CN211955844U - 核素滞留量测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种核素滞留量测量系统。该核素滞留量测量系统包括：移动装置，沿第一方向可移动；转动装置，设置于移动装置上，转动装置的转动轴沿第二方向延伸，且能够随移动装置沿第一方向移动；半导体探测装置，与转动装置连接，且能够随转动装置转动，半导体探测装置包括探头，探头用于探测目标物体内具有几何形状的核素的能峰与净峰面积；测距模块，与探头连接，用于测量探头与核素之间的距离；电控单元，与半导体探测装置和测距模块电连接，电控单元根据核素滞留量的几何形状及探头与核素之间的距离，建立分析模型，计算不同能峰对应的探测效率，以获得核素滞留的成分及其质量。本申请可以实现核素滞留量的定量测量。

Description

核素滞留量测量系统

技术领域

本实用新型涉及放射性核素技术领域，特别是涉及一种核素滞留量测量系统。

背景技术

随着经济全球化的进程及国际安全形势的日趋复杂化，世界范围内出现非法获取、走私、贩运核素，甚至制造核恐怖事件的风险日趋增加，核素的安全工作更不容忽视。

为了防止核素被盗、破坏、丢失、非法转让和非法使用，需要对规定区域内具有的核素数量以及在规定时间内数量所发生的变化进行管理，这就需要建立核素的衡算与控制等手段。核燃料循环生产工艺过程中的某些环节有部分物料的残渣和溶解液沉积，溶解阶段形成的滞留量成为影响核素生产衡算的重要因素，必须对滞留量进行准确测量。核素不明损失一般存在于核素的滞留量中，核素滞留量的测量对核素回收、衡算、设施安全运行、设备去污和退役等都有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种核素滞留量测量系统，该核素滞留量测量系统可以定量测量核素滞留量的成分及其质量。

为此，本实用新型提出了一种核素滞留量测量系统，包括：移动装置，沿第一方向可移动；转动装置，设置于移动装置上，转动装置的转动轴沿第二方向延伸，且能够随移动装置沿第一方向移动，第一方向与第二方向相交设置；半导体探测装置，与转动装置连接，且能够随转动装置转动，半导体探测装置包括探头，探头用于探测目标物体内具有几何形状的核素的能峰与净峰面积；测距模块，与探头连接，用于测量探头与核素之间的距离；电控单元，与半导体探测装置和测距模块电连接，电控单元根据核素滞留量的几何形状及探头与核素之间的距离，建立分析模型，计算不同能峰对应的探测效率，以获得核素滞留量的成分及其质量。

根据本实用新型的一个方面，半导体探测装置为高纯锗探测器，半导体探测装置还包括与探头连接的容纳罐，容纳罐用于容纳液态氮气。

根据本实用新型的一个方面，还包括充气装置，充气装置用于向容纳罐供应液态氮气。

根据本实用新型的一个方面，移动装置包括：导轨，具有沿第一方向延伸的滑槽；滑块，与滑槽可移动连接，转动装置设置于滑块上；第一驱动装置，驱动滑块带动转动装置沿滑槽往复移动。

根据本实用新型的一个方面，第一驱动装置为旋转电机，导轨的滑槽中设置有滚珠丝杠，滑块中嵌入与滚珠丝杠配合的螺母。

根据本实用新型的一个方面，转动装置还包括：转盘，与半导体探测装置连接，转盘与转动轴的一端可转动连接，转动轴的另一端与滑块连接；第二驱动装置，驱动转盘绕转动轴转动。

