CN117970423A - 准直装置和放射性废物桶测量系统 - Google Patents

Abstract

提供一种准直装置和放射性废物桶测量系统，准直装置包括支撑框架、准直机构和驱动结构。准直机构包括可移动地安装在所述支撑框架上的4个屏蔽块，4个所述屏蔽块围成截面呈正方形的准直孔。驱动结构安装在所述支撑框架上，并被构造成同步地驱动每个所述屏蔽块沿另一个屏蔽块移动，以改变所述准直孔的大小并始终保持所述准直孔的周向封闭。可以实现自动连续调节准直装置的准直孔的大小，确保通过控制系统调节后得到的准直孔的尺寸与准直孔的理想尺寸一致，从而提高测量效率。

Description

准直装置和放射性废物桶测量系统

技术领域

本公开的实施例涉及一种准直器，特别是涉及一种应用于放射性废物桶测量系统的准直装置和包括这种准直装置的放射性废物桶测量系统。

背景技术

核设施在生产、运行及退役过程中产生了大量的低、中水平的放射性固体废物。受到历史和技术条件的限制，大量的核废物成分标签遗失或破损，其中核素种类、含量、分布等关键信息缺失。为了安全、有效的对核废物进行处置和处理，通常将这些废物整备后装入标准废物桶，对核废物含有的核素进行定性和定量检测，再进行分类处置，以区分废物中所含核物料类型及准确测量所含核物料的量。

现有技术中，通常采用无损分析(Non-Destructive Assay，NDA)技术实现中低放桶装核废物放射性检测。将NDA方法中的有源分析和无源分析对应的测量分别称之为透射测量和发射测量。当前的无损分析技术主要包括基于γ射线扫描探测的TGS(TomographicGamma Scanning)层析扫描技术和SGS(Segmented Gamma Scanning)分段扫描技术。分段扫描技术可以对废物桶进行整体的快速测定，其测量原理为：根据γ射线与物质相互作用的原理，将被测物(桶)设定为若干段，并驱动被测物相对于γ射线探测器移动，用γ射线探测器分段记录被测物内放射性核素的γ射线能谱，利用已知探测器的效率和γ射线能量的函数关系，对各段分别进行测量、再求和，获得该段被测物内放射性核素的量。层析扫描技术利用γ射线透射扫描重建出样品的线衰减系数矩阵，能够对放射性核素非均匀分布的桶装核废物进行准确的定性和定量检测，解决了γ射线发射扫描过程中由于样品介质分布不均匀而引起的衰减校正不准确的问题，并可以提供直观的桶内放射性分布图像，更精确、丰富地反映的桶内信息。

在无损检测技术中，探测器的计数率会受到天然本底和周围放射性物质等因素的影响，基于扫描测量模式的特性，需要对探测器接收到的射线束进行方位区分。因此需要在探测器探头周围和前端安装准直装置(准直器)和/或屏蔽体。可以理解，一个设计优良的准直装置不仅可降低层间串扰的影响，还能保证当前层较高的探测效率，从而有助于提高核废物桶内放射性核素活度估算的准确性。对于各种不同的测量对象，需要对准直装置进行适配性的变化，以完成准确测量任务。

在利用无损检测技术用于放射性废物检测过程中，对于不同放射性水平的被检物，检测设备需要使用不同孔径的准直装置用于测量。鉴于放射性测量的辐射风险，一般将准直装置的准直孔径设置成电气控制自动可变的，还有的采用人工更换不同准直器的设计，增加了放射性废物测量的流程复杂性和检测处置时间，增加了人员的辐照风险。

针对准直装置的屏蔽特性和准直形状特性，已提出了具有不同结构的准直装置。在现有的一些准直装置中，难于实现准直孔的连续调节，和/或难于控制准直孔的开口大小。另外，现有的准直装置体积庞大，重量过重，对检测设备的运动承载装置提出较高的要求，而且体积庞大的准直装置会导致探测器远离被测物(废物桶)，还会影响探测器的测量区域立体角，削弱了探测器的效率调整范围。

发明内容

本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本公开的一个方面的实施例，提供一种准直装置，包括：

支撑框架；

准直机构，包括可移动地安装在所述支撑框架上的4个屏蔽块，4个所述屏蔽块围成截面呈正方形的准直孔；以及

驱动结构，安装在所述支撑框架上，并被构造成同步地驱动每个所述屏蔽块沿另一个屏蔽块移动，以改变所述准直孔的大小并始终保持所述准直孔的周向封闭。

根据本公开的一些实施例，每个所述屏蔽块包括：准直面，与其它屏蔽块的其它准直面一起围成所述准直孔；以及支撑面，与所述准直面垂直，并适用于可滑动地支撑一个其它屏蔽块的其它准直面。

根据本公开的一些实施例，每个所述屏蔽块的准直面与其它屏蔽块的其它准直面在所述准直孔的长度方向上处于相同的长度内。

根据本公开的一些实施例，每个所述屏蔽块的准直面或支撑面与水平面的夹角为45度。

根据本公开的一些实施例，每个所述屏蔽块的截面呈正方形，并且所述正方形每条边的边长不小于90毫米。

根据本公开的一些实施例，每个所述屏蔽块的准直面与一个其它屏蔽块的支撑面在所述准直孔的周向方向上的重叠宽度不小于50毫米。

根据本公开的一些实施例，所述准直孔的预定的最大边长小于45毫米。

根据本公开的一些实施例，所述支撑框架包括：底座；第一支撑环，安装在所述底座上；第二支撑，安装在所述底座上并与所述第一支撑环相对；以及多个连接架，连接在所述第一支撑环和第二支撑环之间。

