CN117849847A - 一种适用于清洁解控的测量设备及测量方法 - Google Patents

一种适用于清洁解控的测量设备及测量方法 Download PDF

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CN117849847A CN202311536230.5A CN202311536230A CN117849847A CN 117849847 A CN117849847 A CN 117849847A CN 202311536230 A CN202311536230 A CN 202311536230A CN 117849847 A CN117849847 A CN 117849847A
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Abstract

本发明公开了一种适用于清洁解控的测量设备，包括传输装置和测量装置，所述测量装置包括壳体和形成在所述壳体内的上部腔体和下部腔体，所述上部腔体由屏蔽体围合形成，所述上部腔体内设置有塑料闪烁体探测器组，所述下部腔体内设置有高纯锗探测器和信号处理装置，所述高纯锗探测器的探头延伸至所述上部腔体的底部；所述传输装置用于将放射性废物传输至所述上部腔体内。本发明的测量设备，通过侧面、顶部和底部所安装的大面积塑料闪烁体探测器，对放射性废物形成了4π探测的结构，提高了系统的探测效率，使得测量装置探测限可低于清洁解控水平1～2个量级；测量装置不需要扫描或旋转测量，可对放射性放射性废物进行快速解控测量。

Description

一种适用于清洁解控的测量设备及测量方法
技术领域
本发明属于放射性废物管理技术领域，涉及一种放射性废物清洁解控测量装置，具体涉及一种基于大面积塑料闪烁体和能谱测量的适用于清洁解控的测量设备以及基于该测量设备实现对放射性废物清洁解控的测量方法。
背景技术
放射性废物最小化是我国核电放射性废物管理的重要目标。国际原子能机构(IAEA)规定核电厂放射性废物应通过适当的技术方法和运行管理，使放射性废物的产生量减少到合理可行、尽量低的水平。
核电厂运行期间产生的放射性固体废物可分为工艺废物和技术废物两大类，其中部分放射性废物的活度浓度极低或未沾污放射性。若能将该类放射性废物测量筛选，识别出可清洁解控的放射性废物，将是一种减小核电厂放射性固废产生量的重要方法。
国家标准GB 18871-2002、GB 17567-2009和GB 27742-2011中给出了放射性废物清洁解控的活度限值。为获得放射性废物中核素的活度浓度，目前采用的方法和存在的问题主要有：
(1)通过对放射性废物进行代表性取样，取样后，样品送实验室制样、测量和计算分析。该方法取样量大、耗材长、分析成本高，同时工作增加了工作人员的受照剂量。
(2)目前有开发基于1个或多个高纯锗探头的测量系统，该类系统通过能量分辨率高的高纯锗探测器对放射性废物中核素的活度浓度进行现场直接测量分析。由于高纯锗探头体积较小，采用1个探测器，不能满足于清洁解控对核素探测下限的要求。而采用多个高纯锗探头进行同时测量的方式，设备成本高、系统维护复杂。
(3)部分的解控测量装置无核素识别功能，测量前需人工输入放射性废物的放射性核素种类和活度比例。一般通过对污染源项分析，给出的放射性废物核素种类和活度比例为估计值，其准确性难以评估。
(4)应用于X光机前放射探测领域的探测器，只能对物件是否含有放射性进行定性判定，无放射性核素识别能力，不能计算核素活度浓度，不适用于放射性废物清洁解控测量领域。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于大面积塑料闪烁体和能谱测量的适用于清洁解控的测量设备。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种适用于清洁解控的测量设备，包括传输装置和测量装置，所述测量装置包括壳体和形成在所述壳体内的上部腔体和下部腔体，所述上部腔体由屏蔽体围合形成，所述上部腔体内设置有塑料闪烁体探测器组，所述下部腔体内设置有高纯锗探测器和信号处理装置，所述高纯锗探测器的探头延伸至所述上部腔体的底部；所述传输装置用于将放射性废物传输至所述上部腔体内。所述测量装置上部腔体和所述测量装置下部腔体之间为密封隔离。
