CN112596091B - 一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性检测技术领域，具体涉及一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法。对大批量的被测对象进行预处理，将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型；设定γ谱仪的核素库；获取核素库关注核素特征能量峰的前后道址；结合试验确定被测对象不同污染等级限值处的特征能量峰净计数率数值大小，以此作为等级判定的依据；结合特征峰率内净计数率和特征峰道址区间的曲线拟合双重方式快速测量和判定对应特征峰γ核素的污染等级水平。本发明进一步的提升大批量放射性废物等级分类的准确性和有效性。

Description

一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法

技术领域

本发明属于放射性检测技术领域，具体涉及一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法。

背景技术

为了实现放射性废物最终的科学处理处置，国家制定了相应的放射性废物分类标准。其按照核素类型和对应的比活度水平范围，对放射性废物进行了等级分类。

对于涉核企业尤其是从事核设施退役及三废治理的企业，每年会产生大量的放射性废物，这其中绝大部分属于γ射线类核素污染的废物。目前国内为了有效测定以上废物等级，主要借助的是γ无损检测系统，但是这种方式工作效率较低(以200L废物桶为例，每桶的测量时间在30分钟以上)。且必须将废物装入特定的容器中进行检测，对于体积量巨大的污染沙土或者污染货包，附加(容器购置费用,整备人员费用)成本很高。企业期望采用流水线输送的方式，对以上废物进行快速污染等级判定，省去废物容器装载，倾倒的过程节省废物容器采购费用。

目前，国内尚无相关的成熟技术装备研制单位，主要是通过国外采购定制的方式引进。这类技术装备配置的探测器主要是使用大体积(塑料，碘化钠，碘化铯等)闪烁体探测器进行直接测量(某些装备也会配置谱仪系统，但主要功能是进行核素类型的测定，不直接参与等级测量判定)。通过建立计数率(或剂量率)与放射性物质的比活度的对应关系实现快速检测和等级分类。使用这种方式的优点是探测器的计数率响应时间短(秒量级)，缺点是仅适用于被测对象中只存在一种主要污染核素，或者存在两种污染核素，且其各自的份额比例相对固定。如：日本福岛事故中，东京电力公司引进的污染沙土快速分拣系统，其主要是针对Cs-137核素污染。若被测对象中包含多种γ射线类污染核素，且被测对象中各核素的份额存在变化的情况下，则无法实现准确的测量和等级判定。

γ谱仪具有良好的能谱分析功能，但是为了保证测量的准确性(主要是确保特征能量峰峰形的理想)其测量时间较长，很难作为直接测量仪器，实现废物的快速检测分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，进一步的提升大批量放射性废物等级分类的准确性和有效性。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，

1、对大批量的被测对象进行预处理，将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型；

2、设定γ谱仪的核素库；

3、获取核素库关注核素特征能量峰的前后道址；

4、结合试验确定被测对象不同污染等级限值处的特征能量峰净计数率数值大小，以此作为等级判定的依据，具体方式如下：结合废物的源项，使用标准源配置与被测对象相同或相近的标准测量模型，借助γ谱仪测量该标准测量模型，确定相应的探测效率，以η表示；污染等级的确定是按照对应核素和比活度的方式进行判定的，为此，需要将比活度限值乘以被测量模块的重量，将其转化为活度的形式，对应核素活度以A源，单位Bq表示，对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率以n1，单位CPS表示，对应核素特征能量峰本底计数率以n本，单位CPS表示，对应特征能量分支比为ξ，通过公式A＝(n1-n本)/ξ·η，得出对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率n1，以此作为对应核素等级判定的限值；确定和设置每一个核素的等级限值对应的净计数率大小；

5、结合特征峰率内净计数率和特征峰道址区间的曲线拟合双重方式快速测量和判定对应特征峰γ核素的污染等级水平；γ谱仪测定核素的放射性活度大小采用峰面积计算方式和峰中心位置处的净计数率两种方式来实现，对于前者，关注核素的特征峰峰形必须相对光滑平整，对于后者，峰中心位置处的净计数率稳定速度很快，相当于γ谱仪探测器作为剂量率测量仪器的响应时间，即在特征能量峰峰形没有完全成型的情况下，峰中心位置处的净计数率早已趋于稳定；为了保证等级判定的准确性，又引入特征峰道址区间的曲线拟合，即在特征峰没有完全形成完备平滑的情况下，通过曲线拟合，计算出特征峰中心处的理论计数率最大值，两种方式叠加，与步骤4中设定的限值计数率进行比较共同判定物质中的对应核素放射性活度比活度大小。