根据本公开的一些实施例，所述驱动机构包括：驱动组件；驱动盘，可转动地安装在所述第二支撑环的内侧，所述驱动盘的中心设有向外轴向延伸的空心轴，所述空心轴的通孔与所述准直孔在轴向方向上对齐，所述驱动组件被构造成通过所述空心轴驱动所述驱动盘相对于所述第二支撑环转动；以及4个驱动柱，所述驱动柱的一端分别连接至4个所述屏蔽块，所述驱动柱的另一端与所述驱动盘耦合，使得所述屏蔽块在所述驱动盘的驱动下移动，从而改变所述准直孔的大小，并且允许来自于外部的放射线穿过所述通孔和准直孔。

根据本公开的一些实施例，所述驱动组件包括：驱动电机，安装在所述底座上；第一转动，安装在所述驱动电机的驱动轴上；以及第二转动轮，被构造成在所述第一转动轮驱动下转动，所述第二转动轮套设在所述空心轴上，使得所述第二转动轮通过所述空心轴驱动所述驱动盘转动。

根据本公开的一些实施例，所述驱动组件还包括固定环，所述固定环在所述第二转动轮的外侧安装在所述空心轴的自由端，以将所述第二转动轮固定在所述空心轴上。

根据本公开的一些实施例，所述驱动机构还包括：轴，所述驱动盘通过所述轴承可转动地安装在所述第二支撑环的内侧；以及定位环，安装在所述第二支撑环上，以将所述轴承和驱动盘保持在所述第二支撑环内。

根据本公开的一些实施例，所述驱动盘上设有4个在圆周方向上以相同间隔布置的拉长的驱动孔，4个所述驱动柱分别插入所述驱动孔中，所述驱动孔的沿拉长方向的中心线上的点到所述驱动盘的圆心之间的距离连续变化，使得在所述驱动盘转动时，所述驱动孔带动所述驱动柱在相对于所述驱动孔滑动的同时还相对于所述第二支撑环往复直线移动，从而使得所述驱动柱带动所述屏蔽块往复直线移动，以改变所述准直孔的大小。

根据本公开的一些实施例，所述驱动柱套设有相对于所述驱动柱转动的滑轮，所述滑轮与所述驱动孔的内边缘和外边缘中的至少一个接触。

根据本公开的一些实施例，所述准直装置机构还包括4个引导装置，4个所述屏蔽块分别安装在所述引导装置上，以在所述引导装置的引导下往复直线移动。

根据本公开的一些实施例，每个所述引导装置包括：固定座，安装在所述连接架上；移动导轨，与所述固定座可滑动地结合；以及驱动臂，所述驱动臂的一端连接至所述移动导轨，所述驱动臂的另一端连接至所述屏蔽块。

根据本公开的一些实施例，所述驱动臂包括：水平臂，安装在所述移动导轨上；以及倾斜臂，从所述水平臂以与所述水平部呈45度的倾斜角度、并且平行于所述屏蔽块的准直面朝向所述屏蔽块延伸并连接至屏蔽块，使得所述屏蔽块通过所述驱动臂带动所述移动导轨相对于所述固定座往复直线移动，同时使得所述驱动臂保持所述屏蔽块的往复直线移动。

根据本公开的一些实施例，每个所述引导装置还包括限位装置，所述限位装置适用于限制所述屏蔽块的移动范围，使得所述准直孔的边长在预定的最小边长至预定的最大边长之间的范围内改变。

根据本公开的一些实施例，所述限位装置包括：安装架，安装在所述第一支撑环或者第二支撑环上；配合开关，安装在所述安装架上；以及第一接近开关，安装在所述移动导轨上，所述驱动机构响应于所述第一接近开关靠近所述配合开关，停止驱动所述屏蔽块进一步朝向彼此靠近的方向移动，以限定所述准直孔的预定的最小边长；以及第二接近开关，安装在所述移动导轨上，所述驱动机构响应于所述第二接近开关靠近所述配合开关，停止驱动所述屏蔽块进一步朝向彼此远离的方向移动，以限定所述准直孔的预定的最大边长。

根据本公开另一方面的实施例，提供一种放射性废物桶测量系统，包括：上述任一实施例所述的准直装置，所述准直装置适用于接受放射性废物桶发出的射线；以及探测器组件，设置在所述准直装置的远离所述放射性废物桶的一侧，适用于对穿过所述准直装置的准直孔的所述射线进行检测。

根据本公开的一些实施例，所述探测器组件包括：探测器阵列，适用于基于穿过所述准直装置的准直孔的所述射线产生检测信号；以及屏蔽组件，环绕设置在所述探测器阵列的外围，并被构造成屏蔽来自于周围环境的射线在相对于所述准直孔的延伸方向的倾斜的方向上入射到所述探测器阵列。

