CN111736200B - 一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备及其使用方法，涉及桶装核废物测量及分析技术领域；包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶旋转台、透射源；闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座、铅板，铅板上开设有若干行铅板准直孔阵列，每行铅板准直孔阵列包括若干铅板准直孔；铅板准直孔远离废物桶旋转台的一端分别设置有闪烁探测器；透射源通过铅板准直孔发射到每个探测器上；位移组件包括导轨、丝杠，探测装置底座开设有螺纹孔；螺纹孔的中轴线、导轨、丝杠所在直线与铅板所在平面的夹角大于0°小于90°；便于提高射线利用率和采集效率，缩短时间；增加数据的不相关性，提高系数矩阵的秩；有效减少射线太强带来的死时间问题。

Description

一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及桶装核废物测量及分析技术领域，尤其涉及一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备及其使用方法。

背景技术

一个百万千瓦级的核电机组每年会产生约50至100立方米的低中水平放射性废物。依据《放射性废物管理规定GB14500-2002》等国家标准要求，放射性废物在处置前必须对废物桶内核素及其活度进行检测，为放射性废物的暂存、运输和最终处置提供科学依据。

但是由于放射性废物体积大，废物介质与核素分布可能不均匀，因此采用传统的取样化学分析法必然会带来很大的误差，且误差大小难以认为控制。因此一般采用无损检测技术，其中包括SGS(分段伽马扫描技术)和TGS(层析伽马扫描技术)。SGS由于认为放射性核素在废物桶内均匀分布，重建后的活度与真实值相比误差非常大。而TGS可以通过探测器从各个不同方向和位置对废物桶进行测量，从而得到桶内填充物质及放射性核素的三维分布，大大提高了测量精度。

TGS采用计算机断层成像原理，将废物桶在垂直的方向上分为若干段层，在每一层又划分为若干体素，通过透射测量得到每个体素的线衰减系数，再通过发射测量得到废物桶内核素活度的分布。为了实现这一目的，传统的TGS利用单个HPG探测器，废物桶步进转动，探测器对其进行不同角度的测量；将探测器在水平面上偏心平动，继续进行废物桶的旋转测量；沿废物桶高度方向升降探测器，重复上述测量过程。《层析γ扫描(TGS)重建技术的研究》张全虎中提出的层析伽马扫描技术方案中使用到高纯锗探测器赖于国外进口、价格昂贵、维修维护成本高，且使用过程中需要冷却到70K，由于冷却装置造成整体体积较大，且其使用平动和转动结合的扫描方式，时间过长。由此可见，传统的TGS扫描测量过程繁琐，测量时间太长，无法广泛应用。

公告号为110361770A的中国发明专利提出了一种扇形阵列探测器层析γ扫描核废物桶检测装置及检测方法，能够提高层析γ扫描检测速度和精度，减少工作量；该扫描检测装置包括透射源升降装置、核废物桶旋转平台、阵列探测器升降装置；该检测方法包括S1、无桶时，打开透射源，获取透射源各峰的透射峰面积；S2、安装核废物桶；打开透射源，获取透射源各峰的透射峰面积；S3、关闭透射源，进行发射测量，获取桶内自身放射性；S4、衰减系数校正及活度计算；S5、重复步骤，进行下一层测量；直到完成最高层测量。但是该专利采用二维扇形束测量方法，具有γ射线利用率低，采集效率低，层间分辨率低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一是提供一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描石设备。

为实现本发明的上述发明目的一，本发明提供如下技术方案：一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶旋转台、透射源；所述闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座，所述探测装置底座上方设置有铅板，所述铅板上开设有若干行铅板准直孔阵列，每行铅板准直孔阵列包括若干铅板准直孔；所述铅板准直孔远离废物桶旋转台的一端分别设置有闪烁探测器；透射源通过铅板准直孔发射到每个探测器上，透射源和探测器分别分布在废物桶的两侧。

进一步的，所述闪烁体面阵列探测装置下方设置有位移组件；位移组件用于控制闪烁体面阵列探测装置、探测装置底座移动。

进一步的，所述位移组件包括导轨、与导轨平行设置的丝杠，所述探测装置底座开设有与丝杠相配合的螺纹孔。

进一步的，所述螺纹孔的中轴线与铅板所在平面的夹角大于0°小于90°。

进一步的，所述导轨、丝杠所在直线与铅板所在平面的夹角大于0°小于90°。

进一步的，所述铅板呈扇环形。

进一步的，所述透射源还包括屏蔽器。

进一步的，所述铅板内置不锈钢支架，所述透射源下方设置有透射源支架，所述位移组件下方设置有探测器系统底座。

一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶旋转台、透射源；所述透射源还包括屏蔽器；

所述闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座，所述探测装置底座上方设置有铅板，所述铅板呈扇环形；所述铅板上开设有若干行铅板准直孔阵列，每行铅板准直孔阵列包括若干铅板准直孔；所述铅板准直孔远离废物桶旋转台的一端分别设置有闪烁探测器；透射源通过铅板准直孔发射到每个探测器上；