根据本发明的一些优选实施方面，所述塑料闪烁体探测器组用于测量放射性废物的总放射性(各种核素的放射性总和)；所述高纯锗探测器用于获得放射性废物的核素种类和活度浓度比例。
根据本发明的一些优选实施方面，所述屏蔽体包括侧屏蔽体、顶屏蔽体和底屏蔽体；所述探测器组包括对应的侧探测器组、顶探测器组和底探测器组；所述探测器组形成用于对放射性废物进行测量的测量腔室；测量时，放射性废物容纳在所述测量腔室内。即侧屏蔽体、顶屏蔽体和底屏蔽体共同构成测量装置的屏蔽结构，各屏蔽体从外到内依次由铅、铜、锡三种材料构成，实现对放所述核废物桶中的射性废物低本底测量。
根据本发明的一些优选实施方面，所述顶探测器组和底探测器组的整体尺寸相同，且中心点位于同一竖直线上；所述高纯锗探测器的探头位于该竖直线上。
根据本发明的一些优选实施方面，包括安装于所述顶探测器组中间位置的3D成像探头，所述3D成像探头用于获取放射性废物的填充高度、几何尺寸等图像信息，通过图像信息计算放射性废物的探测效率。3D成像探头一般用于测量放置于托盘上的放射性物料。
根据本发明的一些优选实施方面，每组所述侧探测器组包括多个条状塑料闪烁体探测器，多个条状塑料闪烁体探测器位于同一竖直平面上，并沿宽度方向排列；每个条状塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和条状塑料闪烁体。
根据本发明的一些优选实施方面，所述顶探测器组包括多个方形塑料闪烁体探测器；多个方形塑料闪烁体探测器位于同一水平面上；每个方形塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和方形塑料闪烁体。
根据本发明的一些优选实施方面，所述顶探测器组包括多个缺角塑料闪烁体探测器；多个缺角塑料闪烁体探测器位于同一水平面上；每个缺角塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和缺角塑料闪烁体。
根据本发明的一些优选实施方面，多个缺角塑料闪烁体的缺角相互靠近形成供高纯锗探测器的探头穿过的孔洞。
4组大面积塑料闪烁体侧探测器组和大面积塑料闪烁体顶探测器组、大面积塑料闪烁体底探测器组共同构成测量腔室，完成对所述核废物桶的总放射性4π测量；高纯锗探测器用于获得所述核废物桶中的核素种类和活度浓度比例，结合总放射性测量结果，得到放射性废物中各放射性核素的活度浓度。
优选地，4组大面积塑料闪烁体侧探测器组，每组探测器包括5个结构相同的大面积条状塑料闪烁体探测器；所述大面积塑料闪烁体顶探测器组包括4个结构相同的大面积方形塑料闪烁体探测器；所述大面积塑料闪烁体底探测器组包括4个结构相同的大面积缺角方形塑料闪烁体探测器。通过上述28个塑料闪烁体探测器构成的4π测量腔室，实现对核废物桶中放射性热点识别或活度分布测量。
根据本发明的一些优选实施方面，所述高纯锗探测器依次包括探头、传热冷指和电制冷器；所述探头穿过所述孔洞并正对所述测量腔室的中心位置。所述传热冷指穿过所述测量装置底屏蔽体，即所述高纯锗探测器探头位于所述测量装置上部腔体内，所述电制冷器位于所述测量装置下部腔体内。
优选地，所述测量装置下部腔体内可安装干燥和恒温装置，以提高测量设备运行的稳定性。
根据本发明的一些优选实施方面，所述信号处理装置包括信号读出与电源系统、信号运算与控制系统、上位PC机和多道分析器。所述信号读出与电源系统实现对28个塑料闪烁体探测器提供高压、低压并将塑料闪烁体探测器脉冲信号转换为TTL信号；所述多道分析器用于对高纯锗探测器进行能谱分析，并将分析结果传输至所述信号运算与控制系统；所述信号运算与控制系统中的信号处理和逻辑控制由FPGA(可编程逻辑门阵列)实现，完成对塑料闪烁体探测器系、高纯锗探测器和3D成像探头输出信号的实时分析和处理，并将处理结果发送至上位PC机。
根据本发明的一些优选实施方面，所述传输装置包括机架、设置在所述机架上的传送带和驱动器；所述驱动器用于驱动传送带移动，所述传送带用于带动所述放射性废物进出所述测量装置。所述机架的下方设置有可调高度架脚，用于调节放射性废物传输装置的高度和水平度。
