CN113552608A - Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 - Google Patents
Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113552608A CN113552608A CN202110831586.6A CN202110831586A CN113552608A CN 113552608 A CN113552608 A CN 113552608A CN 202110831586 A CN202110831586 A CN 202110831586A CN 113552608 A CN113552608 A CN 113552608A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- efficiency
- sgs
- function model
- barrel
- gamma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 31
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 3
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 abstract description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 4
- 238000000342 Monte Carlo simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/167—Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
- G01T1/178—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector for measuring specific activity in the presence of other radioactive substances, e.g. natural, in the air or in liquids such as rain water
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明公开了SGS效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用，本发明首先通过MCNP计算不同线衰减系数和γ能量条件下的断层效率值；然后，通过多元非线性回归方法确定效率刻度函数及参数；再次，通过SGS透射测量放射性废物桶样品，获取断层介质的γ射线衰减系数；最后，将桶内出射γ射线衰减系数、出射γ射线能量和函数参数代入体源效率函数模型，计算得到介质不同断层的效率矩阵，实现断层的效率刻度。该方法准确快捷的实现了放射性废物桶SGS系统的效率刻度，不受SGS系统差异的影响，不受实验源和其他软件的局限，具有较强的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及放射性废物桶γ无损检测技术领域，具体涉及SGS效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用。
背景技术
随着我国核能与核技术事业的发展，在核电站、核废物处置厂、涉核科研单位等的核设施运行和科研生产过程中，产生并积存了大量桶装放射性废物。桶内核素种类与活度是放射性废物进行准确判断和分类的重要依据，在核安全监测、核废物处置中，放射性废物桶检测是必须环节。基于γ无损检测原理的分段γ扫描技术(Segmented Gamma Scanning，SGS)是一种快捷有效的放射性废物桶检测方法，SGS系统被广泛应用于核电站、核废物处置厂等场所。
SGS检测放射性废物桶的基本流程：(1)匀速旋转废物桶使其桶内介质与核素呈等效均匀分布；(2)将废物桶纵向分为等高度的若干断层；(3)利用透射源对各断层进行透射扫描，计算断层线衰减系数；(4)对各断层进行发射扫描，获取桶内核素种类与投影数据；(5)结合断层线衰减系数和γ射线能量，计算效率矩阵；(6)利用核素活度重建算法解析方程组，重建桶内核素活度。SGS检测原理如图1所示，根据SGS系统检测放射性废物桶的原理，核素活度重建方程如下：
式中：E为γ射线能量，εij(E)为探测器在i层位置对第j层样品的探测效率，Aj(E)为第j层样品活度，pi(E)为探测器在i层位置获取的投影值，pi(E)＝ni(E)/[f(E).t]，ni(E)为第i层位置探测器全能峰净计数，f(E)为γ射线发射率分支比，t为单个断层的扫描时间，N为整个桶的纵向总分层数。
