CN201725596U - 乏燃料组件燃耗测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用来测量乏燃料组件燃耗的由锑锌化镉探测器组成的γ谱探测系统。该系统包括CZT探测器、数字化多道分析器、屏蔽准直体、屏蔽体、耐压密封容器等。其中屏蔽准直体为圆柱体，上部开有锥形槽，锥形槽内放置活动滑块，活动滑块由步进电机通过丝杆牵引，作上下方向运动，控制准直孔的宽度为0～5mm。本实用新型通过调整活动滑块，控制准直孔的宽度，从而控制所测能谱的全谱计数率在合适范围内，以获得较高的测量精度。同时，测量系统比较紧凑，利于在乏燃料组件储存水池内随意移动就地测量。
Description
技术领域
本实用新型属于γ射线辐射测量技术领域，具体涉及一种用来测量乏燃料组件燃耗的由锑锌化镉探测器组成的γ谱探测系统。
背景技术
乏燃料燃耗的非破坏性测量方法主要有：契伦柯夫辉光探测、总γ、高分辨γ谱(HRGS)、无源中子和有源中子测量等。无源中子测量和高分辨率HPGeγ谱仪组成的叉形探测器可以用于乏燃料的燃耗测量，但通常要有复杂的硬件系统，而HPGe探测器前端的准直部分常常需要安装在设施内部，如果预先没做好系统设计，后期改造非常困难。
锑锌化镉探测器(以下简称CZT探测器)的能量分辨率虽然不如HPGe探测器那样高，但比NaI(Tl)探测器好得多，已有研究表明，它能很好地分辨乏燃料组件主要被测核素的γ能谱，满足乏燃料组件γ能谱的测量要求。CZT探测器还有三个特点，其一是它不像HPGe探测器那样体积较大，也不像NaI(Tl)探测器那样容易潮解；其二是它不需要液氮冷却，可在室温下工作，可与较轻便的准直屏蔽器组成探测体，固定于乏燃料组件储存水池的格架上进行就地测量；还有它的价格只有HPGe探测器的几分之一，它的工作电压低，损伤几率小，所建立的燃耗测量系统非常适合现场核查使用。文献已陆续公开了一些利用CZT探测器测量乏燃料燃耗的技术。
例如，在《Two CdZnTe detector-equipped gamma-ray spectrometers for attribute measurements on irradiated nuclear fuel》(Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry，Vol.264，No.1(2005)127-132)中，美国J.K.Hartwell等在2004年公开了一种利用CZT探测器水下测量乏燃料组件的装置，该装置的特点是可以通过自动调节CZT探测器与被测乏燃料组件之间相对位置，以达到控制测得的能谱全谱计数率在合适的范围。由于设置了CZT探测器前后移动的轨道，使得整个测量装置长度相对较长，不宜在较密集乏燃料组件的储存水池内随意安装测量。另外在美国2005年专利US6895065-B1、《Gamma spectrometric characterization of short cooling time nuclear spent fuels using hemispheric CdZnTe detectors》(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 448(2000)598-603)、《Spent-fuelcharacterization with small CZT detectors》(Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research A 564(2006)290-294)中，法国A.Lebrun和意大利R.Berndt 等人都曾公开过利用CZT探测器测量134Cs与137Cs的计数率，以计算储存乏燃料水池中乏燃料燃耗的相关技术，但都没有自动控制机械部件以达到最佳测量条件的内容。
发明内容
(一)发明目的
针对现有技术中由CZT探测器组成的乏燃料组件燃耗测量系统存在的缺陷，本实用新型提供一种结构更比较紧凑，移动更方便的乏燃料组件燃耗测量系统。
(二)技术方案
一种乏燃料组件燃耗测量系统，包括CZT探测器、数字化多道分析器、屏蔽准直体、屏蔽体、耐压密封容器等。CZT探测器置于屏蔽体的空腔内；数字化多道分析器包括谱获取与分析软件，通过电缆同与CZT探测器相连；屏蔽准直体与屏蔽体前端相连，准直孔正对CZT探测器端面；屏蔽准直体、屏蔽体安置在耐压密封容器内。关键在于，所述的屏蔽准直体为圆柱体，上部开有锥形槽，锥形槽内放置活动滑块，活动滑块由步进电机通过丝杆牵引，作上下方向运动，控制准直孔的宽度为0～5mm。
数字化多道分析器与CZT探测器后端通过电缆相连，为屏蔽探测器后部非测量组件的辐射，电缆与屏蔽体中心线间设置为25～35度夹角。
(三)实施效果
本实用新型所提出的技术方案可以根据不同的测量条件，通过调整活动滑块，控制准直孔的宽度，从而控制所测能谱的全谱计数率在合适范围内，以获得较高的测量精度。同时，测量系统比较紧凑，利于在乏燃料组件储存水池内随意移动就地测量。
附图说明