所述闪烁体面阵列探测装置下方设置有位移组件；位移组件用于控制闪烁体面阵列探测装置、探测装置底座移动；

所述位移组件包括导轨、与导轨平行设置的丝杠，所述探测装置底座开设有与丝杠相配合的螺纹孔；所述铅板内置不锈钢支架，所述透射源下方设置有透射源支架，所述位移组件下方设置有探测器系统底座

所述螺纹孔的中轴线与铅板所在平面的夹角大于0°小于90°；所述导轨、丝杠所在直线与铅板所在平面的夹角大于0°小于90°。

本发明的目的二在于提供一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备的使用方法。为实现本发明的上述发明目的二，本发明提供如下技术方案：一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将废物桶(7)垂直方向分为M层，从底部至顶部段层编号分别为K1，K2，……KM，首先在K2位置处开始测量K1、K2、K3段层；

B、旋转废物桶(7)的同时探测器阵列进行测量并计数；当旋转一周后，探测器阵列沿着导轨(4)平移，废物桶(7)依然按照之前旋转的角度进行旋转，直至完成一周的测量后，探测器阵列继续沿着导轨(4)平移，废物桶(7)重复上述旋转过程，探测器分别计数直至完成当前段层；沿着导轨(4)平移次数为2次；

C、当K1、K2、K3段层测量完成后，闪烁体面阵列探测装置和透射源(9)同时向上移动三个位置，即K5层，重复步骤B的测量步骤，测量K4、K5、K6段层，直至完成所有段层的测量；

D、采用三维数据重建算法，分别得到废物桶(7)内每个体素的密度和活度，从而实现层析γ扫描。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)通过采用闪烁探测器面型阵列结构，解决了传统测量方式中的放射源γ射线利用率低，采集效率低的缺点。因为相比于传统的测量方式采用单个探测器或者二维分布的探测器结构(平行束或扇形束)，在活度或者密度重建过程中，对于相同的放射源具有更高的成像效率。在不影响测量精度的情况下，探测器结构无需进行平动，同时可以进行多层废物桶的探测，大大减少测量时间；

(2)通过采用闪烁探测器面型阵列结构，进行三维重建算法可以得到三维体数据，解决了传统二维重建层间分辨率低的问题；

(3)通过采用闪烁体探测器对废物桶进行测量结构，解决了探测器面阵结构实现的问题。一方面利用闪烁体探测器本身尺寸小；另一方面使用过程中无需冷却装置，整个探测器系统大大减小，因此实现探测器面阵结构；

(4)通过采用废物桶和每一个探测器距离可调节的结构，解决了废物桶高密度下，相同距离得到的探测效率相近，因此调节每个探测器与废物桶之间的距离，可以增加数据的不相关性，即提高系数矩阵的秩，增加测量的精度。同时如果γ射线强度太强，存在前一个射线还未探测就已经进入下一个γ射线，导致后面的射线无法测量，导致计数率缺失。而当增加与废物桶之间的距离后，会减少计数从而解决射线太强带来的死时间问题。

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为实施例1中一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描装置的外部结构示意图；

附图标记：

1、铅板；2、闪烁探测器；3、探测装置底座；4、导轨；5、丝杠；6、探测器系统底座；7、废物桶；8、废物桶旋转台；9、透射源；10、透射源支架；11、铅板准直孔。

具体实施方式

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。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，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

如图1所示，一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶7扫描设备，包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶7旋转台、透射源9；透射源9还包括屏蔽器；

闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座3，探测装置底座3上方设置有铅板1，铅板1呈扇环形；铅板1上开设有若干行铅板1准直孔阵列，每行铅板1准直孔阵列包括若干铅板1准直孔；铅板1准直孔远离废物桶7旋转台的一端分别设置有闪烁探测器2；透射源9通过铅板1准直孔发射到每个探测器上；

闪烁体面阵列探测装置下方设置有位移组件；位移组件用于控制闪烁体面阵列探测装置、探测装置底座3移动；

位移组件包括导轨4、与导轨4平行设置的丝杠5，探测装置底座3开设有与丝杠5相配合的螺纹孔；铅板1内置不锈钢支架，透射源9下方设置有透射源支架10，位移组件下方设置有探测器系统底座6

螺纹孔的中轴线与铅板1所在平面的夹角大于0°小于90°；导轨4、丝杠5所在直线与铅板1所在平面的夹角大于0°小于90°。

实施例2：

一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶7扫描设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将废物桶7垂直方向分为M层，从底部至顶部段层编号分别为K1，K2，……KM。透射源9以及闪烁体面阵列探测装置中间的位置首先在K2位置处开始测量K1、K2、K3段层；

B、旋转废物桶7的同时探测器阵列进行测量并计数；当旋转一周后，探测器阵列沿着导轨4平移，废物桶7依然按照之前旋转的角度进行旋转，直至完成一周的测量后，探测器阵列继续沿着导轨4平移，废物桶7重复上述旋转过程，探测器分别计数直至完成当前段层；沿着导轨4平移次数为2次。