利用SGS系统检测放射性废物桶，重建桶内核素活度，效率刻度是一项非常重要的功能，由上式可以看出，效率刻度矩阵εij(E)对核素活度重建方程至关重要，刻度结果直接关系到核素活度重建准确性。目前的SGS效率刻度方法，蒙特卡罗模拟法具有时间滞后性，实验效率刻度法和壳状源等效刻度法受限于实验源，国内外效率刻度软件以ISOCS、LabSOCS、Angle软件、GammaClib为代表，这些软件能够针对性计算断层效率，无法与自主研发的SGS系统分析软件进行有效结合，其实用性仍然受限。基于效率函数的SGS效率刻度方法可以快捷方便的计算断层效率，同时又可将其嵌入SGS系统中，完成效率刻度。在SGS分析中，废物桶被纵向分层后，透射测量得到的是每一个断层的线衰减系数而不是密度，通常的体源效率函数主要是探测效率与样品密度、γ射线能量的关系，无法满足SGS分析中效率刻度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供SGS效率刻度函数模型及构建方法，将SGS效率刻度函数模型应用于SGS效率刻度，能够提高刻度在准确度，准确重建桶内核素活度；解决现有SGS刻度方法中时间滞后性、受限于实验源、无法与SGS软件有效结合等问题。
本发明通过下述技术方案实现：
SGS效率刻度函数模型构建方法，包括以下步骤：
S1、根据SGS系统的探测系统参数和废物桶介质样品，建立MCNP模型；
S2、基于步骤S1构建的MCNP模型计算不同线衰减系数值、特征能量和间隔层数条件下的断层离散效率值；
S3、利用通用体源效率函数模型对步骤S2获得的断层离散效率值，采用Matlab进行多元非线性回归拟合，确定通用体源效率函数模型中的函数参数ai(i＝1,2,…,8)；
S4、将函数参数ai(i＝1,2,…,8)代入通用体源效率函数模型，获得SGS效率刻度函数模型。
本发明的步骤S2中，线衰减系数、特征能量和间隔层数都是已知条件；通过S1构建的MCNP模型，编写效率计算程序，在线衰减系数值、特征能量值、间隔层数确定的每一种条件下可以计算得到一个效率值，然后通过修改程序中线衰减系数值、特征能量值、以及探测器和样品层的间隔层数，可实现不同线衰减系数值、特征能量值、间隔层数情况下的多个效率值，由于线衰减系数和特征能量是取的分立点，因此在不同间隔层数时，计算出来的是断层离散效率值。即步骤S2中的断层离散效率值是通过已知SGS系统的MCNP模型事先计算出来的多个效率值，类似于事先建立数据库；通用体源效率函数模型为一个经验公式，利用这些数据库中的离散效率值，通过Matlab编制计算程序，这个程序中是利用多元非线性回归拟合的方法来计算出函数参数；SGS系统一旦确定，函数参数就已经确定，一个SGS系统在每一种间隔层数时对应一套固有的函数参数。
本发明构建的SGS效率刻度函数模型用于分段γ扫描效率刻度，能够快速实现SGS系统的效率刻度；能够避免传统蒙特卡罗方法导致的时间滞后性问题，克服因实验源限制而导致的刻度不准确问题。
进一步地，步骤S1中，探测系统参数包括HPGe探测器的晶体尺寸和冷指尺寸，准直器的厚度和准直空间，屏蔽器厚度，探测器的准直器前端到废物桶中心距离，以及准直器和屏蔽器的材料。
进一步地，步骤S1中，废物桶的样品高度为80cm，桶内断层高度为10cm，介质与核素均匀分布在桶内断层中。
进一步地，步骤S1中，废物桶内的介质包括纤维、橡胶、金属、土壤、塑料和混凝土。
进一步地，步骤S4中，SGS效率刻度函数模型如下：
式中：E为γ射线能量，μ为线衰减系数；其中，ai(i＝1,2,…,8)为通过步骤S3确定的函数参数。
通用体源效率函数模型的表达式同SGS效率刻度函数模型，本发明是基于MCNP模型计算的离散效率数据确定了将通用体源效率函数模型用于SGS系统时的函数参数ai(i＝1,2,…,8)，便于实际的放射性废物桶SGS测量，在实际的放射性废物桶SGS测量过程中，函数参数ai(i＝1,2,…,8)已知，可直接通过测量实际的放射性废物桶中的γ射线衰减系数，将射γ射线衰减系数μj(E)、出射γ射线能量E代入SGS效率刻度函数模型，计算得到介质不同断层的效率矩阵εij(E)
如上述构建方法构建的SGS效率刻度函数模型，本发明是基于SGS效率刻度函数模型构建的分段γ扫描效率刻度方法。
基于SGS效率刻度函数模型的分段γ扫描效率刻度方法，包括以下步骤：
步骤一、采用透射源对废物桶样品进行直接透射测量，计算不同能量下每一断层介质的γ射线衰减系数μj(E)；
步骤二、通过探测器发射测量获取桶内出射γ射线的能量E；
步骤三、将步骤一获得的γ射线衰减系数μj(E)和步骤二获得的桶内出射γ射线的能量E代入SGS效率刻度函数模型计算得到介质不同断层的效率矩阵εij(E)。
进一步地，步骤一中，γ射线衰减系数μj(E)的计算模型如下：
式中，I0(E)为能量为E的入射γ射线强度，Ij(E)为穿透断层后的γ射线强度，μj(E)为废物桶第j层介质的γ射线衰减系数，d为核废物桶直径；根据计算所得不同能量E的线衰减系数μj(E)，建立μj(E)与γ射线能量E的关系式fj(E)：
μj(E)＝fj(E)＝a1exp(-E/a2)+a3exp(-E/a4)+a5
式中，ai(i＝1,2,…,5)为函数参数。
在废物桶SGS测量过程中，利用外置透射源152Eu(主要发射0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量)对废物桶进行透射测量，可以获取得到0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量的线衰减系数，但是废物桶中的放射性核素发射的能量还有很多，比如0.662、1.173、1.332MeV等，因此需要建立关系式fj(E)。
