CN114152969B - 一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法及系统，方法包括：在乏燃料溶解器轴向方向的两侧分别安装γ放射源和探测系统，γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；乏燃料溶解器的戽斗卸料后，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；通过所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，从而可以自动、准确地判断所述戽斗内燃料短段是否倒空。

Description

一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法及系统

技术领域

本发明具体涉及一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法及系统。

背景技术

在乏燃料后处理流程中，燃料棒被剪切成若干长度约20-50mm的燃料短段，通过溜槽进入溶解器内的14个戽斗之一。随后，溶解器逆时针旋转，使戽斗内的燃料短段在硝酸溶解液内充分溶解，当装满燃料短段的戽斗转动到卸载位置(⑨，⑧，⑦，⑥)时，燃料短段被倒空到卸料溜槽中移出溶解器，如图1所示。

由于燃料短段和溶解液均含有大量的放射性物质，为了保证溶解过程的安全，需开展溶解解器戽斗卸料监测，用于检查戽斗是否倒空，避免燃料短段滞留在戽斗内。由于溶解器整体封闭，且放射性水平极高，人员无法靠近采用常规方法进行监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，能够自动、准确地监测溶解器戽斗是否倒空，还相应提供一种实现该方法的系统。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，包括：

S1：在乏燃料溶解器轴向方向的两侧分别安装γ放射源和探测系统，γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

S2：乏燃料溶解器的戽斗卸料后，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

S3：根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，当所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ大于设定值时，判断所述戽斗内燃料短段未倒空。

可选地，采用式(1)计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N＝N₀e^-ud (1)

N—所述戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—所述戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数。

可选地，所述步骤S2之前，还包括：

所述戽斗空料时，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

可选地，式(1)采用以下方法获得：

所述γ放射源采用已知活度的γ放射源，在所述戽斗内加入不同等效厚度的燃料短段，在卸料测量位置，探测系统获取与不同等效厚度的燃料短段对应的脉冲计数率，以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到含d的式(1)。

可选地，所述探测系统包括探测器和信号分析处理系统，所述信号分析处理系统与探测器电连接，

所述探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

所述信号分析处理系统接收探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。

本发明还提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测系统，包括：γ放射源、探测系统和数据处理器，

所述γ放射源和探测系统分别安装在乏燃料溶解器轴向方向的两侧，且所述γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

所述γ放射源用于当乏燃料溶解器的戽斗卸料后并转至卸料测量位置时，发射γ射线，其发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，所述探测系统用于获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

所述数据处理器与探测系统电连接，用于根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，并判断所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出所述戽斗内燃料短段未倒空的报警信号。

可选地，所述数据处理器根据式(1)计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N＝N₀e^-ud (1)

N—所述戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—所述戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数。

可选地，所述探测系统还用于当所述戽斗空料并转至卸料测量位置时，接收γ放射源发射并穿过所述戽斗的γ射线，且获得进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

可选地，所述探测系统还用于在所述戽斗内加入不同等效厚度的燃料短段并处于卸料测量位置时，接收已知活度的γ放射源发射并穿过所述戽斗的γ射线，且获取与不同γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率，

所述数据处理器还用于以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到含d的表达式(1)。

可选地，所述探测系统包括探测器和信号分析处理系统，

所述探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

所述信号分析处理系统与探测器电连接，用于接收探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。

本发明中，通过在乏燃料溶解器卸料测量位置的两侧分别设置γ放射源和探测系统，当乏燃料溶解器的戽斗卸料后并转至卸料测量位置时，γ放射源发射的γ射线穿过戽斗后进入探测系统，若戽斗内还残留有未倒空的燃料短段，γ射线将与燃料短段发生反应，导致其强度产生衰减，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N，由于脉冲计数率精度有限，难以通过比较穿过戽斗前、后的脉冲计数率判断戽斗内燃料短段是否倒空，本发明根据该脉冲计数率N计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ，从而可以准确判断戽斗内燃料短段是否倒空。

附图说明

图1为溶解器戽斗的位置示意图；

图2为溶解器戽斗卸料的侧视图；

图3为乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法的示意图；

图4为探测系统与数据处理器的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，包括：

S1：在乏燃料溶解器轴向方向的两侧分别安装γ放射源和探测系统，γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