根据本发明的一些优选实施方面，还包括核废物桶和移动托盘，核废物桶用于装填放射性废物，移动托盘用于承载所述核废物桶。放射性废物托盘位于传送带上，之后一起进入测量装置内。托盘内设计有放射性废物/核废物桶定位标识。对于无法放入核废物桶的放射性废物，直接放置于托盘上。
测量时，将放射性废物放置于核废物桶内并至于移动托盘上，由驱动器驱动传送带将移动托盘、核废物桶及其内的放射性废物输送至测量装置内。
本发明还提供了一种基于上述的测量设备对放射性废物清洁解控的测量方法，包括如下步骤：
将放射性废物由传输装置传送至测量装置中，采用塑料闪烁体探测器组对放射性废物实现总放射性测量；采用高纯锗探测器获得放射性废物的核素种类和活度浓度比例；
结合核素种类和活度浓度比例以及总放射性测量结果，得到放射性废物中各放射性核素的活度浓度。
根据本发明的一些优选实施方面，所述核素的活度浓度按式(1)～式(3)计算得到：
式中，N为大面积塑料闪烁体探测器的总计数，Aei为第i个易测核素的活度浓度，εei为大面积塑料闪烁体对第i个易测核素的探测效率；pei为第i个易测核素的比例因子，表示为易测核素i的活度Aei与易测核素总活度的比值；通过式(1)、式(2)可计算得到各易测核素的活度浓度Aei。
phj为第j个难测核素的比例因子，表示为难测核素与典型易测核素的活度浓度比值，当易测核素60Co的活度浓度通过式(1)、式(2)获得后，难测核素的活度浓度通过式(3)计算得到。
根据本发明的一些优选实施方面，所述易测核素指能够通过大面积塑料闪烁体直接测量的核素，所述难测核素指无法通过大面积塑料闪烁体或高纯锗直接测量的核素。
根据本发明的一些优选实施方面，所述比例因子为各核素活度在总活度中所占的比例。
根据本发明的一些优选实施方面，所述比例因子通过如下步骤得到：
针对受沾污的物料，开展源项调查和抽样实验室分析测量，通过源项调查获得源项数据，包括核素种类和活度浓度；针对拟清洁解控的放射性废物，通过抽样实验室分析测量的方法获得不同物料类别中的核素种类和活度浓度；通过统计分析，获得各核素的初始比例因子；
通过所述塑料闪烁体探测器组获取放射性废物的总γ计数，通过高纯锗能谱探测器获取放射性废物的γ能谱；通过物料γ能谱获得物料中γ核素的活度和比例，并对该放射性废物的初始比例因子进行验证和优化，得到最终核素比例因子。
前述的初始比例因子为一大类物料的通用值，通过本申请中的清洁解控测量设备的塑料闪烁体探测器组和高纯锗能谱探测器能够获得部分易测核素的比例因子，采用易测核素的比例因子进行剩余难测核素的比例因子的优化，并进行后续的活度浓度的计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过侧面、顶部和底部所安装的大面积塑料闪烁体探测器，对放射性废物形成了4π探测的结构，极大的提高了系统的探测效率，使得测量装置探测限可低于清洁解控水平1～2个量级；同时测量装置不需要扫描或旋转测量，可对放射性放射性废物进行快速解控测量；
(2)通过高纯锗探测器和闪烁体探测器结合，根据高纯锗探测器的测量结果，可对闪烁体探测器测量结果所使用的比例因子进行实时验证和优化，确保了基于比例因子的清洁解控测量方法的可靠性；根据高纯锗探测器的历史测量数据，可获得核放射性放射性废物比例因子更多的信息；
(3)采用3D成像探头结合高纯锗探测器，实现了对不规格放射性废物活度浓度进行自动测量的目标；
(4)采用铅、铜、锡三种材料构成屏蔽体，可有效降低外界γ射线、X射线的干扰，实现装置的低本底测量；
(5)采用测量腔体与探测器腔体空间上隔离的设计，可对探测器工作的环境温、湿度进行控制，使测量装置能长期工作稳定、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明优选实施例中清洁解控测量设备的剖面结构示意图；
图2为本发明优选实施例中清洁解控测量设备各探测器组和高纯锗探测器的结构示意图，其中，左上为侧探测器组的结构示意图；右上为顶探测器组的结构示意图；左下为底探测器组的结构示意图；右下为高纯锗探测器的结构示意图；
图3为本发明优选实施例中基于大面积塑料闪烁体和能谱测量的清洁解控测量设备信号处理装置示意图；
图4为本发明优选实施例中测量方法的流程示意图