本发明可利用0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量的线衰减系数，可以建立在单个废物桶中，透射线衰减系数随不同能量的关系，即通过透射测量计算线衰减系数，不仅仅是计算这6个能量的线衰减系数，而是更进一步的建立线衰减系数与γ能量的关系曲线，这样单个桶内发射任何γ能量均可以通过这个曲线获取透射线衰减系数，一个废物桶对应一个这样的关系曲线。
进一步地，步骤二中，探测器采用HPGe探测器。
SGS效率刻度函数模型用于SGS系统效率刻度。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过构建的SGS效率刻度函数模型，能够快速实现SGS系统的效率刻度。
2、本发明为无源效率刻度方法，基于蒙特卡罗方法确定函数参数，既满足了刻度函数适用的待测废物桶样品范围，同时节约了因制作大体积标准源的成本。
3、本发明提出的效率刻度函数，可以融入所开发的SGS分析软件中。
4、本发明具有简便快捷、通用性强的优点，具有很高的实际使用价值和广泛的应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为放射性废物桶SGS检测原理图；
图2为放射性废物桶中核素分布图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
体源效率函数模型构建方法，包括以下步骤：
S1、根据SGS系统的探测系统参数，基于200L标准钢桶进行样品建立MCNP模型。HPGe探测器晶体尺寸为Φ70mm×82.6mm，冷指尺寸为Φ9mm×69mm。准直器的厚度为50mm，准直空间为200mm×100mm×150mm，屏蔽器厚度为50mm，准直器和屏蔽器采用铅材料。探测器准直器前端到废物桶中心距离为485mm。通常桶内介质有纤维、橡胶、金属、土壤、塑料、混凝土等，本实施例中MCNP模型采用的桶内填充介质元素为：H(10％),C(10％),O(20％),N(5％),S(5％),Si(5％),Na(5％),Mg(5％),Al(5％),K(5％),Ca(5％),Fe(10％),Cu(5％),Pb(5％)。线衰减系数值选取0.03、0.06、0.09、0.12、0.15、0.18、0.21、0.24cm-1。刻度核素为152Eu，特征能量选取：0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV。整桶样品高度为80cm，桶内断层高度为10cm，介质与核素均匀分布在桶内断层中；
S2、基于步骤S1构建的MCNP模型计算不同线衰减系数值、特征能量和间隔层数条件下的断层离散效率值；
通过MCNP模型计算得到探测器与断层位置间隔层数分别为0、1、2层(本实施例的断层数量为8层，其中，探测器与最低层对应，放射性层在最底层时间隔层数为0层；放射性层在第二层时间隔层数为1层；放射性层在第三层时间隔层数为2层；当间隔层数大于2时，放射性样品层不在探测范围，因此探测效率为0，不需在计算)时，在不同线衰减系系数和γ射线能量条件下的断层探测效率分布：
通过S1构建的MCNP模型，编写效率计算程序，在线衰减系数值、特征能量值、间隔层数确定的每一种条件下可以计算得到一个效率值，然后通过修改程序中线衰减系数值、特征能量值、以及探测器和样品层的间隔层数，可实现不同线衰减系数值、特征能量值、间隔层数情况下的多个效率值，由于线衰减系数和特征能量是取的分立点，因此在不同间隔层数时，计算出来的是离散效率值；
S3、利用通用体源效率函数模型对步骤S2获得的断层离散效率值，采用Matlab进行多元非线性回归拟合，确定通用体源效率函数模型中的函数参数ai(i＝1,2,…,8)：
利用Matlab进行多元非线性回归拟合，获取函数参数ai(i＝1,2,…,8)。当间隔层数为0时，a1＝-0.61265,a2＝-0.13140,a3＝0.13347,a4＝-14.18816,a5＝5.76917,a6＝-2.03592，a7＝2.50586,a8＝-1.39255,R2＝0.99710；当间隔层数为1时，a1＝-0.45543,a2＝-0.14752,a3＝0.13524,a4＝-14.31974,a5＝2.99772,a6＝-1.41061，a7＝4.80552,a8＝-1.61936,R2＝0.99785；当间隔层数为2时，a1＝-0.40652,a2＝-1.01215,a3＝0.27050,a4＝-28.80021,a5＝3.84716,a6＝-0.96104，a7＝8.349×107,a8＝-8.19547,R2＝0.99738。层数间隔分别为0、1、2层时的拟合相关系数R2均接近于1，说明函数参数是准确的；
本实施例中函数参数ai(i＝1,2,…,8)的计算过程为：