根据本实用新型的一个方面，核素滞留量测量系统还包括与转盘连接的支撑板，支撑板用于固定半导体探测装置和测距模块。

根据本实用新型的一个方面，核素滞留量测量系统还包括设置于支撑板上的屏蔽装置，屏蔽装置套设于探头的外周侧。

根据本实用新型的一个方面，核素滞留量测量系统还包括与半导体探测装置和电控单元电连接的数据处理装置。

根据本实用新型的一个方面，核素滞留量测量系统还包括移动平台，移动装置、电控单元和数据处理装置设置于移动平台上。

本实用新型提供的一种核素滞留量测量系统，通过将半导体探测装置在移动装置和转动装置的带动下运动，可以探测出具有几何形状的核素的能峰与净峰面积，并根据测距模块测量的探头与核素之间的距离进行建模分析，以实现核素滞留量的定量测量，提高了核素滞留量的测量精度和测量效率。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。附图并未按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例提供的一种核素滞留量测量系统的前视结构示意图；

图2是图1所示的核素滞留量测量系统的侧视结构示意图；

图3是图1所示的核素滞留量测量系统中的移动装置的结构示意图；

图4是图1所示的核素滞留量测量系统中的转动装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-箱体；1-移动装置；11-导轨；12-滑块；13-第一驱动装置；2-转动装置；21-转动轴；22-转盘；23-第二驱动装置；24-支撑板；3-半导体探测装置；31-探头；32-容纳罐；4-测距模块；5-电控单元；6-屏蔽装置；7-数据处理装置；8-移动平台；X-第一方向；Y-第二方向。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少区域的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了区域结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图4对本实用新型实施例提供的一种核素滞留量测量系统进行详细描述。

为了保证核素的安全，通常将核素不明损失的评价作为主要技术手段，即确认核素在使用过程中的不明损失是否满足国家相关管理规定的限值要求，从而有效阻止因内部因素发生核素的非法转移。核素的不明损失一般存在于核材料的滞留量中，核材料滞留量的测量对核材料回收、衡算、设施安全运行、设备去污和退役等都有重要意义。

核素滞留量的测量一般采用的经验估算方法，无法保证估算的准确性，依据性较低。或者，采用同类设备代表性取样检测与试验、内窥镜观测、破坏性试验检测、外照射剂量(热点)检测、建立增重模型等手段，分设备和物料类别进测算。这些方法取样复杂，甚至很难实现，测量存在较大难度，容器的几何结构、其所处的空间条件、滞留量的介质成分等均会对测量结果产生影响，无法保证最终测量的核素滞留量能够反映实际情况。

由此，参阅图1和图2，本实用新型提供的一种核素滞留量测量系统，用于测量目标物体内的核素滞留量，该目标物体可以为工艺管道。该核素滞留量测量系统包括：移动装置1、转动装置2、半导体探测装置3、测距模块4和电控单元5。

移动装置1沿第一方向X可移动。可选地，移动装置1为升降装置，第一方向X为竖直方向，便于控制移动装置1的运动。

转动装置2设置于移动装置1上，转动装置2的转动轴21沿第二方向Y延伸，且能够随移动装置1沿第一方向X移动，第一方向X与第二方向Y相交设置。可选地，第二方向Y与第一方向X垂直设置，便于制作与固定转动装置2。当第一方向X为竖直方向时，第二方向Y为水平方向。

半导体探测装置3与转动装置2连接，且能够随转动装置2转动，导体半导体探测装置3包括探头31，探头31用于探测目标物体内具有几何形状的核素的能峰与净峰面积。半导体探测装置3的探头31在移动装置1和转动装置2的带动下来回运动，以扫描目标物体内的核素滞留量，提高了核素滞留量的探测效率。

测距模块4与探头31连接，用于测量探头31与核素之间的距离。测距模块4可以为激光测距传感器，也可以为红外线传感器。

电控单元5与半导体探测装置3和测距模块4电连接，电控单元5根据核素滞留量的几何形状及探头31与核素之间的距离，建立分析模型，计算不同能峰对应的探测效率，以获得核素滞留量的成分及其质量。

可选地，电控单元5包括集成于计算机内的无源效率刻度算法和能谱分析算法，无源效率刻度算法用于根据核素滞留量的几何形状及探头31与核素之间的距离进行现场建模，计算不同能峰对应的探测效率，得到探测效率曲线。再将探测效率曲线的数据输入能谱分析算法中，获取核素中γ射线的能谱图，根据全能峰净计数率进行能谱分析，一般净计数率在10000以上，即可得到核素的活度，最终获得核素滞留量的成分及其质量。