附图说明

图1示出了本公开的示例性实施例的放射性废物桶测量系统的原理示意图；

图2示出了本公开的示例性实施例的准直装置的立体示意图；

图3示出了图2所示的准直装置的侧视图；

图4示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的分解示意图；

图5示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的另一种分解示意图；

图6示出了图5所示的支撑框架和准直机构的轴向剖视图；

图7示出了图5所示的支撑框架和准直机构的径向剖视图；

图8示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的另一种立体示意图；

图9示出了本公开的示例性实施例的准直装置的驱动盘的侧视图；

图10示出了本公开的示例性实施例的准直装置的准直孔闭合时的原理示意图；

图11示出了本公开的示例性实施例的准直装置在准直孔闭合时来自于废物桶的射线到达探测器阵列的原理示意图；

图12示出了本公开的示例性实施例的准直装置的准直孔最大时的原理示意图；以及

图13示出了本公开的示例性实施例的准直装置在准直孔最大时来自于废物桶的射线到达探测器阵列的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

根据本公开的一种总体上的发明构思，提供一种准直装置和放射性废物桶测量系统，准直装置包括支撑框架、准直机构和驱动结构。准直机构包括可移动地安装在所述支撑框架上的4个屏蔽块，4个所述屏蔽块围成截面呈正方形的准直孔。驱动结构安装在所述支撑框架上，并被构造成同步地驱动每个所述屏蔽块沿另一个屏蔽块移动，以改变所述准直孔的大小并始终保持所述准直孔的周向封闭。

根据本公开的再一种总体上的发明构思，提供一种放射性废物桶测量系统，包括上述准直装置和探测器组件，所述准直装置适用于接受放射性废物桶发出的射线，探测器组件设置在所述准直装置的远离所述放射性废物桶的一侧，适用于对穿过所述准直装置的准直孔的所述射线进行检测。

图1示出了本公开的示例性实施例的放射性废物桶测量系统的原理示意图。

在一些示例性实施例中，参见图1，放射性废物桶测量系统包括准直装置100和探测器组件300，准直装置100适用于接受放射性废物桶200发出的例如伽玛射线之类的放射性射线，探测器组件300设置在准直装置100的远离所述放射性废物桶200的一侧，适用于对穿过准直装置100的准直孔的射线进行检测。根据探测器组件测量伽玛射线的计数和能量，结合多道分析仪测得伽玛射线的能谱，确定核素的种类，再根据计数率进行活度的重建，确定核素的活度。在一种实施例中，采用高纯锗探测器进行伽玛射线的测量。

在一些示例性实施例中，参见图1，所述探测器组件300包括探测器阵列301和屏蔽组件302，探测器阵列301适用于基于穿过所述准直装置100的准直孔23的射线产生检测信号；屏蔽组件302环绕设置在所述探测器阵列301的外围，并被构造成屏蔽来自于周围环境的射线在相对于所述准直孔23的延伸方向的倾斜的方向上入射到所述探测器阵列301。

图2示出了本公开的示例性实施例的准直装置的立体示意图；图3示出了图2所示的准直装置的侧视图；图4示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的分解示意图；图5示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的另一种分解示意图；图6示出了图5所示的支撑框架和准直机构的轴向剖视图；图7示出了图5所示的支撑框架和准直机构的径向剖视图。

在一种示例性实施例中，参见图2-图7，准直装置100包括支撑框架1、准直机构2和驱动机构3，准直机构2包括可移动地安装在所述支撑框架1上的基于相同形状和构造的4个屏蔽块21，4个所述屏蔽块21围成截面呈正方形的准直孔23；驱动结构3安装在所述支撑框架1上，并被构造成同步地驱动每个所述屏蔽块21在准直孔23的径向方向上沿另一个屏蔽块往复直线移动移动，以改变所述准直孔23的大小并始终保持所述准直孔23的周向封闭。这样，可以允许来自于放射性废物桶200在准直孔23的轴向方向(或者长度方向)上穿过准直孔23到达探测器组件300，实现对放射性废物桶200的射线探测。

根据本公开上述实施例的准直装置，可以实现自动连续调节准直装置的准直孔23的大小，确保通过控制系统调节后得到的准直孔23的尺寸与准直孔的理想尺寸(对应于用于计算的模型)一致，从而提高测量效率。另外，参见图10-图13(下面将详细描述)，由于准直孔23始终保持周向封闭，也就是说，准直孔23在周向方向上始终保持具有一定的厚度，使得在准直孔23的外围入射到准直装置的射线不能在准直孔内传播，从而不能到达探测器阵列，提高了准直装置的准直效率。进一步的，在准直孔的尺寸变化的过程中，准直孔的几何中心保持不变，从而可以始终保持与探测器组件300对齐，这样就无需调整探测器组件与准直孔的相对位置，提高了探测的方便性和效率。

在一些示例性实施例中，参见图7，每个屏蔽块21包括相邻的准直面211和支撑面212，准直面211与其它屏蔽块的其它准直面一起围成所述正方形的准直孔23；支撑面212与所述准直面211垂直，并适用于可滑动地支撑一个其它屏蔽块的其它准直面。这样，4个屏蔽块21依次支撑，一个屏蔽块21的支撑面212至少部分地与一个其它屏蔽块的其它准直面211彼此叠置，使得准直孔23在周向方向上始终保持具有一定的厚度。