步骤S2中的断层离散效率值是通过已知SGS系统的MCNP模型事先计算出来的多个效率值，类似于事先建立数据库，依据本发明所提出的体源效率函数模型，该模型为一个经验公式，利用这些数据库中的离散效率值，通过Matlab编制计算程序，这个程序中是利用多元非线性回归拟合的方法来计算出函数参数；
S4、将函数参数ai(i＝1,2,…,8)代入通用体源效率函数模型，获得SGS效率刻度函数模型：
式中：E为γ射线能量，μ为线衰减系数；其中，ai(i＝1,2,…,8)为通过步骤S3确定的函数参数。
实施例2：
将实施例1构建的体源效率函数模型用于分段γ扫描效率刻度：
利用实验室SGS系统开展放射性废物桶SGS检测分析，透射源152Eu活度为2.568×108Bq。桶内介质选取硅酸铝板、木质板、聚氯乙烯板，总高度80cm，分段测量中选取每层高度10cm。桶内核素为点源137Cs(活度为3.110×105Bq)和60Co(活度为1.371×105Bq)。点源位于中间层，偏心距分别为0、6.5、11.5、17.5、22、25cm，如图2所示，将测量投影数据相加取平均值，模拟单层样品中存在多点核素情况。透射测量和发射测量中，单个断层扫描时间分别为180s和300s。
经过152Eu透射测量和计算，计算过程如下：
在废物桶SGS测量过程中，利用外置透射源152Eu(主要发射0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量)对废物桶进行透射测量，可以获取得到0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量的线衰减系数，计算公式如下：
式中，I0(E)为能量为E的入射γ射线强度，Ij(E)为穿透断层后的γ射线强度，μj(E)为废物桶第j层介质的γ射线衰减系数，d为核废物桶直径。
这样利用0.122、0.344、0.779、0.964、1.112、1.408MeV这6种能量的线衰减系数，可以建立在单个废物桶中，透射线衰减系数μj(E)随不同能量E的关系如下：
μj(E)＝fj(E)＝a1exp(-E/a2)+a3exp(-E/a4)+a5
式中，每一种桶内截至对应一套函数参数ai(i＝1,2,…,5)。
通过透射测量计算线衰减系数，不仅仅是计算这6个能量的线衰减系数，而是更进一步的建立线衰减系数与γ能量的关系曲线，这样单个桶内发射任何γ能量均可以通过这个曲线获取透射线衰减系数，一个废物桶对应一个这样的关系曲线。
再将0.662、1.173、1.332MeV能量带入上述关系式，计算得到一个废物桶中对0.662、1.173、1.332MeV的线衰减系数。
在硅酸铝板样品中0.662、1.173、1.332MeV的线衰减系数分别为0.025153、0.019066、0.017500cm-1；在木质板样品中0.662、1.173、1.332MeV的线衰减系数分别为0.053672、0.040917、0.037931cm-1；在聚氯乙烯板样品中0.662、1.173、1.332MeV的线衰减系数分别为0.139045、0.104067、0.095657cm-1。
将出射γ射线衰减系数μj(E)、出射γ射线能量E代入SGS效率刻度函数模型ε(E,μ,ai)，计算得到介质不同断层的效率矩阵εij[8×8]：
将出射γ射线衰减系数μj(E)、出射γ射线能量E代入SGS效率刻度函数模型ε(E,μ,ai)，探测器与断层位置间隔层数分别为0、1、2层时，断层效率如表1所示：
表1
以硅酸铝样品中为例，0.662MeV的效率矩阵εij[8×8]如表2所示：
表2
| 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 | 3.51E-05 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 | 1.39E-04 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3.51E-05 | 1.39E-04 | 1.63E-04 |
以硅酸铝样品中为例，1.173MeV的效率矩阵εij[8×8]如表3所示：
表3
| 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 | 2.43E-05 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 | 9.86E-05 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.43E-05 | 9.86E-05 | 1.13E-04 |
以硅酸铝样品中为例，1.332MeV的效率矩阵εij[8×8]如表4：
表4
| 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 | 2.21E-05 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 | 9.22E-05 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2.21E-05 | 9.22E-05 | 1.07E-04 |
