CN113552610A - 一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置及方法，层析γ扫描装置包括用于放置废物桶的废物桶旋转平台；废物桶旋转平台的两侧均设置有支撑架，每个支撑架上对应设置有升降机构，每个升降机构上对应设置有升降台，其中一个升降台上布置有多个第二准直器，每个第二准直器内对应设置有碲锌镉探测器，多个碲锌镉探测器的探测射线均穿过废物桶，多束射线均匀布置在废物桶的轴向半侧，另一个升降台上滑动设置有第一准直器，第一准直器能够在升降台上水平滑动，所述第一准直器内设置有透射源，所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。本发明解决了现有层析γ扫描装置体积大、需要附属制冷设备、检测效果低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及桶装放射性废物γ射线无损检测分析技术领域，具体涉及一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置及方法。
背景技术
核设施在生产和运行过程中，产生并积存了大量的桶装放射性废物。针对这些放射性废物桶的暂存、运输、处置等管理，为满足安全性与经济性的需求，我国已经制定了一系列的法律法规标准，必须进行现场监测、检查或者核查。桶内放射性核素的种类、活度、位置分布信息是对桶装放射性废物进行有效判别和分类的重要依据，在核安全监测、核废物处理处置中，对放射性废物桶内的放射性核素进行检测是必要环节。
在放射性废物桶中，常见的放射性核素主要有137Cs，60Co，235U，239Pu等。桶内介质与放射性核素通常是不均匀分布的，对于这些放射性核素，常规的检测方法都不能满足核安全的要求。无损检测技术是最为理想的检测技术，具有巨大优势：可直接获得核素的绝对含量，不需要对核废物桶进行破坏性采样，降低人员受照风险，保障人员安全，能够控制检测成本，适合低、中放射性水平的核废物检测应用。其中，层析γ扫描技术是目前放射性废物桶检测最为先进的方式之一，基于医学CT原理，利用γ射线探测器对放射性废物桶进行多个角度位置、水平位置和高度位置的扫描测量，重建桶内介质线衰减系数分布图像和核素活度分布图像，准确实现桶内核素的定性、定量和定位分析。
现有的层析γ扫描装置均采用单个HPGe探测器进行投影数据采集，通过单路数据处理与分析系统，进行层析γ扫描图像重建。主要的存在的问题：(1)设备体积大、整体质量重，不便于移动；(2)HPGe探测器需要常年制冷，前放电路极易因为水滴富集而损坏；(3)采用单探测器获取投影数据，对废物桶检测的效率较低，这也是目前该设备没有广泛应用于国体废物检测领域的最主要原因。综上所述，现有层析γ扫描装置的实用性都受到了局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置及方法，解决现有层析γ扫描装置体积大、需要附属制冷设备、检测效率低的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，包括用于放置废物桶的废物桶旋转平台；
所述废物桶旋转平台的两侧均设置有支撑架，每个支撑架上对应设置有升降机构，每个升降机构上对应设置有升降台，其中一个升降台上布置有多个第二准直器，每个第二准直器内对应设置有碲锌镉探测器，多个碲锌镉探测器的探测射线均穿过废物桶，多束射线均匀布置在废物桶的轴向半侧，另一个升降台上滑动设置有第一准直器，所述第一准直器能够在升降台上水平滑动，所述第一准直器内设置有透射源，所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
本发明是针对目前层析γ扫描系统设备体积大、整体质量重、HPGe探测器前放电路极易损坏、废物桶检测效率低的问题，提出的新的基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置。
本发明所述的轴向半侧具体是指以穿过中心轴的竖直平面将废物桶分割为两个对称的半圆柱结构，所述轴向半侧即为半圆柱；多个碲锌镉探测器呈阵列布置。
本发明采用呈阵列布置的碲锌镉探测器进行数据采集，不仅设备体积小，且不需额外使用制冷设备。
本发明通过将废物桶置于废物桶旋转平台，同时透射源能够在竖直和水平方向移动，且碲锌镉探测器能够在竖直方向与透射源进行同步移动，能够提高采集数据点的均匀性，并且，利用多探测器阵列扫描的方式，减少单个废物桶扫描时间，提升层析γ扫描装置检测废物桶的工作效率。
综上，本发明解决了现有层析γ扫描装置体积大、需要附属制冷设备、检测效率低的问题。
进一步地，升降机构包括螺杆，所述螺杆的上端转动设置在支撑架的顶部，所述螺杆的下端与电机的输出轴连接，所述升降台上设置有与螺杆配合的螺纹通孔，所述螺杆穿设在螺纹通孔内。
本发明通过电机驱动螺杆转动实现升降台在竖直方向的移动
进一步地，支撑架为倒立的U形板。
进一步地，支撑架的底部设置有底座，所述电机安装在底座上。