在一些示例性实施例中，参见图11和图13(后面将详细描述)，每个所述屏蔽块21的准直面211与其它屏蔽块的其它准直面在所述准直孔23的长度方向(轴向方向)上处于相同的长度内。也就是说，4个屏蔽块在高度方向上对齐，这样，在准直装置具有对在准直孔23的外围入射到准直装置的射线具有屏蔽能力的同时，还可以降低准直孔的厚度，减小准直装置的整体尺寸。

在一些示例性实施例中，参见图7，每个所述屏蔽块21的准直面211或支撑面212与水平面的夹角为45度。

在一些示例性实施例中，参见图7，支撑框架1包括底座11、安装在所述底座11上的第一支撑环12、安装在所述底座11上并与所述第一支撑环12相对设置的第二支撑环13、以及连接在所述第一支撑环12和第二支撑环13之间的多个连接架14。4个屏蔽块21可移动地安装在第一支撑环12和第二支撑环13之间。

图8示出了本公开的示例性实施例的准直装置的支撑框架和准直机构的另一种立体示意图。

在一些示例性实施例中，参见图2-8，驱动机构3包括驱动组件31、驱动盘32和4个驱动柱33。驱动盘32可转动地安装在所述第二支撑环13的内侧，所述驱动盘32的中心设有向外轴向延伸的空心轴321，所述空心轴321的通孔322与所述准直孔23在轴向方向上对齐，使得来自于放射性废物桶200的射线穿过空心轴321的通孔322入射到准直孔23，所述驱动组3被构造成通过所述空心轴321驱动所述驱动盘32相对于所述第二支撑环13转动。参见图6，驱动柱33的一端分别连接至4个所述屏蔽块21，所述驱动柱33的另一端与所述驱动盘32耦合，使得4个所述屏蔽块21在所述驱动盘32的驱动下同步地往复直线移动，从而改变所述准直孔23的大小，并且允许来自于外部的射线穿过所述通孔322和准直孔23，以最终到达探测器组件200。屏蔽块21可以由钨、铅、或者其各自的合金材料制成。

在一些示例性实施例中，参见图2、图3和图8，驱动组件31包括安装在所述底座11上的驱动电机311、安装在所述驱动电机311的驱动轴311上的第一转动轮312和第二转动轮313，第二转动轮313被构造成在所述第一转动轮312驱动下转动，所述第二转动轮313套设在空心轴321上，使得所述第二转动轮313通过所述空心轴321驱动所述驱动盘32转动。在一些示例性实施例中，第一转动轮312和第二转动轮313可以包括相互啮合的齿轮，并且第二转动轮313的半径大于第一转动轮的半径。这样，通过控制小齿轮带动大齿轮转动，可以射线准直孔的精确定位。在另一种示例性实施例中，第一转动轮312和第二转动轮313可以包括通过皮带传送的皮带轮。驱动电机311包括可以控制转速的伺服电机。可以利用上位机或者控制装置控制伺服电机的操作。

在一些示例性实施例中，参见图3-图6和图8，驱动组件31还包括固定环314，所述固定环314在所述第二转动轮313的外侧安装在空心轴321的伸出第二转动轮313的自由端(外端)，以将所述第二转动轮313固定在所述空心轴321上。在一种实施例中，第二转动轮313通过定位键323结合，以使第二转动轮313通过空心轴321带动驱动盘32转动，并阻止空心轴321相对于第二转动轮313转动。

在一些示例性实施例中，参见图4-图6，驱动机构3还包括轴承34和定位环35，驱动盘32通过所述轴承35可转动地安装在所述第二支撑环313的内侧；定位环35例如通过多个螺钉安装在第二支撑环313上，以将所述轴承35和驱动盘32保持在所述第二支撑环313内。通过外圆周配合的方式将驱动盘32可转动地安装在第二支撑环313内，便于射线空心轴321的通孔322与准直孔23对齐。

图9示出了本公开的示例性实施例的准直装置的驱动盘的侧视图。

在一些示例性实施例中，参见图8和图9，驱动盘32上设有4个在圆周方向上以相同间隔布置的拉长的驱动孔324，4个所述驱动柱33分别插入所述驱动孔324中，所述驱动孔324的沿拉长方向(驱动孔在垂直于轴向方向的平面内的延伸方向)的中心线上的点到所述驱动盘32的圆心之间的距离连续变化，使得在所述驱动盘32转动时，所述驱动孔324带动所述驱动柱33在相对于所述驱动孔324滑动的同时还相对于所述第二支撑环313往复直线移动，从而使得所述驱动柱33带动所述屏蔽块21往复直线移动，以改变所述准直孔321的大小。也就是说，驱动孔324在拉长方向的中心线不是一段完整的弧线，不在驱动盘32的周向方向上延伸。

例如，参见图9，驱动柱33在初始位置(对应于准直孔闭合的状态)时其圆心位于第一圆周C1上，在驱动盘32转动的过程中，驱动柱33在驱动孔324的驱动下移动到极限位置(对应于准直孔开口最大的状态)，此时，驱动柱33的圆心位于第二圆周C2上，并且第二圆周C2的半径大于第一圆周C1的半径。这样，驱动柱33的圆心的移动轨迹为直线段332，该移动距离为D，由此使得与驱动柱33连接的屏蔽块21的移动轨迹为直线段332。