所述的步骤1：借助自动化设备将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型，以便建立和调用同一个能谱探测效率函数，在测量过程中由计算软件快速的调用。

所述的步骤2：结合废物源项，设定γ谱仪的核素库。

所述的步骤4：被测对象不同污染等级包括低放，极低放，解控等级。

所述的步骤4：使用标准源配置与被测对象相同或相近的标准测量模型，相同或相近指形体结构、材质密度相同或相近。

所述的步骤4：对于同一核素，其特征能量峰是一致的，特征能量峰的分支比为确定值。

所述的步骤4：结合国家放射性废物分类的标准，关注的核素库中各个核素对应的等级判定条件存在差异，另外，γ谱仪不同能量位置处的探测效率也存在差异，即需要确定和设置每一个核素的等级限值对应的净计数率大小。

γ谱仪的测量时间是人为设定的，在借助步骤5双重判定条件快速完成废物等级判定后，可以立即引入软件中断程序，控制或引导传送系统将下一个被测样品或被测对象移动至γ谱仪有效探测位置处后，重新启动和开展又一等级测定工作，以此方式，实现大批量和连续的污染等级判定。

本发明所取得的有益效果为：

通过引入该技术方法，能够有效的解决γ谱仪无法作为直接测量装备，无法快速快速测定废物污染等级的技术难题，同时，可以有效的解决长期以来，针对被测对象中存在多个γ污染核素且之间的含量存在随机变化情况下，无法准确测定污染等级的技术难题。

(1)在保证较高污染等级判定准确性的前提下。大幅度的缩短了γ谱仪测量的时间，实现了与传统(通过建立计数率和剂量率与放射性活度对应关系)测量方式的同等检测判定速度水平。

(2)有效的解决了被测对象中存在多个γ污染核素，且各自份额比例存在差异和随机变化的情况下，无法准确测定污染等级的技术难题。

(3)本发明适用范围较广，如可以应用于食品，药品中放射性物质含量的快速检测判定，低放可燃废物货包的检测分类(确保可燃废物中不存在低放等级以上的废物)等。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法步骤如下：

1、对大批量的被测对象进行简单的预处理，借助自动化设备将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型，以便建立和调用同一个能谱探测效率函数，在测量过程中由计算软件快速的调用。

2、结合废物源项，设定谱仪的核素库。当前所有的能谱分析工作前均需要设定相应的核素库，避免误分析，尤其是两个特征能量峰导致相近的情况，如不指定核素库，谱仪的分析结果极可能出现核素识别错误的情况。

3、获取核素库关注核素特征能量峰的前后道址。

4、结合试验确定被测对象不同污染等级(如：低放，极低放，解控等级)限值处的特征能量峰净计数率数值大小，以此作为等级判定的依据。具体方式如下：结合废物的源项，使用标准源配置与被测对象相同或近似(形体结构，材质密度相同或相近)的标准测量模型，借助γ谱仪测量该标准测量模型，确定相应的探测效率，以η表示。污染等级的确定是按照对应核素和比活度的方式进行判定的，为此，需要将该比活度限值乘以被测量模块的重量，将其转化为活度的形式，对应核素活度以A源(单位Bq)表示，对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率以n1(单位CPS)表示，对应核素特征能量峰本底计数率以n本(单位CPS)表示，对应特征能量分支比为ξ(对于同一核素，其特征能量峰是一致的，特征能量峰的分支比为确定值)。通过公式A＝(n1-n本)/ξ·η，得出对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率n1，以此作为对应核素等级判定的限值。结合国家放射性废物分类的标准，关注的核素库中各个核素对应的等级判定条件存在差异，另外，谱仪不同能量位置处的探测效率也存在差异，即需要确定和设置每一个核素的等级限值对应的净计数率大小。

5、结合特征峰率内净计数率和特征峰道址区间的曲线拟合双重方式快速测量和判定对应特征峰γ核素的污染等级水平。γ谱仪测定核素的放射性活度大小主要是采用峰面积计算方式和峰中心位置处的净计数率两种方式来实现的。对于前者，为了保证测量的准确性，关注核素的特征峰峰形必须相对光滑平整，这一过程需要花费相对更长的时间(统计涨落)。对于后者，峰中心位置处的净计数率，稳定速度很快(秒量级水平)，相当于γ谱仪探测器作为剂量率测量仪器的响应时间。即在特征能量峰峰形没有完全成型的情况下，峰中心位置处的净计数率早已趋于稳定。为了保证等级判定的准确性，又引入特征峰道址区间的曲线拟合，即在特征峰没有完全形成完备平滑的情况下，通过曲线拟合，计算出特征峰中心处的理论计数率最大值。两种方式叠加，与步骤4中设定的限值计数率进行比较共同判定物质中的对应核素放射性活度比活度大小。