S2：乏燃料溶解器的戽斗卸料后，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

S3：根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，当所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ大于设定值时，判断所述戽斗内燃料短段未倒空。

本发明还提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测系统，包括：γ放射源、探测系统和数据处理器，

所述γ放射源和探测系统分别安装在乏燃料溶解器轴向方向的两侧，且所述γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

所述γ放射源用于当乏燃料溶解器的戽斗卸料后并转至卸料测量位置时，发射γ射线，其发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，所述探测系统用于获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

所述数据处理器与探测系统电连接，用于根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，并判断所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出所述戽斗内燃料短段未倒空的报警信号。

实施例1：

本实施例提供一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，包括：

S1：参见图3，在乏燃料溶解器4轴向方向的两侧分别安装γ放射源1和探测系统2，γ放射源1和探测系统2均与乏燃料溶解器4的卸料测量位置对应；

S2：乏燃料溶解器4的戽斗卸料后，将其转至卸料测量位置，γ放射源1发射的γ射线穿过戽斗后进入探测系统2，探测系统2获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

S3：根据该脉冲计数率N计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ，当戽斗内燃料短段的等效厚度μ大于设定值时，判断戽斗内燃料短段未倒空。

乏燃料溶解器4的结构参见图1和图2，装满燃料短段的戽斗在溶解液内逆时针旋转离开液面。当戽斗到达卸载位置(⑨，⑧，⑦，⑥)时，燃料短段由于重力作用被倒空到卸料溜槽5中，移出乏燃料溶解器4。当卸料后的戽斗到达卸料测量位置⑤时，若戽斗内还残留有未倒空的燃料短段，γ放射源发射的γ射线将与燃料短段发生反应，导致其强度产生衰减，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N，由于脉冲计数率精度有限，难以通过比较穿过戽斗前、后的脉冲计数率判断戽斗内燃料短段是否倒空，本发明根据该脉冲计数率N计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ，从而可以准确判断戽斗内燃料短段是否倒空。

γ放射源1可采用⁶⁰Co源，其设定能量区间为20keV～3MeV。本实施例中，采用式(1)计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N＝N₀e^-ud (1)

N—戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数。

式(1)中，戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀采用以下方法获得：

在戽斗空料时，将其转至卸料测量位置，γ放射源1发射的γ射线穿过该戽斗后进入探测系统2，探测系统2获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

本实施例中，式(1)采用以下方法获得：

采用已知活度的γ放射源，在戽斗内加入不同等效厚度(μ₁、μ₂、μ₃……)的燃料短段，在卸料测量位置，探测系统2获取与不同等效厚度的燃料短段对应的脉冲计数率(N₁、N₂、N₃……)，以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到上述含d的表达式(1)。

本实施例中，探测系统2包括探测器21和信号分析处理系统22，信号分析处理系统22与探测器21电连接，

探测器21接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

信号分析处理系统22接收探测器21输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器21内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。

实施例2：

如图3和4所示，本实施例提供一种实现实施例1的乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法的系统，包括：γ放射源1、探测系统2和数据处理器3，

γ放射源1和探测系统2分别安装在乏燃料溶解器4轴向方向的两侧，且γ放射源1和探测系统2均与乏燃料溶解器4的卸料测量位置对应；

γ放射源1用于当乏燃料溶解器4的戽斗卸料后并转至卸料测量位置时，发射γ射线，其发射的γ射线穿过戽斗后进入探测系统2，探测系统2用于获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

数据处理器3与探测系统2电连接，用于根据脉冲计数率N计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ，并判断戽斗内燃料短段的等效厚度μ是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出戽斗内燃料短段未倒空的报警信号。

本实施例中，数据处理器3根据式(1)计算戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N＝N₀e^-ud (1)

N—戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数。

本实施例中，

探测系统2还用于当戽斗空料并转至卸料测量位置时，接收γ放射源发射并穿过戽斗的γ射线，且获得进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

本实施例中，

探测系统2还用于在戽斗内加入不同等效厚度的燃料短段并处于卸料测量位置时，接收已知活度的γ放射源发射并穿过戽斗的γ射线，且获取与不同等效厚度的燃料短段对应的脉冲计数率，