在一些示例性实施例中，参见图5和图9，所述驱动柱33套设有相对于所述驱动柱33转动的滑轮331，所述滑轮331与所述驱动孔324的内边缘和外边缘中的至少一个接触。这样，驱动盘32的转动带动滑轮331相对于驱动孔324转动，同时还驱动驱动柱33相对于第二支撑环313直线移动，从而带动屏蔽块21直线移动，以改变准直孔321的大小。

在一些示例性实施例中，参见图2、图4、图5和图7，准直装置2机构还包括4个引导装置22，4个所述屏蔽块21分别安装在所述引导装置22上，以在所述引导装置22的引导下同步地往复直线移动，由此可以确保准直孔321的截面始终保持正方形形状。

在一些示例性实施例中，参见图4、图5和图7，每个所述引导装置22包括安装在所述连接架14上的固定座221、与所述固定座221可滑动地结合的移动导轨222、以及驱动臂223，移动导轨222设置成平行于驱动盘32的切线直线移动，所述驱动臂223的一端连接至移动导轨222，所述驱动臂223的另一端连接至所述屏蔽块21。

在一些示例性实施例中，参见图7，驱动臂223包括安装在所述移动导轨222上的水平臂2231、以及倾斜臂2232，倾斜臂2232从所述水平臂2231以与所述水平部呈45度的倾斜角度、并且平行于所述屏蔽块21的准直面212朝向所述屏蔽块21延伸并连接至屏蔽块21，使得所述屏蔽块21通过所述驱动臂2232带动所述移动导轨222相对于所述固定座221往复直线移动，同时使得所述驱动臂223保持所述屏蔽块21的往复直线移动。

在一些示例性实施例中，参见图7，每个所述引导装置22还包括限位装置224，所述限位装置224适用于限制所述屏蔽块21的移动范围，使得所述准直孔23的边长在预定的最小边长至预定的最大边长之间的范围内改变。在一些示例性实施例中，所述限位装置224包括安装在所述第一支撑环12或者第二支撑环13上的安装架2241、安装在所述安装架2241上的配合开关2242、第一接近开关2243和第二接近开关。第一接近开关2243与准直孔23的预定的最小边长相对应，并安装在所述移动导轨222上，上位机控制所述驱动机构3响应于所述第一接近开关2243靠近所述配合开关2242，停止驱动所述屏蔽块21进一步朝向彼此靠近的方向移动，以限定所述准直孔的预定的最小边长；第二接近开关(未示出)与准直孔23的预定的最大边长相对应，并安装在所述移动导轨222上，上位机控制所述驱动机构3响应于所述第二接近开关靠近所述配合开关2242，停止驱动所述屏蔽块21进一步朝向彼此远离的方向移动，以限定所述准直孔23的预定的最大边长。

在一种示例性实施例中，第一接近开关和第二接近开关与配合开关采用电感感应的方式电磁耦合。例如，第一接近开关和第二接近开关中的每一个都包括发射线圈，配合开关包括与发射线圈电磁耦合的接收线圈。在一种可替换的实施例中，第一接近开关和第二接近开关与配合开关采用电接触方式的电连接。

图10示出了本公开的示例性实施例的准直装置的准直孔闭合时的原理示意图；图11示出了本公开的示例性实施例的准直装置在准直孔闭合时来自于废物桶的射线到达探测器阵列的原理示意图；图12示出了本公开的示例性实施例的准直装置的准直孔最大时的原理示意图；图13示出了本公开的示例性实施例的准直装置在准直孔最大时来自于废物桶的射线到达探测器阵列的原理示意图。

下面参照图7和图10-图13描述本公开的上述实施例的准直装置屏蔽射线的工作原理。

首先，在一种示例性实施例中，探测器组件300的探测器阵列301包括多个布置在圆形平面上的高纯锗探测器，探测器阵列的内晶体的外径为70毫米，厚度(或者高度)为40毫米。探测器组件的屏蔽组件302环绕设置在所述探测器阵列301的外围，并被构造成屏蔽来自于周围环境的射线在相对于准直孔23的延伸方向的倾斜的方向上入射到所述探测器阵列301。屏蔽组件302的内径为100毫米，外径为190毫米。参见图11和图13，根据准直装置的以上尺寸条件及整体结构运动特征建立平面直角坐标系，假设以准直孔的几何中心线作为平面直角坐标系的Y轴。放射性废物桶的外径为560毫米，检测时，放射性废物桶200的中心在与Y轴的直线距离为280毫米范围内在Y轴两侧往复移动。位于探测器阵列301与放射性废物桶200之间的屏蔽块在Y上的长度为200毫米。屏蔽块21靠近放射性废物桶200的端面与放射性废物桶200的中心之间的距离为520毫米。探测器组件300与屏蔽块之间的距离为5毫米。

参见图10和11，当准直装置处于关机状态时，4个由钨合金组件制成的屏蔽块21围成的准直孔23处于开口最小位置，即准直孔的边长为0毫米，相邻2个屏蔽块21的准直面处于贴合状态。第一接近开关靠近配合开关，上位机控制驱动机构不再驱动屏蔽块移动。

