CN115267873A - 一种反应堆沉积源项的测量分析方法、系统、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应堆沉积源项的测量分析方法、系统、终端及介质，涉及反应堆放射性测量技术领域，其技术方案要点是：获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。本发明降低了测量期间的工作人员受照剂量，可用于高剂量区域和现场可达性较差时的沉积源项测量分析。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆放射性测量技术领域，更具体地说，它涉及一种反应堆沉积源项的测量分析方法、系统、终端及介质。
背景技术
在反应堆运行过程中，一回路结构材料中的铁、镍、钴等会通过腐蚀、磨损等方式进入一回路冷却剂，堆芯内部的结构材料在发生腐蚀并释放到冷却剂中之前已经受到中子照射而具有放射性，堆芯外部产生的腐蚀产物在流经堆内并受到中子照射之后才具有放射性，具有放射性的腐蚀产物称为腐蚀活化产物。冷却剂中的腐蚀活化产物会沉积在一回路相关的管道或设备表面，称作沉积源项。国内外核电站的监测数据和运行经验表明，约80％左右的集体剂量来自于大修期间，其中腐蚀活化产物(沉积源项)贡献了约90％的剂量，一直以来，国内外核电站都将沉积源项调查作为辐射防护的重要工作。沉积源项是核电厂工作场所辐射剂量的主要来源，沉积源项的测量为现场辐射水平的评价分析，同时也可以为辐射水平的降低提供基础数据。根据国内外多年的测量经验，压水堆核电站一回路系统中的沉积源项主要包含60Co、58Co、110mAg、124Sb等。
沉积的腐蚀活化产物主要是γ放射性核素，沉积源项测量一般在反应堆检修期间，就地测量γ能谱及强度，通过能谱知道是哪些放射性核素，通过强度得到这些核素的活度水平。目前，主要的测量方法是基于高纯锗(HPGe)探测器的就地γ能谱测量。高纯锗探测器能量分辨率高，并且测量结果较为准确、稳定，缺点是高纯锗测量系统存在便携性较差(需要液氮冷却，且准直器较重)、现场可达性较差、高辐射环境下存在能谱测量死时间较大等缺点。管道或设备中的沉积源项会在周围产生γ辐射剂量，γ辐射剂量测量时间短，且相对容易测量，但无法直接得到沉积源项的活度水平。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的反应堆沉积源项的测量分析方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种反应堆沉积源项的测量分析方法、系统、终端及介质，降低了测量期间的工作人员受照剂量，可用于高剂量区域和现场可达性较差时的沉积源项测量分析。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种反应堆沉积源项的测量分析方法，包括以下步骤：
获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；
依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；
采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；
结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。
进一步的，所述γ能谱的获取过程具体为：
在反应堆停堆后，采用高纯锗探测器对目标管道或设备的外表面进行测量；
或，依据历史数据预测分析得到沉积源项的放射性核素的种类。
进一步的，所述γ剂量率采用便携式长杆γ剂量仪进行测量。
进一步的，所述γ剂量率的间隔周期和测量次数由放射性核素的种类和衰变特点确定，测量次数不少于放射性核素的种类数量，且每次测量时选取相同的测量位置。
进一步的，所述放射性核素的活度水平获取过程具体为；
依据转换因子、γ剂量率建立放射性核素的线性方程组；
将不同次测量得到的线性方程组联合求解，得到不同放射性核素的活度水平。
进一步的，所述线性方程组的表达式具体为：
假定放射性核素具有两种，并行两次测量，则第一次测量的γ剂量率为：
c1×x1+c2×x2＝d1
第二次测量的γ剂量率为：
c1×x1×exp(-λ1×▽t)+c2×x2×exp(-λ2×▽t)＝d2
其中，d1表示第一次测量的γ剂量率；c1、c2分别为两种不同放射性核素与γ剂量率之间的转换因子；▽t表示第一次测量与第二次测量的时间差；λ1、λ2分别为两种不同放射性核素的放射性衰变常数；x1、x2分别为两种不同放射性核素的活度水平。
进一步的，所述γ剂量率的测量次数不小于放射性核素的种类数量，且当测量次数大于放射性核素的种数数量时，采用最小二乘法求解。
第二方面，提供了一种反应堆沉积源项的测量分析系统，包括：
核素分析模块，用于获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；
实时采集模块，用于依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；