其中：1、传输装置；2、传送带；3、驱动器；4、可调高度架脚；5、测量装置、6、侧探测器组；7、侧屏蔽体；8、壳体；9、顶屏蔽体；10、顶探测器组；11、3D成像探头；12、上部腔体；13、核放射性废物桶；14、托盘；15、底探测器组；16、底屏蔽体；17、高纯锗探测器；18、下部腔体；19、信号处理装置；20、大面积条状塑料闪烁体探测器；21、光电倍增管；22、大面积条状塑料闪烁体；23、大面积方形塑料闪烁体探测器；24、光电倍增管；25、大面积方形塑料闪烁体；26、大面积缺角方形塑料闪烁体探测器；27、光电倍增管；28、大面积缺角方形塑料闪烁体；29、探测器孔洞；30、高纯锗探测器探头；31、传热冷指；32、电制冷器；33、信号读出与电源系统；34、信号运算与控制系统；35、上位PC机；36、可编程逻辑门阵列(FPGA)；37、多道分析器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1测量装置
如图1-3所示，本实施例中的基于大面积塑料闪烁体和能谱测量的清洁解控测量设备，包括传输装置4和测量装置5；传输装置4用于将放射性废物传输至测量装置5内进行测量。
传输装置1包括机架、设置在机架上的传送带2和驱动器3，机架的下方设置有可调高度架脚4，用于调节机架的高度和水平度。传输装置1用于将待测量放射性废物桶传入、传出测量装置5内的腔体，放射性废物托盘14用于承载核放射性废物桶13，驱动器3安装于机架下部，用于驱动传送带2移动。
测量时，将放射性废物放置于核废物桶内并至于移动托盘上，移动托盘用于承载核废物桶。由驱动器驱动传送带将移动托盘、核废物桶及其内的放射性废物输送至测量装置内。托盘内设计有放射性废物/核废物桶定位标识。
本实施例中，机架的尺寸设计为宽1.2m、高0.7m；放射性废物托盘14采用厚度2mm的不锈钢加筋托盘，以减少托盘对放射性废物中γ射线的吸收影响。
测量装置5包括壳体8和形成在壳体8内的上部腔体12和下部腔体18，上部腔体由屏蔽体围合形成，上部腔体12内设置有塑料闪烁体探测器组和3D成像探头11，下部腔体18内设置有高纯锗探测器17和信号处理装置19，高纯锗探测器17的探头30延伸至上部腔体12的底部；测量装置5的上部腔体18和下部腔体12之间为密封隔离。
在本实施例中，测量装置5的外部尺寸设计为高度1.8m，长、宽约1.2m，上部腔体12尺寸约为0.65m(长)×0.65m(宽)×1.0m(高)，上部总腔体体积大于400L，可用于测量200L标准的核废物桶。下部腔体18尺寸设计为0.65m(长)×0.65m(宽)×0.70m(高)，用于安装高纯锗探测器17、信号处理装置19等，下部腔体18空间与上部腔体12和装置外部环境隔离，腔体内设计为恒温、恒湿环境，以确保探测器核电子线路工作稳定可靠。
本实施例中的屏蔽体包括侧屏蔽体7、顶屏蔽体9和底屏蔽体16；探测器组包括对应的侧探测器组6、顶探测器组10和底探测器组15；探测器组形成用于对放射性废物进行测量的测量腔室；测量时，放射性废物容纳在测量腔室内。即侧屏蔽体、顶屏蔽体和底屏蔽体共同构成测量装置的屏蔽结构，各屏蔽体从外到内依次由铅、铜、锡三种材料构成，实现对放核废物桶中的射性废物低本底测量。
在本实施例中，不锈钢装置的壳体8用于支撑测量装置屏蔽体(7、9、16)，构成测量装置主体框架。具体的，不锈钢装置壳体8以厚度3mm的角钢为支撑架，用于支撑屏蔽体，构成测量装置主体框架。构成屏蔽体(7、9、16)的铅、铜、锡三种屏蔽材料厚度依次设计为5cm、0.2cm和0.1cm，其中铜、锡主要用于屏蔽铅X射线和散射光子。
3D成像探头11安装于测量腔室顶部，用于获取不规则形状放射性废物(无法放入核废物桶而直接放置于托盘上的放射性废物)的填充高度、几何尺寸等图像信息，通过图像信息作为输入，采用蒙特卡洛模拟计算的方法可计算得到放射性废物的探测效率。测量装置底部安装有重力传感器，用于获取放射性废物的重量数据。
大面积塑料闪烁体侧探测器组6共有4组，分别安装于测量装置上部腔体12内的四个侧面；其中，靠近传输装置的一个侧面，其对应的壳体、屏蔽体和探测器开合设计，等放射性废物进入测量装置内再关上。每组探测器包括5个结构相同的大面积条状塑料闪烁体探测器20，大面积条状塑料闪烁体探测器20包括大面积条状塑料闪烁体22和光电倍增管21。5个结构相同的大面积条状塑料闪烁体探测器20位于同一竖直平面上，并沿宽度方向排列，如图2左上角所示。