6、引入软件中断程序。γ谱仪的测量时间是人为设定的，在借助以上双重判定条件快速完成废物等级判定后，可以立即引入软件中断程序，控制或引导传送系统将下一个被测样品或被测对象移动至谱仪有效探测位置处后，重新启动和开展又一等级测定工作，以此方式，实现大批量和连续的污染等级判定。

通过实践验证，判定同时包含多个γ射线类污染核素(如典型的Am-241,Co-60,Cs-137,Eu-152共存)的土壤，货包，极低放等级判定的时间可以达到秒量级(低放及以上等级的判定速度更快)，与传统采用探测器借助剂量率与比活度测量方式的速度非常相近，同时，极低放等级水平判定的准确性高于85％，有力的保障了放射性废物等级判定的可靠性和有效性。

Claims (8)

1.一种借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：

步骤1、对大批量的被测对象进行预处理，将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型；

步骤2、设定γ谱仪的核素库；

步骤3、获取核素库关注核素特征能量峰的前后道址；

步骤4、结合试验确定被测对象不同污染等级限值处的特征能量峰净计数率数值大小，以此作为等级判定的依据，具体方式如下：结合废物的源项，使用标准源配置与被测对象相同或相近的标准测量模型，借助γ谱仪测量该标准测量模型，确定相应的探测效率，以η表示；污染等级的确定是按照对应核素和比活度的方式进行判定的，为此，需要将比活度限值乘以被测量模块的重量，将其转化为活度的形式，对应核素活度以A源，单位Bq表示，对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率以n1，单位CPS表示，对应核素特征能量峰本底计数率以n本，单位CPS表示，对应特征能量分支比为ξ，通过公式A＝(n1-n本)/ξ·η，得出对应核素特征能量峰中心位置处的理论净计数率n1，以此作为对应核素等级判定的限值；确定和设置每一个核素的等级限值对应的净计数率大小；

步骤5、结合特征峰率内净计数率和特征峰道址区间的曲线拟合双重方式快速测量和判定对应特征峰γ核素的污染等级水平；γ谱仪测定核素的放射性活度大小采用峰面积计算方式和峰中心位置处的净计数率两种方式来实现，对于前者，关注核素的特征峰峰形必须相对光滑平整，对于后者，峰中心位置处的净计数率稳定速度很快，相当于γ谱仪探测器作为剂量率测量仪器的响应时间，即在特征能量峰峰形没有完全成型的情况下，峰中心位置处的净计数率早已趋于稳定；为了保证等级判定的准确性，又引入特征峰道址区间的曲线拟合，即在特征峰没有完全形成完备平滑的情况下，通过曲线拟合，计算出特征峰中心处的理论计数率最大值，两种方式叠加，与步骤4中设定的限值计数率进行比较共同判定物质中的对应核素放射性活度比活度大小。

2.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤1：借助自动化设备将被测对象进行整形处理，形成密度及结构尺寸相对固定的模型，以便建立和调用同一个能谱探测效率函数，在测量过程中由计算软件快速的调用。

3.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤2：结合废物源项，设定γ谱仪的核素库。

4.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤4：被测对象不同污染等级包括低放，极低放，解控等级。

5.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤4：使用标准源配置与被测对象相同或相近的标准测量模型，相同或相近指形体结构、材质密度相同或相近。

6.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤4：对于同一核素，其特征能量峰是一致的，特征能量峰的分支比为确定值。

7.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：所述的步骤4：结合国家放射性废物分类的标准，关注的核素库中各个核素对应的等级判定条件存在差异，另外，γ谱仪不同能量位置处的探测效率也存在差异，即需要确定和设置每一个核素的等级限值对应的净计数率大小。

8.根据权利要求1所述的借助γ谱仪快速判定样品中放射性污染等级的方法，其特征在于：γ谱仪的测量时间是人为设定的，在借助步骤5双重判定条件快速完成废物等级判定后，立即引入软件中断程序，控制或引导传送系统将下一个被测样品或被测对象移动至γ谱仪有效探测位置处后，重新启动和开展又一等级测定工作，以此方式，实现大批量和连续的污染等级判定。