理论计算模块，用于采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；
放射分析模块，用于结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，能够根据同一位置多个时间点的γ剂量率测量结果，并结合沉积源项中不同的放射性核素自身的衰变特点来分析沉积源项的活度水平，此方法降低了测量期间的工作人员受照剂量，可用于高剂量区域和现场可达性较差时的沉积源项测量分析。
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是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中系统框图。
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1：一种反应堆沉积源项的测量分析方法，如图1所示，具体由以下步骤实现。
步骤一，沉积源项识别。
不同的沉积源项衰变释放的γ射线不同，通过测量沉积源项释放的γ射线的能谱可以识别出沉积源项。在反应堆停堆检修期间，在需要测量沉积源项的管道或设备外表面采用高纯锗探测器测量γ能谱，通过γ能谱来判断沉积源项的主要组成，如果区域剂量率过高，则需要针对高纯锗探测器采取屏蔽或准直措施。
在不具备条件进行γ能谱测量时，也可通过以往的测量结果来预估沉积源项的主要组成核素。例如，反应堆一回路系统中的沉积源项主要包含60Co、58Co、110mAg、124Sb等，60Co和58Co是γ剂量率的主要贡献核素。
步骤二，γ剂量率的测量。
在反应堆停堆检修期间，在需要测量沉积源项的管道或设备附近测量γ辐射剂量率，可采用便携式长杆γ剂量仪进行测量，如果γ剂量率来源复杂，则需要对γ剂量仪采取屏蔽或准直措施。
每隔一段时间测量一次，根据放射性核素的种类和衰变特点来确定具体时间间隔和测量次数，测量次数不少于放射性核素种类，每次测量时都选择相同的测量位置。
步骤三，沉积源项和γ剂量率之间的转换因子计算
采用蒙特卡洛程序建立管道或设备的γ剂量率的理论计算模型，计算管道或设备内表面放射性核素单位活度衰变引起的γ剂量率，即沉积源项和γ剂量率之间的转换因子。
步骤四，沉积源项的计算
假设沉积源项有两种放射性核素A和B，第一次测量时的放射性活度水平为分别为x1和x2，核素自身的放射性衰变常数为λ1和λ2，活度水平与放射性剂量之间的转换因子为c1和c2，第一次测量的剂量率为d1，则：
c1×x1+c2×x2＝d1
第二次测量与第一次测量的时间差是▽t，利用核素的衰变特性可以计算第二次测量时，两种放射性核素的放射性活度分别为：
x1×exp(-λ1×▽t)
x2×exp(-λ2×▽t)
第二次测量的剂量率为d2，则：
c1×x1×exp(-λ1×▽t)+c2×x2×exp(-λ2×▽t)＝d2
通过上述两个公式组成的具有2个未知数的线性方程组，求解即可得到沉积源项A和B的活度水平x1、x2。
若当放射性核素的种类为3时，则至少需要测量3次，得到3个方程，依次类推。当测量次数多于放射性核素的种数时，即方程数目多于未知数数目时，可采用最小二乘法求解。
本发明能够根据同一位置多个时间点的γ剂量率测量结果，并结合沉积源项中不同的放射性核素自身的衰变特点来分析沉积源项的活度水平，此方法降低了测量期间的工作人员受照剂量，可用于高剂量区域和现场可达性较差时的沉积源项测量分析。
实施例2：某反应堆主管道热管段的沉积源项测量。
(1)在反应堆停堆后，采用高纯锗探测器在管道外表面进行γ能谱测量，通过γ能谱分析得到管道内主要沉积源项为60Co和58Co；
(2)采用便携式长杆γ剂量仪测量管道外面的γ剂量率，每隔10天测量一次，共测量6次，得到一组剂量率253、237、223、210、198和187μSv/h；
(3)采用蒙特卡洛程序建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，计算得到源项剂量转换因子，60Co的转换因子为4.25×10-4(μSv/h)/(Bq/cm2)，58Co的转换因子为3.12×10-4(μSv/h)/(Bq/cm2)；
(4)采用最小二乘法计算可得到第一次测量时管道内表面的沉积源项：60Co为2.06×105Bq/cm2，58Co为5.30×105Bq/cm2。
实施例3：某反应堆主管道冷管段的沉积源项测量。
(1)根据同类型反应堆的运行经验，推测该反应堆主管道中的沉积源项为60Co和58Co；
(2)采用便携式长杆γ剂量仪测量管道外面的γ剂量率，每隔10天测量一次，共测量50天，得到一组剂量率269、253、238、224、212和201μSv/h；
(3)采用蒙特卡洛程序建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，计算得到源项剂量转换因子，60Co的转换因子为4.25×10-4(μSv/h)/(Bq/cm2)，58Co的转换因子为3.12×10-4(μSv/h)/(Bq/cm2)；