在屏蔽块21闭合(准直孔23的边长为零毫米)的第一种情况下，屏蔽块21的单边宽度9(或高度)为95毫米，整体宽度(或高度)为190毫米。参见图11，在此情况下，设探测器阵列201的厚度AN上的任意一点M在Y轴上的坐标为k,M点沿直线AN移动，在任意位置处射线穿过由屏蔽块和屏蔽组件形成的屏蔽层的厚度为L，此时直线AB与图中竖直方向(X轴方向)的夹角为α，则:

厚度L可以分为两段，即段1和段2。

段1：

由图11中可以测得50.799≤α≤51.842。在上述公式1中，段1的长度L_AM在该角度范围内单调递减。

在角度α为最大值51.842时，段1的长度L_AM具有最大值，并且L_AM＝66.48。

在角度α为最小值50.799时，段1的长度L_AM具有最小值，并且L_AM＝64.75。

段2：

由图11中可以测得49.867≤α≤50.799。在上述公式2中，段2的长度L_MN在该角度范围内单调递增。

在角度α为最小值49.867时，段2的长度L_AM具有最大值，并且L_AM＝86.5。

在角度α为最大值50.799时，段2的长度L_AM具有最小值，并且L_AM＝64.75。

当准直装置100正常开机进行检测时，由于检测条件等方面的要求，准直装置的屏蔽块21需要运动到使得准直孔23具有特定的开口尺寸。PLC等伺服控制系统根据4个屏蔽块的运动轨迹的传递函数设置的程序控制输出脉冲，从而控制驱动电机311的转动方向和转动角度，进而控制第二转动轮、以及驱动盘的旋转角度。可以理解，在第二转动轮的驱动下，驱动盘32转过同样的角度。场4个屏蔽块21在轴向方向上伸出的驱动柱33延伸到驱动盘32上的驱动孔324内。当驱动盘32旋转时，4个屏蔽块在驱动盘32和引导装置22的作用下同时运动。在屏蔽块的运动过程中，相邻的两个屏蔽块21的相邻准直面211和支撑面212一直保持贴合，并准直孔23变化到预先设置的特定位置时停止。最终形成准直装置100所需大小的准直孔23并保持准直孔23的大小固定不变。

在屏蔽块21围成的准直孔23的边长变化为最大边长的第二种情况下，人体12所示，当屏蔽块21的准直孔的对角线开口最大，例如对角线长度为60毫米。

如图12所示，当屏蔽块21围城的正方形准直孔23的边长为95毫米时，在FF截面上射线穿过屏蔽块的截面的距离最短。此时从放射性废物桶200发射的射线到达探测器组件的光路如图13所示。

参见图12和13，以FF截面为基准进行测量，每个所述屏蔽块21的准直面211与一个其它屏蔽块的支撑面212在所述准直孔23的周向方向上的重叠宽度为54.7毫米，准直孔23的宽度22.1毫米。如图13所示的射线光路可以看出，由于只有放射性废物桶200与探测器阵列301之间的屏蔽层发生变化，而探测器阵列的晶体位置、放射性废物桶200的位置等条件不变，所以此时仍需满足AN上各点的屏蔽长度与屏蔽块闭合时的屏蔽长度相等，即与图11中所示的屏蔽块的屏蔽尺寸相同。因此，参见图7、图12和图13，可以在屏蔽块21的外侧靠近探测器组件位置(例如图13中所示的屏蔽块21的右下侧虚线所示的部分)设置辅助屏蔽块24，辅助屏蔽块24可以补偿探测器组件200中探测器阵列301和屏蔽组件302之间的间隙造成的屏蔽能力下降，确保准直装置在远离放射性废物桶的一端的屏蔽效果。从图13中测量可得，辅助屏蔽块24的长度为66.2毫米。

在此种情况下，还需满足屏蔽块的准直孔的屏蔽长度同时大于最小屏蔽长度，从图13中测量可得DG长度为83.1毫米，EH长度为79.1毫米。可以理解，如果来自于放射性废物桶200的B点的射线能够从准直装置的侧部入射到探测器阵列，需要穿过的屏蔽块的最短长度范围位于83.1毫米至79.1毫米之间，如果来自于放射性废物桶的其他点的射线能够从准直装置的侧部入射到探测器阵列，其穿过屏蔽块的屏蔽长度一定大于上述最短屏蔽长度范围。因此，增加的屏蔽体只要满足M点处的屏蔽要求即可。

在一些实施例中，如图12所示，用直径为190毫米的圆模拟来自于放射性废物桶200的、针对准直装置100发射的射线的最大入射圆锥束，可以测量出每个辅助屏蔽块24的最小宽度为38.6毫米，厚度为18.8毫米。

基于上述分析，在一些实施例中，每个所述屏蔽块21的截面呈正方形，并且所述正方形每条边的边长不小于90毫米，优选地，为95毫米。每个所述屏蔽块21的准直面211与一个其它屏蔽块的支撑面212在所述准直孔23的周向方向上的重叠宽度不小于50毫米，优选地，为54.7毫米。所述准直孔的预定的最大边长小于45毫米，优选地，为22.1毫米。