C、当K1、K2、K3段层测量完成后，闪烁体面阵列探测装置和透射源9同时向上移动三个位置，即K5层，重复步骤B的测量步骤，测量K4、K5、K6段层，直至完成所有段层的测量；

D、采用三维数据重建算法，分别得到废物桶7内每个体素的密度和活度，从而实现层析γ扫描。

通过采用多层探测器同时对废物桶7进行测量，每一层探测器采用扇形束排列方式，在测量时只进行废物桶7的旋转测量，不进行探测器的平动测量，测量时间缩减；同时使用多层探测器阵列结构，可以同时进行废物桶7的多层扫描，在垂直方向上的测量时间也大大减少，而测量精度与传统TGS方法相比没有太大的影响。

通过探测器斜向平动的设计，可以极大增加数据的不相关性，增加系数矩阵的秩，从而增大测量精度。可以根据实际情况，选择探测器的平动与否。同时，若废物桶7内存在某个体素内核素活度较大的情况，大量的γ光子同时进入探测器，探测器的死时间增大，测量误差会增大。通过本发明的装置调节面阵列探测器与废物桶7的距离，可有效减少死时间问题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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，其特征在于，包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶(7)旋转台、透射源(9)；

所述闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座(3)，所述探测装置底座(3)上方设置有铅板(1)，所述铅板(1)上开设有若干行铅板(1)准直孔阵列，每行铅板(1)准直孔阵列包括若干铅板(1)准直孔；所述铅板(1)准直孔远离废物桶(7)旋转台的一端分别设置有闪烁探测器(2)；透射源(9)通过铅板(1)准直孔发射到每个探测器上，透射源(9)和探测器(2)分别分布在废物桶的两侧；

所述闪烁体面阵列探测装置下方设置有位移组件；位移组件用于控制闪烁体面阵列探测装置、探测装置底座(3)移动；

所述位移组件包括导轨(4)、与导轨(4)平行设置的丝杠(5)，所述探测装置底座(3)开设有与丝杠(5)相配合的螺纹孔；

所述螺纹孔的中轴线与铅板(1)所在平面的夹角大于0°小于90°；

其特征在于，所述导轨(4)、丝杠(5)所在直线与铅板(1)所在平面的夹角大于0°小于90°。

2.根据权利要求1所述的闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，其特征在于，所述铅板(1)呈扇环形。

3.根据权利要求1所述的闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，其特征在于，所述透射源(9)还包括屏蔽器。

4.根据权利要求1所述的闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，其特征在于，所述铅板(1)内置不锈钢支架，所述透射源(9)下方设置有透射源支架(10)，所述位移组件下方设置有探测器系统底座(6)。

5.一种闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备，其特征在于，包括闪烁体面阵列探测装置、废物桶(7)旋转台、透射源(9)；所述透射源(9)还包括准直器；

所述闪烁体面阵列探测装置包括探测装置底座(3)，所述探测装置底座(3)上方设置有铅板(1)，所述铅板(1)呈扇环形；所述铅板(1)上开设有若干行铅板(1)准直孔阵列，每行铅板(1)准直孔阵列包括若干铅板(1)准直孔；所述铅板(1)准直孔远离废物桶(7)旋转台的一端分别设置有闪烁探测器(2)；透射源(9)通过铅板(1)准直孔发射到每个探测器上；

所述闪烁体面阵列探测装置下方设置有位移组件；位移组件用于控制闪烁体面阵列探测装置、探测装置底座(3)移动；

所述位移组件包括导轨(4)、与导轨(4)平行设置的丝杠(5)，所述探测装置底座(3)开设有与丝杠(5)相配合的螺纹孔；所述铅板(1)内置不锈钢支架，所述透射源(9)下方设置有透射源支架(10)，所述位移组件下方设置有探测器系统底座(6)

所述螺纹孔的中轴线与铅板(1)所在平面的夹角大于0°小于90°；所述导轨(4)、丝杠(5)所在直线与铅板(1)所在平面的夹角大于0°小于90°。

6.一种根据权利要求1或4的闪烁体面阵列伽马射线废物桶扫描设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将废物桶(7)垂直方向分为M层，从底部至顶部段层编号分别为K1，K2，……KM，首先在K2位置处开始测量K1、K2、K3段层；

B、旋转废物桶(7)的同时探测器阵列进行测量并计数；当旋转一周后，探测器阵列沿着导轨(4)平移，废物桶(7)依然按照之前旋转的角度进行旋转，直至完成一周的测量后，探测器阵列继续沿着导轨(4)平移，废物桶(7)重复上述旋转过程，探测器分别计数直至完成当前段层；沿着导轨(4)平移次数为2次；

C、当K1、K2、K3段层测量完成后，闪烁体面阵列探测装置和透射源(9)同时向上移动三个位置，即K5层，重复步骤B的测量步骤，测量K4、K5、K6段层，直至完成所有段层的测量；

D、采用三维数据重建算法，分别得到废物桶(7)内每个体素的密度和活度，从而实现层析γ扫描。

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