结合发射测量获取的投影值矩阵pi[8×1]：
pi(E)为探测器在i层位置获取的投影值，pi(E)＝ni(E)/[f(E).t]，ni(E)为第i层位置探测器全能峰净计数，f(E)为γ射线发射率分支比，0.662、1.173、1.332MeV的f(E)分别为0.85、0.9987、0.99982，t为单个断层的扫描时间，本实施例中为300s。投影值矩阵pi[8×1]对应如表5中的每一列：
表5
基于上述矩阵pi[8×1]建立核素活度重建方程组。利用MLEM算法迭代解析核素活度重建方程组，MLEM算法的迭代格式为：
式中：k为迭代次数，
为经过k次迭代后的断层活度值，pi为扫描投影值，εij为断层效率，i为探测器位置序号(1≤i≤N)，j为样品层位置序号(1≤j≤N)。采用MLEM算法进行求解，得到在硅酸铝板样品中0.662、1.173、1.332MeV活度分别为3.296×105Bq(误差为5.98％)、1.852×105Bq(误差为35.09％)、1.786×105Bq(误差为30.26％)，在木质板样品中0.662、1.173、1.332MeV活度分别为3.316×105Bq(误差为6.63％)、1.756×105Bq(误差为28.1％)、1.644×105Bq(误差为19.95％)，在聚氯乙烯板样品中0.662、1.173、1.332MeV活度分别为2.605×105Bq(误差为-16.25％)、1.392×105Bq(误差为1.5％)、1.294×105Bq(误差为-5.64％)。重建核素活度误差范围在-16.25％～35.09％，满足放射性废物桶中核素活度测量准确度的要求，说明本发明应用于SGS检测中的效率刻度具有可行性和有效性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.SGS效率刻度函数模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据SGS系统的探测系统参数和废物桶介质样品，建立MCNP模型；
S2、基于步骤S1构建的MCNP模型计算不同线衰减系数值、特征能量和间隔层数条件下的断层离散效率值；
S3、利用通用体源效率函数模型对步骤S2获得的断层离散效率值，采用Matlab进行多元非线性回归拟合，确定通用体源效率函数模型中的函数参数ai(i＝1,2,…,8)；
S4、将函数参数ai(i＝1,2,…,8)代入通用体源效率函数模型，获得SGS效率刻度函数模型。
2.根据权利要求1所述的SGS效率刻度函数模型的构建方法，其特征在于，步骤S1中，探测系统参数包括HPGe探测器的晶体尺寸和冷指尺寸，准直器的厚度和准直空间，屏蔽器厚度，探测器的准直器前端到废物桶中心距离，以及准直器和屏蔽器的材料。
3.根据权利要求1所述的SGS效率刻度函数模型的构建方法，其特征在于，步骤S1中，废物桶的样品高度为80cm，桶内断层高度为10cm，介质与核素均匀分布在桶内断层中。
4.根据权利要求1所述的SGS效率刻度函数模型的构建方法，其特征在于，步骤S1中，废物桶内的介质包括纤维、橡胶、金属、土壤、塑料和混凝土。
5.根据权利要求1所述的SGS效率刻度函数模型的构建方法，其特征在于，步骤S4中，SGS效率刻度函数模型如下：
式中：E为γ射线能量，μ为线衰减系数；其中，ai(i＝1,2,…,8)为通过步骤S3确定的函数参数。
6.如权利要求1-5任一项所述构建方法构建的SGS效率刻度函数模型。
7.基于权利要求1-5任一项所述构建方法构建的SGS效率刻度函数模型的分段γ扫描效率刻度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用透射源对废物桶样品进行直接透射测量，计算不同能量下每一断层介质的γ射线衰减系数μj(E)；
步骤二、通过探测器发射测量获取桶内出射γ射线的能量E；
步骤三、将步骤一获得的γ射线衰减系数μj(E)和步骤二获得的桶内出射γ射线的能量E代入SGS效率刻度函数模型计算得到介质不同断层的效率矩阵εij(E)。
8.根据权利要求7所述分段γ扫描效率刻度方法，其特征在于，步骤一中，γ射线衰减系数μj(E)的计算模型如下：
式中，I0(E)为能量为E的入射γ射线强度，Ij(E)为穿透断层后的γ射线强度，μj(E)为废物桶第j层介质的γ射线衰减系数，d为核废物桶直径；根据计算所得不同能量E的线衰减系数μj(E)，建立μj(E)与γ射线能量E的关系式fj(E)：
μj(E)＝fj(E)＝a1 exp(-E/a2)+a3 exp(-E/a4)+a5
式中，ai(i＝1,2,…,5)为函数参数。
9.根据权利要求7所述分段γ扫描效率刻度方法，其特征在于，步骤二中，探测器采用HPGe探测器。
10.如权利要求1-5任一项所述构建方法构建的SGS效率刻度函数模型用于SGS系统效率刻度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110831586.6A CN113552608B (zh) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110831586.6A CN113552608B (zh) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113552608A true CN113552608A (zh) | 2021-10-26 |