根据本公开另一方面的示例性实施例，提供一种放射性废物桶测量系统，包括上述任一实施例所述的准直装置100和探测器组件300，准直装置100适用于接受放射性废物桶200发出的例如伽玛射线之类的放射性射线，探测器组件300设置在准直装置100的远离所述放射性废物桶200的一侧，适用于对穿过准直装置100的准直孔的射线进行检测。根据探测器组件测量伽玛射线的计数和能量，结合多道分析仪测得伽玛射线的能谱，确定核素的种类，再根据计数率进行活度的重建，确定核素的活度。在一种实施例中，采用高纯锗探测器进行伽玛射线的测量。

在一些示例性实施例中，参见图1，所述探测器组件300包括探测器阵列301和屏蔽组件302，探测器阵列301适用于基于穿过所述准直装置100的准直孔23的射线产生检测信号；屏蔽组件302环绕设置在所述探测器阵列301的外围，并被构造成屏蔽来自于周围环境的射线在相对于所述准直孔23的延伸方向的倾斜的方向上入射到所述探测器阵列301。

在一些示例性实施例中，参见图1，在所述准直装置100的临近所述放射性废物桶的一端设有蓝图由铅材料制成的第一过滤片400，通过设置过滤片的厚度或者材料可以调整入射到准直装置100的射线强度。

在一些示例性实施例中，参见图1，在放射性废物桶200的与准直装置100相对的另一侧，设有透射源700、透射准直装置500和第二过滤片600。

在一些实施例中，放射性废物桶200设置成相对于准直装置100和探测器组件300直线往复移动和/或升降，或者准直装置100和探测器组件300共同设置在底座上并且相对于放射性废物桶200往复直线移动和/或升降，从而使得探测器阵列300可以对放射性废物桶的各个高度上的各个侧面进行射线检测。

在一些可替换的实施例中，放射性废物桶200设置成相对于准直装置100和探测器组件300绕自身的轴线转动和/或升降，或者准直装置100和探测器组件300共同设置在底座上并且相对于放射性废物桶200绕放射性废物桶的轴线转动和/或升降，从而使得探测器阵列300可以对放射性废物桶的各个高度上的各个侧面进行射线检测。

根据上述实施例的准直装置和放射性废物桶测量系统，可以应用于基于γ射线扫描探测的层析扫描技术(TGS)和分段扫描技术(SGS)，对具有低、中、高等全部放射性活度水平的放射性废物桶进行测量；可以实现准直装置的准直孔的尺寸自动变化，准直孔的尺寸可以从零开始至最大孔径连续可变；通过运动控制系统可以根据实际情况准确配置具有不同大小的准直孔，准直孔的尺寸精度高，一旦准直孔的大小配置完成后，准直孔的大小稳定，尺寸保持不变，可以保证放射性废物桶测量系统通过控制机构得到的准直孔的尺寸与理想的准直孔的尺寸一致，实现测量效率的准确选取。

根据上述实施例的准直装置和放射性废物桶测量系统，准直孔的大小准确可控，在保证了屏蔽准直效果的前提下，实现了紧凑化结构设计，整体使用的材料质量较小，本公开实施例的准直装置的重量与准直孔具有固定尺寸的准直装置的重量接近，有利于工程应用；准直装置的准直孔的尺寸连续可变，结构平整简洁，在准直孔尺寸变化时，可以保持准直装置的形状和屏蔽厚度不变，根据上述实施例的准直装置和放射性废物桶测量系统，系统在计算测量效率时简单易处理，计算量小。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。虽然本公开发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (21)

1.一种准直装置，包括：

支撑框架(1)；

准直机构(2)，包括可移动地安装在所述支撑框架上的4个屏蔽块(21)，4个所述屏蔽块围成截面呈正方形的准直孔(23)；以及

驱动结构(3)，安装在所述支撑框架上，并被构造成同步地驱动每个所述屏蔽块沿另一个屏蔽块移动，以改变所述准直孔的大小并始终保持所述准直孔的周向封闭。

2.根据权利要求1所述的准直装置，其中，每个所述屏蔽块包括：

准直面(211)，与其它屏蔽块的其它准直面一起围成所述准直孔；以及

支撑面(212)，与所述准直面垂直，并适用于可滑动地支撑一个其它屏蔽块的其它准直面。

3.根据权利要求2所述的准直装置，其中，每个所述屏蔽块的准直面与其它屏蔽块的其它准直面在所述准直孔的长度方向上处于相同的长度内。

4.根据权利要求2所述的准直装置，其中，每个所述屏蔽块的准直面或支撑面与水平面的夹角为45度。

5.根据权利要求2所述的准直装置，其中，每个所述屏蔽块的截面呈正方形，并且所述正方形每条边的边长不小于90毫米。

6.根据权利要求5所述的准直装置，其中，每个所述屏蔽块的准直面与一个其它屏蔽块的支撑面在所述准直孔的周向方向上的重叠宽度不小于50毫米。

7.根据权利要求5所述的准直装置，其中，所述准直孔的预定的最大边长小于45毫米。

8.根据权利要求2-7中的任一项所述的准直装置，其中，所述支撑框架包括：

底座(11)；

第一支撑环(12)，安装在所述底座上；

第二支撑环(13)，安装在所述底座上并与所述第一支撑环相对；以及

多个连接架(14)，连接在所述第一支撑环和第二支撑环之间。

9.根据权利要求8所述的准直装置，其中，所述驱动机构包括：

驱动组件(31)；

驱动盘(32)，可转动地安装在所述第二支撑环的内侧，所述驱动盘的中心设有向外轴向延伸的空心轴(321)，所述空心轴的通孔(322)与所述准直孔在轴向方向上对齐，所述驱动组件被构造成通过所述空心轴驱动所述驱动盘相对于所述第二支撑环转动；以及

