CN220271567U - 一种iv型钢箱放射性固体废物无损检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，包括门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列、152Eu放射源、探测器屏蔽准直系统和钢箱放置平台。所述钢箱放置平台具有钢箱承载和称重的功能，能够一维水平方向移动，所述平台用于放置待检测IV型放射性固体废物钢箱；门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列设置于所述钢箱放置平台上方；探测器屏蔽准直系统位于所述钢箱放置平台侧面；Eu放射源安装在探测器屏蔽准直系统中；门框式溴化镧探测器阵列包括多个溴化镧探测器。本系统既保证了能量分辨率和核素辨别能力，也保证了空间分辨率和检测时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及放射性固体废物无损检测领域，具体涉及一种IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，通过γ射线成像和能谱分析从而得到放射性废物的种类和活度信息，该系统能够有效地实现中低放水平固体废物中γ射线类核素的定性定量检测分析。
背景技术
在核设施退役及三废治理领域，每年会产生大量的放射性固体废物。这些放射性固体废物在转运和处置的环节中都需要进行相应的放射性检测，根据检测结果确定废物的最终处理方式，并实现放射性固体废物的科学管理管控。
目前，国内对于放射性固体废物主要通过标准的200L废物桶和标准钢箱(以IV型钢箱为主)进行存放。结合实践经验，钢箱中主要盛放的物质包括：过滤器芯，阀门泵芯，仪表芯，废包壳，端头，去污废物等，且主要为中低放等级固体废物。为了在不打开标准钢箱的情况下，通过γ无损检测的技术方式获得钢箱中固体放射性废物的形状特征、质量密度、放射性核素种类、比活度等关键性参数，从而降低对检验操作人员的人体放射性损伤，提高自动化检测效率。
国内目前并没有成熟的钢箱γ无损检测系统，国外的钢箱γ无损检测系统采用高纯锗探测器，由于高纯锗探测器加工昂贵，一般采用一个或者几个高纯锗探测器。由于采用的高纯锗探测器数量少，因此空间分辨率不高，同时测量时间长，完成一次无损检测的时间至少30分钟。
实用新型内容
标准的IV型钢箱外部尺寸为2200×1100×1050mm,内部尺寸为1990×890×860mm。本实用新型目的就是为了克服现有无损检测系统空间分辨率不高和检测时间过长的缺点，提供一种高空间分辨率和快速检测的IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，包括门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列、152Eu放射源、探测器屏蔽准直系统和钢箱放置平台。所述钢箱放置平台具有钢箱承载和称重的功能，能够一维水平方向移动，所述平台用于放置待检测IV型放射性固体废物钢箱；
门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列设置于所述钢箱放置平台上方；
探测器屏蔽准直系统位于所述钢箱放置平台侧面；
Eu放射源安装在探测器屏蔽准直系统中；
门框式溴化镧探测器阵列包括多个溴化镧探测器。
进一步地，所述无损检测系统还包括门式框架，用于承载放射源、溴化镧探测器阵列和屏蔽准直系统。
进一步地，所述门框式溴化镧探测器阵列数量为两组；每个阵列10个探测器。
进一步地，两组探测器阵列的测量范围覆盖宽度和高度截面，同时互相交叉。
进一步地，所述Eu放射源为152Eu放射源。
进一步地，所述探测器屏蔽准直系统为中空的柱形屏蔽准直器，柱形屏蔽准直器的壁为5厘米厚度的铅板。
进一步地，采用具有钢箱承载、称重和移动功能的钢箱放置平台，无损检测系统工作时平台能够一维水平方向移动从而实现不同截面的测量。
进一步地，所述的无损检测系统还包括电子学系统和控制及数据处理系统，所述溴化镧探测器依次连接电子学系统和控制及数据处理系统。
进一步地，所述电子学系统为基于PXIe的电子学系统，主要包括：500M14bit采样率的4通道PXIe采集与能谱分析硬件板卡，PXIe机箱系统和采集处理软件；一个板卡可以同时处理4个探测器输出的信号，处理后的能谱数据传输给主控制器进行算法反演。
进一步地，所述检测系统还包括钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制、开关放射源输出孔道的驱动控制、钢箱称重系统控制及摄像头成像系统控制；钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制、开关放射源输出孔道的驱动控制、钢箱称重系统控制及摄像头成像系统控制各自独立地连接控制及数据处理系统。
所述的门框式溴化镧探测器阵列，采用两个溴化镧探测器阵列。溴化镧探测器是一种新型闪烁体探测器，具有高光产额，高探测效率，高时间和空间分辨率，高能量分辨率，温度特性良好，抗辐射性能良好，操作简便等优点。溴化镧探测器采用1.5英寸的晶体，每个阵列10个探测器，这样既保证了能量分辨率和核素辨别能力，也保证了空间分辨率和监测时间。两组探测器阵列的测量范围覆盖宽度和高度小截面，同时互相交叉，因此可以通过空间反演技术获取钢箱内每个网格的放射源种类，并获得活度分布图像。
系统采用152Eu放射源。为了得到放射源废物钢箱的性能和钢箱内物质密度分布(线衰减系数分布)，需要用到外部放射源。由于被测对象中核素成分复杂，γ放射线源在选用上要求具有多个覆盖较宽能量范围的特征峰，其能量与被测核素的特征峰尽可能相近，并具有相当的分支比。此外，源核素应具有相对长的半衰期。152Eu放射源，其具有丰富的特征谱线，能够满足需求。
所述的屏蔽准直系统采用铅作为屏蔽材料，5厘米厚度的铅能够满足屏蔽和准直需求。
所述的钢箱放置平台具有钢箱承载、称重和移动的功能，载重量不超过10T(钢箱满载不超过8T)。无损检测系统工作时平台可以一维水平方向移动从而实现不同截面的测量。
所述的电子学系统采用基于PXIe机箱的多通道板卡结构设计，主要包括：500M14bit采样率的4通道PXIe采集与能谱分析硬件板卡，PXIe机箱系统和采集处理软件等。溴化镧探测器经过光电倍增管输出的信号，通过抗辐射专用线缆传输给PXIe采集与能谱分析硬件板卡，一个板卡可以同时处理4个探测器输出的信号，总共20个溴化镧探测器需要5块PXIe采集与能谱分析硬件板卡同时进行并行算法处理。处理后的能谱数据传输给主控制器进行算法反演。
所述的控制系统主要配合电子学测量系统控制钢箱放置台在探测器门框式结构的测量范围内进行水平移动和转向，开关放射源的辐射输出孔道，钢箱放置台称重系统，同时辅助摄像头成像系统进行实验现场监控。主要包括：钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制、开关放射源输出孔道的驱动控制、钢箱称重系统控制、摄像头成像系统控制等。
所述的数据处理系统用于钢箱内部的物质密度分布(线衰减系数分布)，和放射源种类、活度的空间分布。由于钢箱和废物体的尺寸较为庞大，其内部装载废物后，容易出现局部放射性分布不均的情况。为实现放射性分布较为精确的测量和估计，利用探测器阵列测量的152Eu放射源特征峰进行空间反演处理，得到钢箱内部的物质密度分布(线衰减系数分布)，然后利用物质密度分布数据结合溴化镧探测器阵列测量到的钢箱内放射源的数据，进行空间反演得到放射源种类和活度的空间分布。采用在托卡马克诊断上得到验证的基于贝叶斯定律的高斯过程反演技术，它采用二维通用网格，反演速度快，可实时反演，单次运算5-10毫秒，同时还可以得到反演不确定度。
本实用新型的优点是：本实用新型采用溴化镧探测器阵列结合电子学系统和数据处理系统，既保证了能量分辨率和核素辨别能力，也保证了空间分辨率和监测时间。系统集成化程度高，系统可维护性和维护效率高。
附图说明
图1为放射性固体废物无损检测系统结构图。
图2为电子学系统和控制系统功能框图。
图中，1-门式框架；2-屏蔽准直系统；3-放射源；4-固体废物钢箱；5-钢箱放置平台；6-溴化镧探测器阵列；7-电子学系统；8-控制及数据处理系统；9-钢箱放置平台的水平移动和转向驱动控制；10-开关放射源输出孔道的驱动控制；11-钢箱称重系统控制；12-摄像头成像系统控制；13-硬件板卡；14-主控制器；15-PXIe机箱系统。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本实用新型。但以下的实施例仅限于解释本实用新型，本实用新型的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的技术人员是可以完全实现本实用新型权利要求的全部内容。
所述的IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，通过硬X射线成像和能谱分析从而得到放射性废物的种类和活度信息，该系统能够有效地实现中低放水平固体废物中γ射线类核素的定性定量检测分析。
如图1所示，该系统包括门式框架1；待检测IV型放射性固体废物钢箱4；具有钢箱承载、称重和移动的功能的钢箱放置平台5；门框式溴化镧探测器阵列6；两个152Eu放射源3；为放射源和探测器提供屏蔽和准直的屏蔽准直系统2；电子学系统7；控制及数据处理系统8；钢箱放置平台的水平移动和转向驱动控制9；开关放射源输出孔道的驱动控制10；钢箱称重系统控制11；摄像头成像系统控制12。
门式框架1用于承载放射源3、溴化镧探测器阵列6和屏蔽准直系统2，可以进行水平移动。待检测IV型放射性固体废物钢箱4外部尺寸为2200×1100×1050mm，内部尺寸为1990×890×860mm，用着盛放放射性固体废物。钢箱放置平台5具有钢箱承载和称重的功能，载重量不超过10T(钢箱满载不超过8T)。采用具有钢箱承载、称重和移动功能的钢箱放置平台，无损检测系统工作时平台可以一维水平方向移动从而实现不同截面的测量。所述平台5可以一维水平方向移动，便于铲车或者其他吊装工具将所述钢箱4放置到所述平台5上。铲车将所述钢箱4放置到所述平台5上时有钢箱的导向设计，可以将所述钢箱4调整到整个测量系统的平行于门式框架1方向的中心位置，并适用于尺寸不同大小的钢箱。将所述钢箱4放置到所述平台上以后，通过垂直于门式框架1方向水平移动和上下方向的升降，可以将所述钢箱4调整到整个测量系统的中心位置。门框式溴化镧探测器阵列6，其中包括两个溴化镧探测器阵列，每个阵列包含10个溴化镧探测器，按照实际光路进行布置。例如两个溴化镧探测器阵列布置在门式框架1顶部。溴化镧探测器采用1.5英寸的晶体，每个阵列10个探测器，这样既保证了能量分辨率和核素辨别能力，也保证了空间分辨率和监测时间；两组探测器阵列的测量范围覆盖宽度和高度小截面，同时互相交叉，因此可以通过空间反演技术获取钢箱内每个网格的放射源种类，并获得活度分布图像。探测器屏蔽准直系统位于所述钢箱放置平台侧面。两个152Eu放射源3安装在门式框架1上的屏蔽准直系统2中。采用152Eu放射源；152Eu放射源半衰期13.2年，具有丰富的特征谱线，覆盖较宽能量范围，能够满足测量放射源废物钢箱的性能和钢箱内物质密度分布(线衰减系数分布)的需要。屏蔽准直系统2采用5cm厚的铅制作，为放射源3和溴化镧探测器提供屏蔽和准直，具体的结构、尺寸和角度需根据实际情况确定，采用铅作为屏蔽材料，5厘米厚度的铅能够满足屏蔽和准直需求。溴化镧探测器依次连接电子学系统7和控制及数据处理系统8。钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制9、开关放射源输出孔道的驱动控制10、钢箱称重系统控制11及摄像头成像系统控制12各自独立地连接控制及数据处理系统8。溴化镧探测器测量的信号经线缆传输到电子学系统7中进行采集和处理，处理后的能谱数据传输给控制及数据处理系统8进行算法反演。控制及数据处理系统8根据检测需要发送命令给钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制9，开关放射源输出孔道的驱动控制10，钢箱称重系统控制11及摄像头成像系统控制12。
如图2所示，电子学系统7采用基于PXIe机箱的多通道板卡结构设计，主要包括：500M14bit采样率的4通道PXIe采集与能谱分析硬件板卡13、主控制器14和PXIe机箱系统15和采集处理软件等。所述硬件板卡13安装有采集处理软件。所述硬件板卡13依次与主控制器14与控制及数据处理系统8连接。500M14bit采样率的4通道PXIe采集与能谱分析硬件板卡13与PXIe机箱系统15连接。溴化镧探测器经过光电倍增管输出的信号，通过抗辐射专用线缆传输给PXIe采集与能谱分析硬件板卡13，一个板卡可以同时处理4个探测器输出的信号，总共20个溴化镧探测器需要5块PXIe采集与能谱分析硬件板卡同时进行并行算法处理，处理后的能谱数据传输给主控制器14进行算法反演，反演后的数据传输给控制及数据处理系统8。采用的控制系统主要配合电子学测量系统控制钢箱放置台在探测器门框式结构的测量范围内进行水平移动和转向，开关放射源的辐射输出孔道，钢箱放置台称重系统，同时辅助摄像头成像系统进行实验现场监控；控制系统主要包括：钢箱放置平台的水平移动和转向驱动控制9、开关放射源输出孔道的驱动控制10、钢箱称重系统控制11、摄像头成像系统控制12等。
控制及数据处理系统8根据检测需要发送命令给钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制9，开关放射源输出孔道的驱动控制10，钢箱称重系统控制11及摄像头成像系统控制12。通过基于贝叶斯定律的高斯过程反演技术得到所述钢箱内部的物质密度分布(线衰减系数分布)，和放射源种类、活度的空间分布。
IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统的工作流程如下：
(1)在没有放射性固体废物钢箱4的情况下进行测量，得到此时门框式溴化镧探测器阵列6对152Eu放射源3的测量数据。
(2)放置试验用的模拟钢箱(没有放置放射性废物的钢箱)，再一次进行测量，两次测量结果进行比较计算，从而得到放射性固体废物钢箱的线衰减参数。
(3)放射性固体废物钢箱4经吊装(或其它转运方式)放置在所述平台5上；门式框架1经控制系统操作后，自动运动至所述钢箱4的测量工位处；将所述钢箱4进行网格划分，逐段进行测量，由门框式溴化镧探测器阵列6对所述钢箱4进行逐个的分段扫描测量，当完成钢箱体第1段扫描测量后，门框式探测系统自动移动至钢箱体第2段测量工位，进行钢箱体第2段扫描测量；以此类推，直到全部完成整个钢箱体各段的扫描测量。
(4)对测量的数据进行处理计算，首先利用探测器阵列测量的152Eu放射源特征峰进行空间反演处理，得到钢箱内部的物质密度分布(线衰减系数分布)，然后利用物质密度分布数据结合溴化镧探测器阵列6测量到的钢箱内放射性废物的数据，进行空间反演从而得到放射性废物种类和活度的空间分布。
本实用新型未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，其特征在于：包括门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列、Eu放射源、探测器屏蔽准直系统和钢箱放置平台；
所述钢箱放置平台，用于放置待检测IV型放射性固体废物钢箱；
门框式溴化镧(LaBr3(Ce))探测器阵列设置于所述钢箱放置平台上方；
探测器屏蔽准直系统位于所述钢箱放置平台侧面；
Eu放射源安装在探测器屏蔽准直系统中；
门框式溴化镧探测器阵列包括多个溴化镧探测器。
2.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，所述无损检测系统还包括门式框架，用于承载放射源、溴化镧探测器阵列和屏蔽准直系统。
3.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于：所述门框式溴化镧探测器阵列数量为两组；每个阵列10个探测器。
4.根据权利要求3所述的无损检测系统，其特征在于，两组探测器阵列的测量范围覆盖宽度和高度截面，同时互相交叉。
5.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于：所述Eu放射源为152Eu放射源。
6.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于：所述探测器屏蔽准直系统为中空的柱形屏蔽准直器，柱形屏蔽准直器的壁为5厘米厚度的铅板。
7.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于：所述钢箱放置平台为具有钢箱承载、称重和移动功能的钢箱放置平台，能够一维水平方向移动从而实现不同截面的测量。
8.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于：所述的无损检测系统还包括电子学系统和控制及数据处理系统，所述溴化镧探测器依次连接电子学系统和控制及数据处理系统。
9.根据权利要求8所述的无损检测系统，其特征在于：所述电子学系统为基于PXIe的电子学系统，主要包括：500M14bit采样率的4通道PXIe采集与能谱分析硬件板卡，PXIe机箱系统和采集处理软件；所述硬件板卡与PXIe机箱系统连接，所述硬件板卡安装有采集处理软件，所述板卡连接依次连接控制器和控制及数据处理系统。
10.根据权利要求8所述的一种IV型钢箱放射性固体废物无损检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制、开关放射源输出孔道的驱动控制、钢箱称重系统控制及摄像头成像系统控制；钢箱放置台的水平移动和转向驱动控制、开关放射源输出孔道的驱动控制、钢箱称重系统控制及摄像头成像系统控制各自独立地连接控制及数据处理系统。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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