进一步地，用于驱动两个螺杆转动的电机均与电气控制器电连接，所述电气控制器用于驱动两个电机同步转动，确保所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
进一步地，升降台上设置有平移滑轨，所述第一准直器滑动设置在平移滑轨上。
进一步地，废物桶旋转平台为圆盘结构，所述圆盘结构由电机驱动转动。
进一步地，用于驱动圆盘结构转动的电机与电气控制器电连接。
进一步地，还包括与碲锌镉探测器通信连接的多通道数字化谱仪，所述多通道数字化谱仪与计算机通信连接。
基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描方法，包括以下步骤：
S1、将废物桶沿着轴向分为多个扫描层；
S2、将碲锌镉探测器和透射源通过升降机构移动至由下至上的第一层扫描层，开启废物桶旋转平台，水平移动第一准直器，使透射源与第一个碲锌镉探测器处于同一轴线，开启透射源，透射γ射线经过第一准直器后，对废物桶进行透射测量，同时第一个碲锌镉探测器采集能谱用于计算透射γ射线的介质衰减系数(只有同轴的探测器采集数据)，然后水平移动第一准直器，使透射源与第二个碲锌镉探测器处于同一轴线，对废物桶进行透射测量，重复上述操作，直到所有碲锌镉探测器均实现与透射源处于同一轴线完成废物桶的三维透射扫描；
S3、关闭透射源，采用所有阵列碲锌镉探测器同时对废物桶进行扫描，此时所有的探测器均在采集数据，通过采集扫描层的能谱实现桶内核素识别和投影数据提取，实现对废物桶(9)的三维扫描；
S4、采用升降机构将碲锌镉探测器和透射源移动至由下至上的第二层扫描层，重复步骤S2和S3，直到所有扫描层均完成扫描。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明利用碲锌镉探测器体积小的优点，同时无需附属制冷设备，实现层析γ扫描装置的小型化，提升便捷性。
2、本发明利用碲锌镉常温探测器实现投影数据采集，提升辐射探测系统前放电路的稳定性，提高了整个层析γ扫描装置的使用寿命。
3、本发明采用阵列探测的方式，提升层析γ扫描装置检测废物桶的工作效率。
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为本发明层析γ扫描装置的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-支撑架，2-螺杆，3-第一准直器，4-平移滑轨，5-升降台，6-电机，7-底座，8-废物桶旋转平台，9-废物桶，10-第二准直器，11-多通道数字化谱仪，12-电气控制器，13-计算机，14-控制分析软件。
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：
如图1-图2所示，一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，包括用于放置废物桶9的废物桶旋转平台8；
所述废物桶旋转平台8的两侧均设置有支撑架1，每个支撑架1上对应设置有升降机构，每个升降机构上对应设置有升降台5，其中一个升降台5上布置有多个第二准直器10，每个第二准直器10内对应设置有碲锌镉探测器，多个碲锌镉探测器的探测射线均穿过废物桶9，多束射线均匀布置在废物桶9的轴向半侧，另一个升降台5上滑动设置有第一准直器3，所述第一准直器3能够在升降台5上水平滑动，所述第一准直器3内设置有透射源，所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
在本实施例中，所述升降机构包括螺杆2，所述螺杆2的上端转动设置在支撑架1的顶部，所述螺杆2的下端与电机6的输出轴连接，所述升降台5上设置有与螺杆2配合的螺纹通孔，所述螺杆2穿设在螺纹通孔内。
在本实施例中，所述支撑架1为倒立的U形板；所述支撑架1的底部设置有底座7，所述电机6安装在底座7上。
在本实施例中，为了实现同步驱动，用于驱动两个螺杆2转动的电机6均与电气控制器12电连接，所述电气控制器12用于驱动两个电机6同步转动，确保所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
在本实施例中，所述升降台5上设置有平移滑轨4，所述第一准直器3滑动设置在平移滑轨4上。
在本实施例中，所述废物桶旋转平台8为圆盘结构，所述圆盘结构由电机6驱动转动，通过废物桶旋转平台8转动实现废物桶9的旋转。
在本实施例中，用于驱动圆盘结构转动的电机6与电气控制器12电连接。
在本实施例中，所述电机6采用伺服电机。
在本实施例中，为了实现对采集的数据处理，还包括与碲锌镉探测器通信连接的多通道数字化谱仪11，所述多通道数字化谱仪11与计算机13通信连接，所述计算机13上安装有控制分析软件14。
本实施例的扫描方法包括以下步骤：
S1、将废物桶9沿着轴向分为多个扫描层；