| CN113552608B CN113552608B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=78132474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110831586.6A Active CN113552608B (zh) | 2021-07-22 | 2021-07-22 | Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113552608B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114200510A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-18 | 中国核动力研究设计院 | 燃料元件破损监测装置的效率刻度方法、装置、介质 |
| CN114494503A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于测量对象约束的透射图像迭代重建方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483698A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 西北核技术研究所 | 基于点源效率函数的氙气源虚拟点源刻度装置及方法 |
| CN109541675A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-29 | 四川理工学院 | 基于点源空间效率函数的层析γ扫描体素效率刻度方法 |
-
2021
- 2021-07-22 CN CN202110831586.6A patent/CN113552608B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483698A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 西北核技术研究所 | 基于点源效率函数的氙气源虚拟点源刻度装置及方法 |
| CN109541675A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-29 | 四川理工学院 | 基于点源空间效率函数的层析γ扫描体素效率刻度方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 李志刚等: "不同射线能量及线衰减系数条件下体源探测效率的函数模型", 强激光与离子束, vol. 30, no. 12, pages 126002 * |
| 李志刚等: "不同射线能量及线衰减系数条件下体源探测效率的函数模型", 强激光与粒子束, vol. 30, no. 12, pages 126002 * |
| 杜树标等: "核废物密度对SGS测量影响的蒙特卡罗模拟", 兵工自动化, vol. 35, pages 87 - 90 * |
| 郑洪龙等: "基于蒙卡模拟的分段_扫描无源效率刻度方法", 强激光与离子束, vol. 32, no. 4, pages 046002 * |
| 郑洪龙等: "基于蒙卡模拟的分段y扫描无源效率刻度方法", 强激光与粒子束, vol. 32, no. 4, pages 046002 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114200510A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-18 | 中国核动力研究设计院 | 燃料元件破损监测装置的效率刻度方法、装置、介质 |
| CN114200510B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-05-28 | 中国核动力研究设计院 | 燃料元件破损监测装置的效率刻度方法、装置、介质 |
| CN114494503A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-13 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于测量对象约束的透射图像迭代重建方法 |
| CN114494503B (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-01 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种基于测量对象约束的透射图像迭代重建方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113552608B (zh) | 2024-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109541675B (zh) | 基于点源空间效率函数的层析γ扫描体素效率刻度方法 | |