本实施例中，大面积条状塑料闪烁体20尺寸设计为0.65m(长)×0.17m(宽)×0.05m(厚)，其中闪烁体厚度设计为0.05m，可确保闪烁体能捕获90％以上的γ射线。相邻的大面积条状塑料闪烁体探测器20之间的间隙低于0.5cm，以保证闪烁体探测器有更高的空间4π覆盖率。
大面积塑料闪烁体顶探测器组10由位于同一水平面上的4个结构相同的大面积方形塑料闪烁体探测器23构成，大面积方形塑料闪烁体探测器23包括大面积方形塑料闪烁体25和光电倍增管24。如图2右上角所示。
大面积塑料闪烁体底探测器组15由位于同一水平面上的4个结构相同的大面积缺角方形塑料闪烁体探测器26构成，大面积缺角方形塑料闪烁体探测器26包括大面积缺角方形塑料闪烁体28和光电倍增管27。4个大面积缺角方形塑料闪烁体探测器26的缺角相互靠近，构成的探测器面中部形成闪烁体探测器孔洞29，闪烁体探测器孔洞29用于安装高纯锗探测器探头30。如图2左下角所示。
本实施例中，安装于顶部和底部的单个大面积塑料闪烁体(23、26)尺寸设计为0.30m(长)×0.30m(宽)×0.05m(厚)。即顶探测器组和底探测器组的整体尺寸相同，且中心点位于同一竖直线上；高纯锗探测器17的探头30位于该竖直线上。
高纯锗探测器17安装于下部腔体18，高纯锗探测器探头30穿过闪烁体探测器孔洞29正对核废物桶13底部中心，传热冷指31穿过测量装置底屏蔽体16，即底屏蔽体将高纯锗探测器探头30分割于装置屏蔽体内，电制冷器32位于装置屏蔽体外。如图1和图2右下角所示。
4组大面积塑料闪烁体侧探测器组和大面积塑料闪烁体顶探测器组、大面积塑料闪烁体底探测器组共同构成测量腔室，完成对核废物桶的总放射性4π测量；高纯锗探测器用于获得核废物桶中的核素种类和活度浓度比例，结合总放射性测量结果，得到放射性废物中各放射性核素的活度浓度。
信号处理装置包括信号读出与电源系统、信号运算与控制系统、上位PC机和多道分析器。其中，信号读出与电源系统19实现对28路塑料闪烁体探测器提供高压、低压并将闪烁体探测器脉冲信号转换为TTL信号。多道分析器37用于对高纯锗探测器进行多道分析，并将测量结果传输至信号运算与控制系统34。号运算与控制系统19中的信号处理和逻辑控制由可编程逻辑门阵列FPGA36实现，完成对大面积塑料闪烁体探测器组(6、10、15)、高纯锗探测器17和3D成像探头11所输出信号的实时分析和处理，处理结果发送至上位PC机35。
实施例2测量方法
如图4所示，本实施例提供了一种基于上述的测量设备对放射性废物清洁解控的测量方法，包括如下步骤：
(1)针对可能受沾污的物料，开展源项调查和抽样实验室分析测量，通过源项调查获得一回路水或其它初始污染源的源项数据，包括核素种类和活度浓度。
(2)针对拟清洁解控的放射性废物，通过抽样实验室分析测量的方法获得不同物料类别中的核素种类和活度浓度。
(3)结合(1)、(2)数据结果，通过统计分析，获得各核素的比例因子，所述比例因子为各核素活度在总活度中所占的比例。
(4)通过对放射性控物料表面剂量率进行快速筛选测量，将剂量率超过判断限值的物料归类为放射性物料，剂量率低于判断限的归为拟清洁解控物料，并按照种类(如塑料、纺织物、金属、建筑垃圾等)进行分类。
(5)将拟清洁解控物料装入200L核废物桶进行测量，对于不易装入核废物桶的部件，测量时采用3D扫描获取部件外形尺寸。
(6)清洁解控测量，通过大面积塑料闪烁体探测器获取物料的总γ计数，通过高纯锗能谱探测器获取物料的γ能谱。
(7)通过物料γ能谱获得物料中γ核素的活度和比例，并对该类物料的比例因子(通过(3)所获得)进行验证和优化，得到最终核素比例因子。所述核素比例因子包括易测核素比例因子和难测核素比例因子，易测核素指可通过大面积塑料闪烁体直接测量的核素(典型的有60Co、137Co、134Cs、54Mn等)，所述难测核素指不能通过大面积塑料闪烁体或高纯锗直接测量的核素(典型的有3H、14C、63Ni、90Sr、59Fe等)。