(4)采用最小二乘法计算可得到第一次测量时管道内表面的沉积源项：60Co为2.30×105Bq/cm2，58Co为5.50×105Bq/cm2。
实施例4：一种反应堆沉积源项的测量分析系统，该测量分析系统用于实现实施例1中所记载的测量分析方法，如图2所示，包括核素分析模块、实时采集模块、理论计算模块和放射分析模块。
其中，核素分析模块，用于获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；实时采集模块，用于依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；理论计算模块，用于采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；放射分析模块，用于结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。
工作原理：本发明主要基于放射性核素的衰变特征，采用γ剂量仪测量停堆后管道或设备外同一位置处γ辐射剂量率随时间的变化情况，然后基于理论计算得到源项剂量转换因子，最后通过不同时间点的剂量率得到不同放射性核素的活度水平，从而可以得到具体的沉积源项。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上的具体实施方式，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)
1.一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，包括以下步骤：
获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；
依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；
采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；
结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述γ能谱的获取过程具体为：
在反应堆停堆后，采用高纯锗探测器对目标管道或设备的外表面进行测量；
或，依据历史数据预测分析得到沉积源项的放射性核素的种类。
3.根据权利要求1所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述γ剂量率采用便携式长杆γ剂量仪进行测量。
4.根据权利要求1所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述γ剂量率的间隔周期和测量次数由放射性核素的种类和衰变特点确定，测量次数不少于放射性核素的种类数量，且每次测量时选取相同的测量位置。
5.根据权利要求1所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述放射性核素的活度水平获取过程具体为；
依据转换因子、γ剂量率建立放射性核素的线性方程组；
将不同次测量得到的线性方程组联合求解，得到不同放射性核素的活度水平。
6.根据权利要求5所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述线性方程组的表达式具体为：
假定放射性核素具有两种，并行两次测量，则第一次测量的γ剂量率为：
c1×x1+c2×x2＝d1
第二次测量的γ剂量率为：
c1×x1×exp(-λ1×▽t)+c2×x2×exp(-λ2×▽t)＝d2
其中，d1表示第一次测量的γ剂量率；c1、c2分别为两种不同放射性核素与γ剂量率之间的转换因子；▽t表示第一次测量与第二次测量的时间差；λ1、λ2分别为两种不同放射性核素的放射性衰变常数；x1、x2分别为两种不同放射性核素的活度水平。
7.根据权利要求1所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法，其特征是，所述γ剂量率的测量次数不小于放射性核素的种类数量，且当测量次数大于放射性核素的种数数量时，采用最小二乘法求解。
8.一种反应堆沉积源项的测量分析系统，其特征是，包括：
核素分析模块，用于获取目标管道或设备的γ能谱，并依据γ能谱确定沉积源项的放射性核素的种类；
实时采集模块，用于依据间隔周期测量目标管道或设备外界的γ剂量率；
理论计算模块，用于采用蒙特卡洛方法建立主管道γ剂量率测量时的理论计算模型，并依据理论计算模型计算得到沉积源项和γ剂量率之间的转换因子；
放射分析模块，用于结合γ剂量率随时间的变化情况和放射性核素的放射性衰变常数对沉积源项进行分析，得到不同放射性核素的活度水平。
9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种反应堆沉积源项的测量分析方法。
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