本实用新型实施例提供的一种核素滞留量测量系统，通过将半导体探测装置3在移动装置1和转动装置2的带动下运动，可以探测出具有几何形状的核素的能峰与净峰面积，并根据测距模块4测量的探头31与核素之间的距离进行建模分析，以实现核素滞留量的定量测量，提高了核素滞留量的测量精度和测量效率。

下面结合附图进一步详细描述本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统的具体结构。

放射性核素产生的γ射线的能量一般在keV～MeV范围。由于其不带电荷，通过物质时不能直接与物质产生电离，不能直接被探测到。因此，γ射线的探测主要依赖于其通过物质时与物质原子相互作用，并将全部或部分光子能量传递给吸收物质中的一个电子。这种相互作用表现出光子的突变性和多样性，在吸收物质中主要产生三种不同类型的相互作用：光电效应、康普顿效应或者电子对效应。而产生的次级电子(光电子)再引起物质的电离和激发，形成电脉冲流，电脉冲的幅度正比于γ射线的能量。三种效应中，光电效应中γ射线把全部能量传递给光电子而产生全能峰，是谱仪系统中用于定性定量分析的主要信号；而康普顿效应或者电子对效应则会产生干扰，应尽可能予以抑制。

可选地，半导体探测装置3可以为高纯锗探测器，用于γ射线的能谱测量。如图1、2所示，半导体探测装置3还包括与探头31连接的容纳罐32，容纳罐32用于容纳液态氮气。由于高纯锗探测器需要在低温下工作，容纳罐32容纳的液态氮气在工作前一般需要冷却4小时。

可选地，本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统还包括充气装置(图中未示出)，充气装置用于向容纳罐32供应液态氮气。可选地，采用脚踏式充气装置灌装液态氮气，便于操作。

进一步地，移动装置1包括：导轨11、滑块12和第一驱动装置13。其中，导轨11具有沿第一方向X延伸的滑槽。滑块12与滑槽可移动连接，转动装置2设置于滑块12上。第一驱动装置13驱动滑块12带动转动装置2沿滑槽往复移动。

第一驱动装置13可以为液压缸、气缸和电机中的任一者。

在一些实施例中，第一驱动装置13可以为输出直线运动的液压缸、气缸和直线电机中的任一者。第一驱动装置13的输出轴与滑块12连接，以驱动滑块12带动转动装置2沿滑槽来回移动。

在一些实施例中，第一驱动装置13还可以为输出旋转运动的旋转电机。导轨11的滑槽内嵌入滚珠丝杠，滑块12内嵌入与滚珠丝杠配合的螺母，以将第一驱动装置13的旋转运动转化为直线运动，驱动滑块12带动转动装置2沿滑槽移动。

进一步地，转动装置2还包括转盘22和第二驱动装置23。转盘22与所述半导体探测装置3连接，转盘22与转动轴21的一端可转动连接，转动轴21的另一端与滑块12连接。第二驱动装置23驱动转盘22绕转动轴21转动。

可选地，第二驱动装置23为旋转电机。可选地，转盘22的转角范围为-90°～+90°，以尽可能地探测最大角度范围内的核素。

进一步地，本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统还包括与转盘22连接的支撑板24，支撑板24用于固定半导体探测装置3和测距模块4。支撑板24可以确保测距模块4与探头31连接为一体，提高测距模块4的测量精度。支撑板24上可以设置加强筋，提高支撑板24的结构强度，防止支撑板24因半导体探测装置3的重力发生变形。

进一步地，本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统还包括设置于支撑板24上的屏蔽装置6，屏蔽装置6套设于探头31的外周侧。屏蔽装置6可以屏蔽外界的信号干扰，提高探头31的探测精度。