4个驱动柱(33)，所述驱动柱的一端分别连接至4个所述屏蔽块，所述驱动柱的另一端与所述驱动盘耦合，使得所述屏蔽块在所述驱动盘的驱动下移动，从而改变所述准直孔的大小，并且允许来自于外部的放射线穿过所述通孔和准直孔。

10.根据权利要求9所述的准直装置，其中，所述驱动组件包括：

驱动电机(311)，安装在所述底座上；

第一转动轮(312)，安装在所述驱动电机的驱动轴上；以及

第二转动轮(313)，被构造成在所述第一转动轮驱动下转动，所述第二转动轮套设在所述空心轴上，使得所述第二转动轮通过所述空心轴驱动所述驱动盘转动。

11.根据权利要求10所述的准直装置，其中，所述驱动组件还包括固定环(314)，所述固定环在所述第二转动轮的外侧安装在所述空心轴的自由端，以将所述第二转动轮固定在所述空心轴上。

12.根据权利要求9所述的准直装置，其中，所述驱动机构还包括：

轴承(34)，所述驱动盘通过所述轴承可转动地安装在所述第二支撑环的内侧；以及

定位环(35)，安装在所述第二支撑环上，以将所述轴承和驱动盘保持在所述第二支撑环内。

13.根据权利要求9所述的准直装置，其中，所述驱动盘上设有4个在圆周方向上以相同间隔布置的拉长的驱动孔(324)，4个所述驱动柱分别插入所述驱动孔中，所述驱动孔的沿拉长方向的中心线上的点到所述驱动盘的圆心之间的距离连续变化，使得在所述驱动盘转动时，所述驱动孔带动所述驱动柱在相对于所述驱动孔滑动的同时还相对于所述第二支撑环往复直线移动，从而使得所述驱动柱带动所述屏蔽块往复直线移动，以改变所述准直孔的大小。

14.根据权利要求13所述的准直装置，其中，所述驱动柱套设有相对于所述驱动柱转动的滑轮(331)，所述滑轮与所述驱动孔的内边缘和外边缘中的至少一个接触。

15.根据权利要求8所述的准直装置，其中，所述准直装置机构还包括4个引导装置(22)，4个所述屏蔽块分别安装在所述引导装置上，以在所述引导装置的引导下往复直线移动。

16.根据权利要求15所述的准直装置，其中，每个所述引导装置包括：

固定座(221)，安装在所述连接架上；

移动导轨(222)，与所述固定座可滑动地结合；以及

驱动臂(223)，所述驱动臂的一端连接至所述移动导轨，所述驱动臂的另一端连接至所述屏蔽块。

17.根据权利要求16所述的准直装置，其中，所述驱动臂包括：

水平臂(2231)，安装在所述移动导轨上；以及

倾斜臂(2232)，从所述水平臂以与所述水平部呈45度的倾斜角度、并且平行于所述屏蔽块的准直面朝向所述屏蔽块延伸并连接至屏蔽块，使得所述屏蔽块通过所述驱动臂带动所述移动导轨相对于所述固定座往复直线移动，同时使得所述驱动臂保持所述屏蔽块的往复直线移动。

18.根据权利要求16所述的准直装置，其中，每个所述引导装置还包括限位装置(224)，所述限位装置适用于限制所述屏蔽块的移动范围，使得所述准直孔的边长在预定的最小边长至预定的最大边长之间的范围内改变。

19.根据权利要求18所述的准直装置，其中，所述限位装置包括：

安装架(2241)，安装在所述第一支撑环或者第二支撑环上；

配合开关(2242)，安装在所述安装架上；以及

第一接近开关(2243)，安装在所述移动导轨上，所述驱动机构响应于所述第一接近开关靠近所述配合开关，停止驱动所述屏蔽块进一步朝向彼此靠近的方向移动，以限定所述准直孔的预定的最小边长；以及

第二接近开关，安装在所述移动导轨上，所述驱动机构响应于所述第二接近开关靠近所述配合开关，停止驱动所述屏蔽块进一步朝向彼此远离的方向移动，以限定所述准直孔的预定的最大边长。

20.一种放射性废物桶测量系统，包括：

根据权利要求1-19中的任一项所述的准直装置，所述准直装置适用于接受放射性废物桶(200)发出的射线；以及

探测器组件(300)，设置在所述准直装置的远离所述放射性废物桶的一侧，适用于对穿过所述准直装置的准直孔的所述射线进行检测。

21.根据权利要求20所述的放射性废物桶测量系统，所述探测器组件包括：

探测器阵列(301)，适用于基于穿过所述准直装置的准直孔的所述射线产生检测信号；以及

屏蔽组件(302)，环绕设置在所述探测器阵列的外围，并被构造成屏蔽来自于周围环境的射线在相对于所述准直孔的延伸方向的倾斜的方向上入射到所述探测器阵列。