前述的初始比例因子为一大类物料的通用值，通过本申请中的清洁解控测量设备的塑料闪烁体探测器组和高纯锗能谱探测器能够获得部分易测核素的比例因子，采用易测核素的比例因子进行剩余难测核素的比例因子的优化，并进行后续的活度浓度的计算。
(8)根据大面积塑料闪烁体探测器测量结果和核素比例因子，计算出物料中各核素活度浓度。所述基于比例因子的核素活度计算方法为式(1)～式(3)：
式(1)、式(2)中，N为大面积塑料闪烁体探测器的总计数，Aei为第i个易测核素的活度浓度，εei为大面积塑料闪烁体对第i个易测核素的探测效率；pei为第i个易测核素的比例因子，表示为易测核素i的活度Aei与易测核素总活度的比值。通过式(1)、式(2)可计算得到各易测核素的活度浓度Aei。
phj为第j个难测核素的比例因子，表示为难测核素与典型易测核素(通常为放射性废物中的关键核素60Co)的活度浓度比值，当易测核素60Co的活度浓度通过式(1)、式(2)获得后，难测核素的活度浓度可通过式(3)计算得到。
(9)清洁解控评价，当获得物料中各核素的活度浓度后，可采用国家标准GB18871和GB27742规定的方法和解控限值进行评价，实现物料的清洁解控。
本发明的基于大面积塑料闪烁体和能谱测量的清洁解控测量设备，包括：放射性废物传输装置和测量装置，传输装置包括传送带、驱动器、可调高度架脚；测量装置，包括大面积塑料闪烁体侧探测器组、测量装置侧屏蔽体、测量装置壳体、测量装置顶屏蔽体、大面积塑料闪烁体顶探测器组、3D成像探头、测量装置上部腔体、核废物桶、大面积塑料闪烁体底探测器组、测量装置底屏蔽体、高纯锗能谱探头、测量装置下部腔体和信号处理装置。本发明的有益效果：通过侧面、顶部和底部所安装的大面积塑料闪烁体探测器，对放射性废物形成了4π探测的结构，提高了系统的探测效率，使得测量装置探测限可低于清洁解控水平1～2个量级；测量装置不需要扫描或旋转测量，可对放射性放射性废物进行快速解控测量；通过高纯锗探测器和闪烁体探测器结合，根据高纯锗探测器的测量结果，可对闪烁体探测器测量结果所使用的比例因子进行实时验证，确保了基于比例因子的清洁解控测量方法的可靠性；根据高纯锗探测器的历史测量数据，可获得核放射性放射性废物比例因子更多信息。采用3D成像探头结合高纯锗探测器，实现了对不规格放射性废物活度浓度进行自动测量的目标。采用测量腔体与探测器腔体空间上隔离的设计，可对探测器工作的环境温、湿度进行控制，使测量装置能长期工作稳定、可靠。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种适用于清洁解控的测量设备，其特征在于，包括传输装置和测量装置，所述测量装置包括壳体和形成在所述壳体内的上部腔体和下部腔体，所述上部腔体由屏蔽体围合形成，所述上部腔体内设置有塑料闪烁体探测器组，所述下部腔体内设置有高纯锗探测器和信号处理装置，所述高纯锗探测器的探头延伸至所述上部腔体的底部；所述传输装置用于将放射性废物传输至所述上部腔体内。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述塑料闪烁体探测器组用于测量放射性废物的总放射性；所述高纯锗探测器用于获得放射性废物的核素种类和活度浓度比例。
3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于：所述屏蔽体包括侧屏蔽体、顶屏蔽体和底屏蔽体；所述探测器组包括对应的侧探测器组、顶探测器组和底探测器组；所述探测器组形成用于对放射性废物进行测量的测量腔室；测量时，放射性废物容纳在所述测量腔室内。
4.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：所述顶探测器组和底探测器组的整体尺寸相同，且中心点位于同一竖直线上；所述高纯锗探测器的探头位于该竖直线上。
5.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：包括安装于所述顶探测器组中间位置的3D成像探头，所述3D成像探头用于获取放射性废物的图像信息。
6.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：每组所述侧探测器组包括多个条状塑料闪烁体探测器，多个条状塑料闪烁体探测器位于同一竖直平面上，并沿宽度方向排列；每个条状塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和条状塑料闪烁体。