S2、将碲锌镉探测器和透射源通过升降机构移动至由下至上的第一层扫描层，开启废物桶旋转平台8，水平移动第一准直器3，使透射源与第一个碲锌镉探测器处于同一轴线，开启透射源，透射γ射线经过第一准直器3后，对废物桶9进行透射测量，同时第一个碲锌镉探测器采集能谱用于计算透射γ射线的介质衰减系数，然后水平移动第一准直器3，使透射源与第二个碲锌镉探测器处于同一轴线，对废物桶9进行透射测量，重复上述操作，直到所有碲锌镉探测器均实现与透射源处于同一轴线完成废物桶9的三维透射扫描；
S3、关闭透射源，采用所有阵列碲锌镉探测器同时对废物桶进行扫描，此时所有的探测器均在采集数据，通过采集扫描层的能谱实现桶内核素识别和投影数据提取，实现对废物桶(9)的三维扫描；
S4、采用升降机构将碲锌镉探测器和透射源移动至由下至上的第二层扫描层，重复步骤S2和S3，直到所有扫描层均完成扫描。
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)
1.一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，包括用于放置废物桶(9)的废物桶旋转平台(8)；
所述废物桶旋转平台(8)的两侧均设置有支撑架(1)，每个支撑架(1)上对应设置有升降机构，每个升降机构上对应设置有升降台(5)，其中一个升降台(5)上布置有多个第二准直器(10)，每个第二准直器(10)内对应设置有碲锌镉探测器，多个碲锌镉探测器的探测射线均穿过废物桶(9)，多束射线均匀布置在废物桶(9)的轴向半侧，另一个升降台(5)上滑动设置有第一准直器(3)，所述第一准直器(3)能够在升降台(5)上水平滑动，所述第一准直器(3)内设置有透射源，所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，所述升降机构包括螺杆(2)，所述螺杆(2)的上端转动设置在支撑架(1)的顶部，所述螺杆(2)的下端与电机(6)的输出轴连接，所述升降台(5)上设置有与螺杆(2)配合的螺纹通孔。
3.根据权利要求2所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，所述支撑架(1)为倒立的U形板。
4.根据权利要求3所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，所述支撑架(1)的底部设置有底座(7)，所述电机(6)安装在底座(7)上。
5.根据权利要求2所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，用于驱动两个螺杆(2)转动的电机(6)均与电气控制器(12)电连接，所述电气控制器(12)用于驱动两个电机(6)同步转动，确保所述透射源的γ射线与碲锌镉探测器的探测射线位于同一水平面。
6.根据权利要求1所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，所述升降台(5)上设置有平移滑轨(4)，所述第一准直器(3)滑动设置在平移滑轨(4)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，所述废物桶旋转平台(8)为圆盘结构，所述圆盘结构由电机(6)驱动转动。
8.根据权利要求7所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，用于驱动圆盘结构转动的电机(6)与电气控制器(12)电连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置，其特征在于，还包括与碲锌镉探测器通信连接的多通道数字化谱仪(11)，所述多通道数字化谱仪(11)与计算机(13)通信连接。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种基于阵列碲锌镉探测器的层析γ扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将废物桶(9)沿着轴向分为多个扫描层；
S2、将碲锌镉探测器和透射源通过升降机构移动至由下至上的第一层扫描层，开启废物桶旋转平台(8)，水平移动第一准直器(3)，使透射源与第一个碲锌镉探测器处于同一轴线，开启透射源，透射γ射线经过第一准直器(3)后，对废物桶(9)进行透射测量，同时第一个碲锌镉探测器采集能谱用于计算透射γ射线的介质衰减系数，然后水平移动第一准直器(3)，使透射源与第二个碲锌镉探测器处于同一轴线，对废物桶(9)进行透射测量，重复上述操作，直到所有碲锌镉探测器均实现与透射源处于同一轴线完成废物桶(9)的三维透射扫描；
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S4、采用升降机构将碲锌镉探测器和透射源移动至由下至上的第二层扫描层，重复步骤S2和S3，直到所有扫描层均完成扫描。
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