数据处理器3还用于以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到含d的表达式(1)。

本实施例中，探测系统2包括探测器21和信号分析处理系统22，

探测器21用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

信号分析处理系统22与探测器21电连接，用于接收探测器21输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器21内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。

其中，信号分析处理系统22包括信号处理电路221和脉冲计数电路222，信号处理电路221接收探测器21输出的脉冲信号，并对其进行放大、模数转换、甄别等处理，脉冲计数电路222对信号处理电路221处理后的脉冲信号进行计数，以获取周期内的脉冲个数，并将脉冲个数发送给数据处理器3。

数据处理器3包括等效厚度计算模块31和阈值比较模块32，等效厚度计算模块31根据其内存储的脉冲计数率N与燃料短段等效厚度μ的关系式(即式(1))，计算与脉冲计数率对应的燃料短段等效厚度，以生成等效厚度通讯信号。

阈值比较模块32判断燃料短段等效厚度是否大于设定值，该设定值可以为一个燃料短段的等效厚度，当判断结果为“是”时，输出报警信号。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，其特征在于，包括：

S1：在乏燃料溶解器轴向方向的两侧分别安装γ放射源和探测系统，γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

S2：乏燃料溶解器的戽斗卸料后，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

S3：根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，当所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ大于设定值时，判断所述戽斗内燃料短段未倒空；

采用式（1）计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N=N₀e^-ud （1）

N—所述戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—所述戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数；

式（1）采用以下方法获得：

所述γ放射源采用已知活度的γ放射源，在所述戽斗内加入不同等效厚度的燃料短段，在卸料测量位置，探测系统获取与不同等效厚度的燃料短段对应的脉冲计数率，以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到含d的式（1）。

2.根据权利要求1所述的乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，其特征在于，所述步骤S2之前，还包括：

所述戽斗空料时，将其转至卸料测量位置，γ放射源发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，探测系统获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

3.根据权利要求1-2任一项所述的乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测方法，其特征在于，所述探测系统包括探测器和信号分析处理系统，所述信号分析处理系统与探测器电连接，

所述探测器接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

所述信号分析处理系统接收探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。

4.一种乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测系统，其特征在于，包括：γ放射源、探测系统和数据处理器，

所述γ放射源和探测系统分别安装在乏燃料溶解器轴向方向的两侧，且所述γ放射源和探测系统均与乏燃料溶解器的卸料测量位置对应；

所述γ放射源用于当乏燃料溶解器的戽斗卸料后并转至卸料测量位置时，发射γ射线，其发射的γ射线穿过所述戽斗后进入探测系统，所述探测系统用于获取进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N；

所述数据处理器与探测系统电连接，用于根据所述脉冲计数率N计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ，并判断所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ是否大于设定值时，当判断结果为“是”时，输出所述戽斗内燃料短段未倒空的报警信号；

所述数据处理器根据式（1）计算所述戽斗内燃料短段的等效厚度μ：

N=N₀e^-ud （1）

N—所述戽斗卸料后，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

N₀—所述戽斗空料时，穿过其进入探测系统的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率；

μ—戽斗内燃料短段的等效厚度，单位为m；

d—γ射线在所述戽斗中的线减弱系数；

所述探测系统还用于在所述戽斗内加入不同等效厚度的燃料短段并处于卸料测量位置时，接收已知活度的γ放射源发射并穿过所述戽斗的γ射线，且获取与不同γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率，

所述数据处理器还用于以脉冲计数率为纵坐标，以燃料短段的等效厚度为横坐标，通过最小二乘法拟合得到含d的表达式（1）。

5.根据权利要求4所述的乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测系统，其特征在于，

所述探测系统还用于当所述戽斗空料并转至卸料测量位置时，接收γ放射源发射并穿过所述戽斗的γ射线，且获得进入其内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N₀。

6.根据权利要求4或5所述的乏燃料溶解器戽斗卸料有源监测系统，其特征在于，所述探测系统包括探测器和信号分析处理系统，

所述探测器用于接收进入其内的γ射线，并转换为脉冲信号输出，

所述信号分析处理系统与探测器电连接，用于接收探测器输出的脉冲信号，并对其进行处理，以获得与进入探测器内的γ射线在设定能量区间对应的脉冲计数率N。