铅室、清洗装置和测量控制装置组成；
所述的土壤取样和筛分装置、传感检测装置、屏蔽铅室、清洗装置依次通过传送带连接，多探头组合探测器安装在屏蔽铅室内；
所述的传感检测装置、多探头组合探测器与测量控制装置通讯连接；
所述的多探头组合探测器包括碘化钠阵列探头、高纯锗探头；
所述的多探头组合探测器包括探测器外壳、高纯锗探头和4条碘化钠晶体；每条碘化钠晶体设置有一个光电倍增管组成一个碘化钠探头，4个碘化钠探头组成碘化钠阵列探头；高纯锗探头和每个碘化钠探头分别输出1路信号；
所述的土壤取样和筛分装置，包括土壤取样装置、土壤筛分装置，所述的土壤筛分装置包括安装台架，安装台架上安装有烘干装置，烘干装置出口设有粉碎机，粉碎机出来设有振动筛分机，振动筛分机出口设有传送带，传送带出料端设有低放土壤出料口，传送带上设有分离装置，分离装置与极低放土壤出料口连接；
所述的传感检测装置包括多个测距模块组成测距阵列，用于对传送带上土壤厚度以及宽度测量，同时输出通过阵列土壤的厚度，得到土壤平整度信息；还包括控制电路，对各个模块进行控制和数据收发；还包括传感检测装置外壳，对测距模块阵列进行封装和减震隔热，保证模块的正常工作；传感检测装置在放射性土壤连续分检系统数据处理分析时，根据传感检测装置的测量结果对探测器测量的数据进行修正，确保测量数据的精度；
所述的清洗装置包括设在传送带上的清洗液喷射装置，将清洗液均匀的喷射到传送带上；还包括清洗刷及清水喷射装置，对传送带进行清扫并用清水进行冲洗；还包括传送带烘干机，对清洗后的传送带进行烘干。
2.根据权利要求1所述的放射性土壤连续分检系统的控制方法，其特征在于，所述的测量控制装置包括三个工作模式，手动控制模式、自动控制模式及校准模式；
所述的手动控制模式，是工作人员手动控制系统每一个部件的工作；
所述的自动控制模式是系统根据已经设置好的工作流程进行工作，包括以下步骤：
（1）测量控制装置将会先读取系统配置文件中的系统参数；
（2）测量控制装置控制各个部件按照配置文件中设置工作；
（3）设置好传送带的传送速度，当传送的土壤经过传感检测装置时，传感检测装置将测试到的土壤厚度和宽度信息传输到测量控制装置；
（4）设置传感 检测装置的测量参数，并对放射性土壤进行检测；
（5）对检测数据进行分析，并根据检测结果自动调节传送带的速度；
（6）将满足要求的检测结果显示出来；
（7）根据检测结果对被检测土壤进行分类；
所述的校准模式是为了保证放射性土壤连续分检系统测量数据的准确性，仪器校准使用的是活度已知、核素种类已知的标准土壤样品包，包括以下步骤：
（1）先将标准土壤样品包放在传送带上；
（2）在专家模式下调节好传送带的速度和测量参数后进行测量；
（3）根据测量的结果计算出测量的精度看是否满足要求；
（4）若满足要求，则不作任何修改就可用于生产或科研；
（5）若不满足要求，则检查装置或调整参数后再测量标准土壤样品包。
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