7.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：所述顶探测器组包括多个方形塑料闪烁体探测器；多个方形塑料闪烁体探测器位于同一水平面上；每个方形塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和方形塑料闪烁体。
8.根据权利要求3所述的测量设备，其特征在于：所述顶探测器组包括多个缺角塑料闪烁体探测器；多个缺角塑料闪烁体探测器位于同一水平面上；每个缺角塑料闪烁体探测器包括光电倍增管和缺角塑料闪烁体。
9.根据权利要求8所述的测量设备，其特征在于：多个缺角塑料闪烁体的缺角相互靠近形成供高纯锗探测器的探头穿过的孔洞。
10.根据权利要求9所述的测量设备，其特征在于：所述高纯锗探测器依次包括探头、传热冷指和电制冷器；所述探头穿过所述孔洞并正对所述测量腔室的中心位置。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的测量设备，其特征在于：所述信号处理装置包括信号读出与电源系统、信号运算与控制系统、上位机和多道分析器；所述信号读出与电源系统用于对塑料闪烁体探测器组提供高压和低压并将塑料闪烁体探测器组获得的脉冲信号转换为TTL信号；所述多道分析器用于对高纯锗探测器进行能谱分析，并将分析结果传输至所述信号运算与控制系统；所述信号运算与控制系统用于完成对塑料闪烁体探测器组、高纯锗探测器和3D成像探头输出信号的实时分析和处理，并将处理结果发送至上位机。
12.根据权利要求1-10任意一项所述的测量设备，其特征在于：所述传输装置包括机架、设置在所述机架上的传送带和驱动器；所述驱动器用于驱动传送带移动，所述传送带用于带动所述放射性废物进出所述测量装置。
13.一种基于权利要求1-12任意一项所述的测量设备的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
将放射性废物由传输装置传送至测量装置中，采用塑料闪烁体探测器组对放射性废物实现总放射性测量；采用高纯锗探测器获得放射性废物的核素种类和活度浓度比例；
结合核素种类和活度浓度比例以及总放射性测量结果，得到放射性废物中各放射性核素的活度浓度。
14.根据权利要求13所述的测量方法，其特征在于：所述核素的活度浓度按式(1)～式(3)计算得到：
式中，N为大面积塑料闪烁体探测器的总计数，Aei为第i个易测核素的活度浓度，εei为大面积塑料闪烁体对第i个易测核素的探测效率；pei为第i个易测核素的比例因子，表示为易测核素i的活度Aei与易测核素总活度的比值；通过式(1)、式(2)可计算得到各易测核素的活度浓度Aei。
phj为第j个难测核素的比例因子，表示为难测核素与典型易测核素的活度浓度比值，当易测核素的活度浓度通过式(1)、式(2)获得后，难测核素的活度浓度通过式(3)计算得到。
15.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于：所述易测核素指能够通过大面积塑料闪烁体直接测量的核素，所述难测核素指无法通过大面积塑料闪烁体或高纯锗直接测量的核素。
16.根据权利要求14所述的测量方法，其特征在于：所述比例因子为各核素活度在总活度中所占的比例。
17.根据权利要求14或16所述的测量方法，其特征在于：所述比例因子通过如下步骤得到：
针对受沾污的物料，开展源项调查和抽样实验室分析测量，通过源项调查获得源项数据，包括核素种类和活度浓度；针对拟清洁解控的放射性废物，通过抽样实验室分析测量的方法获得不同物料类别中的核素种类和活度浓度；通过统计分析，获得各核素的初始比例因子；
通过所述塑料闪烁体探测器组获取放射性废物的总γ计数，通过高纯锗能谱探测器获取放射性废物的γ能谱；通过物料γ能谱获得物料中γ核素的活度和比例，并对该放射性废物的初始比例因子进行验证和优化，得到最终核素比例因子。
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