进一步地，本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统还包括与半导体探测装置3和电控单元5电连接的数据处理装置7。可选地，数据处理装置7为多道分析仪(MultipleChannel Analyzer，MCA)，用于将半导体探测装置3探测的数据进行处理后输入至电控单元5，由电控单元5再进行后续的分析工作。

在谱仪系统中，半导体探测装置3实际上是一个光电转换器，将光子的能量转变成幅度与其成正比例的电脉冲。然后通过谱仪放大器将该脉冲成形并线性放大，再送入模数变换器中，将输入信号根据其脉冲幅度转变成一组数字信号，并将该数字信号送入数据处理装置7，由相关算法形成谱图并进行分析。

进一步地，本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统还包括移动平台8，移动装置1、电控单元5和数据处理装置7设置于移动平台8上。移动平台8的底部设置有滚轮，便于将核素滞留量测量系统移动至任意位置进行测量工作。

可选地，移动平台8上设置有支撑座，电控单元5和数据处理装置7放置于支撑座上。

本实用新型实施例提供的核素滞留量测量系统，采用放射源Cs-137进行了模拟点源测量，核素与探头表面之间的距离是50mm，屏蔽厚度为6.2mm的不锈钢板，测量的核素滞留量结果与理论误差大约在0.2％范围内，提高了核素滞留量的测量精度。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种核素滞留量测量系统，其特征在于，包括：

移动装置(1)，沿第一方向(X)可移动；

转动装置(2)，设置于所述移动装置(1)上，所述转动装置(2)的转动轴(21)沿第二方向(Y)延伸，且能够随所述移动装置(1)沿所述第一方向(X)移动，所述第一方向(X)与所述第二方向(Y)相交设置；

半导体探测装置(3)，与所述转动装置(2)连接，且能够随所述转动装置(2)转动，所述半导体探测装置(3)包括探头(31)，所述探头(31)用于探测目标物体内具有几何形状的核素的能峰与净峰面积；

测距模块(4)，与所述探头(31)连接，用于测量所述探头(31)与所述核素之间的距离；

电控单元(5)，与所述半导体探测装置(3)和所述测距模块(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，所述半导体探测装置(3)为高纯锗探测器，所述半导体探测装置(3)还包括与所述探头(31)连接的容纳罐(32)，所述容纳罐(32)用于容纳液态氮气。

3.根据权利要求2所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，还包括充气装置，所述充气装置用于向所述容纳罐(32)供应液态氮气。

4.根据权利要求1所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，所述移动装置(1)包括：

导轨(11)，具有沿所述第一方向(X)延伸的滑槽；

滑块(12)，与所述滑槽可移动连接，所述转动装置(2)设置于所述滑块(12)上；

第一驱动装置(13)，驱动所述滑块(12)带动所述转动装置(2)沿所述滑槽往复移动。

5.根据权利要求4所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，所述第一驱动装置(13)为旋转电机，所述导轨(11)的所述滑槽中设置有滚珠丝杠，所述滑块(12)中嵌入与所述滚珠丝杠配合的螺母。

6.根据权利要求4所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，所述转动装置(2)还包括：

转盘(22)，与所述半导体探测装置(3)连接，所述转盘(22)与所述转动轴(21)的一端可转动连接，所述转动轴(21)的另一端与所述滑块(12)连接；

第二驱动装置(23)，驱动所述转盘(22)绕所述转动轴(21)转动。

7.根据权利要求6所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，还包括与所述转盘(22)连接的支撑板(24)，所述支撑板(24)用于支撑所述半导体探测装置(3)和所述测距模块(4)。

8.根据权利要求7所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，还包括设置于所述支撑板(24)上的屏蔽装置(6)，所述屏蔽装置(6)套设于所述探头(31)的外周侧。

9.根据权利要求1所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，还包括与所述半导体探测装置(3)和所述电控单元(5)电连接的数据处理装置(7)。

10.根据权利要求9所述的核素滞留量测量系统，其特征在于，还包括移动平台(8)，所述移动装置(1)、所述电控单元(5)和所述数据处理装置(7)设置于所述移动平台(8)上。

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