图1是乏燃料组件燃耗测量系统结构示意图；
图2是屏蔽准直体结构示意图；
图3是圆柱形钨镍铁主视图；
图4是A-A方向剖面图。
其中，1.CZT探测器；2.屏蔽体；3.丝杆；4.步进电机；5.钨镍铁立方体；6.活动滑块；7.准直孔；8.屏蔽准直体；9.底座；10.电缆通道；11.耐压密封容器；12.法兰盘；13、14、15和16为螺钉孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型所提供的技术方案作进一步阐述。
如图1所示，一种乏燃料组件γ能谱探测系统主要由以下几个部分组成：CZT探测器1、数字化多道分析器(包括谱获取与分析软件)、屏蔽体2、屏蔽准直体8，以及耐压密封容器11。
本实施例采用美国EV Product公司的CPG型CZT探测器1(晶体尺寸为15×15×7.5mm3)，能量范围为30keV～10MeV，探测器外壳是圆柱形(Φ38.1mm×159.5mm)，对137Cs点源的662keV能量分辨率好于2％。
数字化多道分析器是美国CANBERRA公司的Inspec2000多道分析器，谱获取与分析软件是该公司的商用软件Genie2000。
屏蔽体2为中空圆柱体，内孔直径为38.5mm，稍大于CZT探测器1的外径，材料为W0.95(NiFe)0.05，圆柱形中空屏蔽壁厚为60mm，后端为70mm。其后端设有电缆通道10。为防止现场测量时射线通过电缆通道10直接照射在探测器晶体上，将电缆通道10的中轴线与CZT探测器1的中心线之间设计成θ度的夹角，θ值可以在25～35之间调整，本实施设计为30。同时，为减小低能γ射线、X射线和轫致辐射对测量的影响，屏蔽体2的腔内衬以0.3～0.4mm的铜箔，CZT探测器端面放置0.8～1.2mm的镉吸收片。CZT探测器1置于屏蔽体2的空腔内。
屏蔽准直体8与屏蔽体2前端相连。屏蔽准直体8是采用密度约18.75g·cm-3的钨镍铁(W0.95(NiFe)0.05)合金加工制作而成的圆柱体，上部开有锥形槽，锥形槽内放置与之相匹配的钨镍铁活动滑块6，活动滑块6由步进电机4通过丝杆3牵引，作上下方向运动。锥形槽和活动滑块6间形成的准直孔7，准直孔7正对CZT探测器1的端面。为减少组件不均匀造成的误差，增大被测面积，屏蔽准直体8上的锥形槽和活动滑块6都设计成矩形喇叭口。为避免过高的计数率造成漏计数损失和峰形变差造成误差，准直孔7的高度控制在0～5mm内连续可调。为屏蔽乏燃料组件产生的中子对CZT探测器1的晶体和前置放大器电子学器件的辐射损伤，CZT探测器端面镉吸收片外再放置2～3mm厚的高密度聚乙烯片。同时，为遮挡活动滑块6和屏蔽准直体8之间的缝隙，屏蔽测量组件的放射性射线，通过螺钉孔13、14、15和16在活动滑块6和屏蔽准直体8之间安装钨镍铁立方体5。
屏蔽准直体8、屏蔽体2安置在耐压密封容器11内。耐压密封容器11为5～10mm的不锈钢圆筒，前端配合法兰盘12，既可防水耐压又便于整体吊装和运输。
根据储存组件格架尺寸，设计加工了具有导向功能的容器底座9，以便容器的吊装。
整个乏燃料组件γ能谱探测系统小巧紧凑，具有一定的可移动性，整个装置总重量约150公斤，可实现快速安装和就地测量的目的。
显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，假若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些修改和变型。
Claims (5)
1.一种乏燃料组件燃耗测量系统，包括CZT探测器(1)、数字化多道分析器、屏蔽准直体(8)、屏蔽体(2)、耐压密封容器(11)，CZT探测器(1)置于屏蔽体(2)的空腔内；数字化多道分析器包括谱获取与分析软件，通过电缆同与CZT探测器(1)相连；屏蔽准直体(8)与屏蔽体(2)前端相连，准直孔(7)正对CZT探测器(1)端面；屏蔽准直体(8)、屏蔽体(2)安置在耐压密封容器(11)内，其特征在于：所述的屏蔽准直体(8)为圆柱体，上部开有锥形槽，锥形槽内放置活动滑块(6)，活动滑块(6)由步进电机(4)通过丝杆(3)牵引，作上下方向运动，控制准直孔(7)的宽度为0～5mm。
2.根据权利要求1所述的乏燃料组件燃耗测量系统，其特征在于：所述的数字化多道分析器与CZT探测器(1)后端相连的电缆与屏蔽体(2)中心线间设置为25～35度夹角。
3.根据权利要求1所述的乏燃料组件燃耗测量系统，其特征在于：所述的屏蔽体(2)的腔内衬以0.3～0.4mm的铜箔，CZT探测器(1)端面放置0.8～1.2mm的镉吸收片。
4.根据权利要求3所述的乏燃料组件燃耗测量系统，其特征在于：所述的CZT探测器(1)端面镉吸收片外再放置2～3mm厚的高密度聚乙烯片。
5.根据权利要求1所述的乏燃料组件燃耗测量系统，其特征在于：所述的活动滑块(6)和屏蔽准直体(8)之间通过螺钉孔(13、14、15和16)安装钨镍铁立方体(5)。
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