| KR101680067B1 (ko) | 플라스틱 섬광체를 이용한 방사성 핵종 분별 방법 및 장치 | |
| Autiero et al. | Test beam performance of the electromagnetic calorimeter of the NOMAD experiment | |
| CN113552608B (zh) | Sgs效率刻度函数模型及构建方法、刻度方法、应用 | |
| CN103901052B (zh) | 一种sgs与tgs联合测量装置及准直器优化方法 | |
| CN103308534B (zh) | 一种层析伽玛扫描测量方法 | |
| Svärd et al. | Applicability of a set of tomographic reconstruction algorithms for quantitative SPECT on irradiated nuclear fuel assemblies | |
| KR102115382B1 (ko) | 콘크리트 구조물의 깊이에 따른 방사능 분포 도출 시스템 및 방법 | |
| Bae et al. | Plastic scintillator beta ray scanner for in-situ discrimination of beta ray and gamma ray radioactivity in soil | |
| EP1860464A1 (en) | Radiochemical sensor for fluids | |
| Mauring et al. | InSiCal–A tool for calculating calibration factors and activity concentrations in in situ gamma spectrometry | |
| CN116008320A (zh) | 基于蒙卡模拟和函数模型的废物桶sgs效率刻度方法 | |
| CN110887853B (zh) | 体素衰减效率加权平均的sgs断层效率刻度方法 | |
| Ji et al. | Development of the environmental radiation survey program and its application to in situ gamma-ray spectrometry | |
| Venara et al. | Design and development of a portable β-spectrometer for 90Sr activity measurements in contaminated matrices | |
| Idiri et al. | Monte carlo optimization of sample dimensions of an 241Am–Be source-based PGNAA setup for water rejects analysis | |
| Sheng et al. | Low-activity gamma source direction detection system based on NaI scintillator detector | |
| JP2017122656A (ja) | 放射性廃棄物計測システムおよび方法 | |
| Chen et al. | Research of γ-ray 3D scanning detection and analysis system | |
| CN112558135B (zh) | 核设施废物包放射性特性的检测系统及方法 | |
| Haralambie et al. | Study concerning the efficiency calibration of a drum waste assay system | |
| Toma et al. | Characterization studies of radioactive waste drums using high resolution gamma spectrometric systems | |
| CN106342213B (zh) | 分层分环式伽玛扫描测量方法 | |
| Lee et al. | Efficiency Calculation for an In-situ Beta Nuclide Monitoring System Based on a Plastic Scintillator-18193 | |
| CN115932936A (zh) | 基于放射源空间性质的层析γ扫描体素效率刻度方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |