DE69824607T2

DE69824607T2 - VERBESSERUNGEN AN ODER IN BEZIEHUNG ZU ÜBERWACHUNGs- UND ANANLYSE-SYSTEMEN

Info

Publication number: DE69824607T2
Application number: DE69824607T
Authority: DE
Inventors: Paul John Calderbridge RONALDSON; Jonathan Robert Calderbridge SHARPE
Original assignee: British Nuclear Fuels PLC
Current assignee: VT Nuclear Services Ltd
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: GB9710489D0; US7043411B1; WO1998053341A1; DE69824607D1; AU7538198A; EP1012630A1; EP1012630B1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen der und in Bezug auf die Überwachung und Analyse, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, von Gegenständen, die Neutronen-Strahlungsquellen enthalten oder durch diese kontaminiert sind.
Die genaue Ermittlung der Ausdehnung und des Ortes von Neutronenquellen, die in Ausrüstungsgegenständen vorliegen, ist aus einer Vielzahl von Gründen wichtig. Bei der Kernkraft- und Wiederaufbereitungs-Industrie beispielsweise ist es wichtig, so viele Informationen wie möglich über Ausrüstungsgegenstände zu haben, die stillgelegt wurden. Strenge Sicherheitsstandards werden bei der Stilllegung und der anschließenden Entsorgung von Ausrüstungsgegenständen angelegt, welche während ihrer Lebensdauer mit Neutronenquellen in Kontakt gekommen sind. Insbesondere ist es wichtig, sicherzustellen, daß jedes gegebene Abfallvolumen, welches einen Teil der stillgelegten Ausrüstungsgegenstände enthält, keine Neutronenquellen über einem bestimmten Pegel enthält, so daß der notwenige Kritizitäts-Sicherheitsfaktor zur Verfügung steht.
Herkömmliche Techniken, wie der "Versatile Passive Neutron Monitor, Model N93" der Harwell Instruments, verwenden mehrere individuelle Neutronendedektoren, die so weit wie möglich um den stillzulegenden Ausrüstungsgegenstand herum angeordnet werden. Beträchtliche Probleme können dort auftreten, wo ein Zugang um den gesamten zu überwachenden Bereich herum nicht möglich ist, beispielsweise aufgrund von angrenzenden Einheiten oder Belüftungssystemen über der Einheit.
Die ³He-Neutronendetektoren stellen ein Ausgangssignal bereit, welches unter Verwendung der Technik der Neutronenkoinzidenz-Zählung ("Neutron Coincidence Counting"), NCC, zusammengezählt und analysiert wird. Das NCC-Ergebnis wird verwendet, um mittels eines Neutronen-Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeitsfaktors eine Anzeige der Rate spontaner Kernspaltung zu liefern, welche innerhalb der Ausrüstungsgegenstände auftritt. Die Rate ist normalerweise im wesentlichen ²⁴⁰Pu-Kernspaltungen zuzuschreiben.
Der Neutronen-Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeitsfaktor muß selbst ermittelt werden, indem eine bekannte Quelle, üblicherweise ²⁵²Cf, in den Zielausrüstungsgegenständen für die Analyse bereitgestellt wird. Die Erhöhung in Abhängigkeit von den Detektoren wird analysiert. In bestimmten Fällen kann die Testquelle nicht in den Ausrüstungsgegenständen selbst bereitgestellt werden, und als solches muß ein Dummy-Test mit einer Bereitstellung der Detektoren in einer räumlichen Konfiguration durchgeführt werden, die identisch mit derjenigen ist, die um die Ausrüstung herum verwendet wird, jedoch ohne daß die Ausrüstung anwesend ist.
In jedem Fall ist der tatsächliche Standort der Quelle innerhalb der Ausrüstungsgegenstände ein sehr bedeutsamer Faktor. Wenn darüber keine Information verfügbar ist, muß der Test auf einer Grundlage des schlimmsten Falles durchgeführt werden (der tatsächliche Standort mit der schlechtesten Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeit). Um die Sicherheitsstandards zu erreichen, kann dies jedoch zu einer groben Überschätzung der Neutronenquellen-Menge in der speziellen Probe führen. Überschätzungen von mehreren hundert Prozent erfolgen häufig. Jede Überschätzung erhöht das Volumen, in welchem die Ausrüstungsgegenstände zur Entsorgung verteilt werden müssen, und als Folge erhöht sie die Kosten sehr beträchtlich.
Genauso wie an dem Gesamtpegel einer Neutronenquelle innerhalb einer Abfallprobe besteht ebenso ein zunehmender Bedarf daran, zu wissen, wo innerhalb dieses Volumens die Quelle bereitgestellt ist. Eine solche Information ist durch die NCC-Technik überhaupt nicht verfügbar.
Die US 5378895 stellt eine Gruppierung von Neutronendetektoren bereit, welche dazu verwendet werden, von der Quelle oder von Quellen stammende Neutronen zu überwachen. Solch eine Technik erlaubt es jedoch nicht, die Position von unbekannten Quellen innerhalb eines überwachten Standortes zu ermitteln.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Verfahren zur Überwachung einer Neutronenquelle bereit, welches umfasst:

i) Bereitstellen einer Mehrzahl von Neutronendetektoren in bekannten Relativlagen zueinander;
ii) Überwachen der Neutronen-Detektionsraten für die Detektoren, welche durch die unbekannte(n) Quelle(n) verursacht sind.
iii) Vorschlagen eines oder mehrerer Modell-Quellen-Standorte relativ zu den Detektoren sowie eines Aktivitätspegels für die Modell-Quelle(n);
iv) Vorhersagen von Neutronen-Detektionsraten für die Modell-Quelle(n);
v) Vergleichen der vorhergesagten und der tatsächlichen Detektionsraten;
vi) Einstellen des oder der Modell-Quellenstandorte(s) und/oder der -Aktivität(en) derart, daß die Differenz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Detektionsraten verringert wird.

Die verringerte und vorzugsweise minimierte Differenz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Detektionsraten führt zu einem oder mehreren Modell-Quellen-Standorten und einer oder mehreren -Aktivitäten, welche ein genaues Äquivalent zu den unbekannten darstellen. Die Ortsinformation und/oder Aktivitätsinformation kann zu der Bedienungsperson des Verfahrens übertragen werden.
Die Neutronenquelle kann ein oder mehrere Elemente oder Verbindungen und/oder ein oder mehrere Isotope eines Elementes in elementarer und/oder Verbindungs-Form und/oder Mischungen davon umfassen. Die Neutronenquelle kann natürlichen Ursprungs und/oder das Produkt von Kernspaltungsreaktionen sein. Plutonium und insbesondere ²⁴⁰Pu können die eine Überwachung erfordernde Neutronenquelle umfassen.
Die Neutronenquelle kann zusammen mit anderen Materialien vorliegen. Nicht-Neutronenquellen-Elemente oder -Verbindungen und/oder Wasser, Kunststoffe, glasige Materialien wie Glas oder andere Substanzen können vorhanden sein.
Der Standort der Neutronenquelle kann ein Ausrüstungs gegenstand, wie eine Glove-Box, eine Belüftungseinheit oder dergleichen; ein Bestandteil einer Komponente, wie ein Abschnitt einer Glove-Box; eine Komponente eines Ausrüstungsgegenstandes, wie ein Filter oder ein Abschnitt eines Rohrs; oder ein Behälter sein, wie eine Trommel, eine Kiste oder eine andere Verpackungsart. Der Behälter kann verschlossen sein. Der Standort kann eine Abfallmaterialmenge sein, wie Material, welches zur Entsorgung vorgesehen ist.
Die Neutronendetektoren können vom ³He-Typ sein. Die Detektoren können mit Polyethylen, Bor und/oder Cadmium versehen sein. Die Detektoren können mit einem langgestreckten aktiven Bereich ausgestattet sein. Eine Länge zwischen 0,25 und 1,5 m kann verwendet werden, wobei eine Länge zwischen 0,4 und 0,6 m bevorzugt wird. Ein Durchmesser zwischen 0,01 und 0,08 m kann verwendet werden.
Die Neutronendetektoren können entlang einer Seite des zu überwachenden Volumens oder Gegenstandes vorgesehen sein. Bevorzugter sind die Detektoren entlang wenigstens zweier Seiten des Volumens vorgesehen. Bevorzugt sind Detektoren entlang aller sechs Seiten des Volumens vorgesehen, d.h. aller vier "Vertikalseiten", der Oberseite und der Unterseite.
Vorzugsweise sind mehrere der Detektoren horizontal und vertikal voneinander getrennt.
Alternativ oder zusätzlich können, wenn der Detektor langgestreckt ist, ein oder mehrere der Detektoren in einem Winkel zu einem oder mehreren der anderen geneigt sein. Vorzugsweise wird ein Winkel von im wesentlichen 90° verwendet.
Alternativ oder zusätzlich können zwei oder mehr Detektoren zusammen mit zwei oder mehr anderen Detektoren gepaart werden, wobei ein Detektor im ersten Satz in Kombination mit dem entsprechend angeordneten Detektor in dem anderen Satz, mit dem er gepaart ist, als Einzeldetektor behandelt wird. Am meisten bevorzugt sind alle Detektoren eines vorgegebenen Satzes mit entsprechend angeordneten Detektoren in dem anderen Satz oder in den anderen Sätzen gepaart, um eine Reihe solcher Einzeldetektoren zu ergeben.
Vorzugsweise sind die Detektoren tragbar. Vorzugsweise können die Positionen der Detektoren relativ zueinander verändert werden. Auf diese Weise kann eine Konfiguration für verschiedene zu überwachende Volumengrößen einfach bereitgestellt werden.
Die Positionen der Detektoren relativ zueinander und/oder relativ zu der Quelle können in zwei Dimensionen in Betracht gezogen werden (beispielsweise wenn eine Kontamination einer flachen Oberfläche untersucht wird), werden jedoch am bevorzugtesten in drei Dimensionen in Betracht gezogen.
Die Relativpositionen können in einem x,y-Koordinatensystem oder in einem System mit einer Strecke und einem Winkel bei zwei Dimensionen ausgedrückt werden. Bei drei Dimensionen können die Relativpositionen in einem x,y,z-Koordinatensystem definiert werden oder in einem System mit einer Strecke und zwei Winkeln definiert werden.
Das Koordinatensystem oder Winkelsystem kann um einen Fixpunkt herum, der einem der Detektoren entspricht, oder zu einem Fixpunkt an dem zu überwachenden Gegenstand, wie einer Ecke, definiert werden. Für das Koordinatensystem können ein oder mehrere der Achsen derart definiert werden, daß sie einem oder mehreren der Ränder des zu überwachenden Gegenstandes entsprechen. Bei dem Winkelsystem können ein oder mehrere der Ränder des zu überwachenden Gegenstandes diejenige Achse bilden, relativ zu der der Winkel oder die Winkel ermittelt werden.
Vorher festgelegte Einzelheiten der Koordinatenachse und/oder des Fixpunktes oder der Fixpunkte können für eine gegebene Art eines Gegenstandes vorgegeben werden. Vorher festgelegte Detektorstandorte an dem Gegenstand können für eine gegebene Art eines Gegenstandes vorgegeben werden. Auf diese Weise könnten gespeicherte Kalibrierungsdaten jederzeit angewendet werden, wenn eine Analyse, beispielsweise an einer vorgegebenen Art einer Glove-Box, durchgeführt wird, wobei übereinstimmende Standorte verwendet werden.
Die Signale von individuellen Detektoren werden vorzugsweise zu einem Verstärker und am bevorzugtesten auch zu einem Diskriminator geleitet.
Vorzugsweise werden die Signale aufgezeichnet und/oder zusammengezählt, um eine Zählrate für jeden der Detektoren getrennt bereitzustellen. Die Signalfolge und/oder die Signalzählung kann für ein späteres Verarbeiten gespeichert werden. Vorzugsweise werden die Ergebnisse von einem oder mehreren individuellen Detektoren analysiert, um eine Koinzidenzzählrate zu erzeugen. Alternativ und/oder zusätzlich können die Ergebnisse von einem oder mehr Paaren und/oder Sätzen der Detektoren analysiert werden, um Koinzidenzzählraten zu erzeugen. Alternativ und/oder zusätzlich können die Ergebnisse von allen Detektoren analysiert werden, um Koinzidenzzählraten zu erzeugen.
Vorzugsweise wird das Überwachen der Signale über einen Zeitraum von 1 Stunde bis 24 Stunden durchgeführt. Dies stellt in den meisten Fällen eine ausreichend repräsentative Zählrate für eine genaue Analyse bereit.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Quellen-Standort für die erste Versuchs-Lösung ausgewählt.
Ein weiterer Quellen-Standort kann eingeführt werden, wenn der Modell-zu-Ist-Vergleich so weit wie möglich minimiert ist, die Diskrepanz zwischen Modell- und Ist-Ergebnissen oder einer Funktion davon jedoch in Absolutwerten hoch ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann bei der ersten Versuchs-Lösung eine Mehrzahl von Quellen eingesetzt werden. Vorzugsweise ist die Zahl der Quellen wenigstens 3 und bevorzugter wenigstens 4. Vorzugsweise sind wenigstens 2 Quellen an unterschiedlichen Standorten vorgesehen.
Die Zahl der Quellen kann bei weiteren Versuchs-Lösungen verringert werden, wenn der Modell-zu-Ist-Vergleich minimiert ist und nicht über einen bestimmten Toleranzwert hinaus vergrößert würde, wenn eine der Quellen entfernt würde.
Vorzugsweise wird die vorhergesagte Detektionsrate für einen Detektor aus gespeicherten Kalibrierungsdaten ermittelt. Vorzugsweise werden die Kalibrierungsdaten durch Bestimmung der tatsächlichen Zählraten eines Einzeldetektors bei verschiedenen Quellen-Standorten und/oder -Aktivitäten ermittelt. Die Kalibrierungsdaten für einen Einzeldetektor können bei der Verwendung auf andere Detektoren dieses Typs angewendet werden.
Die Kalibrierungsdaten können für die Detektoren in ihren Relativpositionen zueinander beim Betrieb erhalten werden. Die Kalibrierungsdaten für individuelle Detektoren können unterschiedlich sein. Die Kalibrierungsdaten können bei einer Anordnung der Detektoren relativ zu dem zu überwachenden Volumen oder Gegenstand erhalten werden, d.h. um eine Glove-Box herum, oder sie können bei einer Anordnung der Detektoren relativ zu einer Dummy-Version des zu vermessenden Volumens oder Gegenstandes, wie einer leeren Glove-Box, oder um ein äquivalentes Volumen oder einen freien Raum herum erhalten werden. Die Kalibrierungsdaten können aus mehreren Kalibrierungstests extrapoliert werden, um einen Satz von Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Konturinformationen bereitzustellen. Die Kalibrierungsdaten können mit der Veränderung in zwei Dimensionen oder bevorzugter drei Dimensionen des Kalibrierungs-Quellen-Standortes und der -Aktivität in Beziehung stehen.
Die vorhergesagten Zählraten und tatsächlichen Zählraten können miteinander verglichen werden, indem die Differenz zwischen den zwei Sätzen von Werten zusammengezählt wird. Das Zusammenzählen solcher modulierten Werte ist zu bevorzugen. Am besten wird die Summe der Quadrate der Differenzen als Vergleich zwischen den tatsächlichen und Modell-Zählraten eingesetzt. Ein chi-Quadrat-Vergleich kann verwendet werden, z. B. chi2 = Σalle Detektoren (vorhergesagt – gemessen)2/(Fehler)2.
Bei der Suche einer Lösung wird der Vergleichswert vorzugsweise verkleinert und/oder minimiert. Die Zählraten werden vorzugsweise als Neutronen-pro-Sekunde-Raten verglichen.
Vorzugsweise wird ein veränderter Versuchsquellen-Standort und/oder eine veränderte -Aktivität bereitgestellt, es sei denn, der Vergleich erreicht einen gewissen gewünschten Grenzwert; im Fall der zusammengezählten quadrierten Differenzen kann ein Wert unterhalb des gewünschten Grenzwertes verwendet werden.
Wenn der gewünschte Grenzwert nicht erreicht wird, wird ein weiterer Versuchs-Quellen-Standort und/oder eine weitere -Aktivität bereitgestellt. Bei einer alternativen Art kann die Anzahl der Versuchs-Quellen-Standorte verringert und/oder die -Aktivität verändert werden. In jedem Fall ist als Ergebnis eine Verringerung der Diskrepanz gesucht; es kann ein iteratives Verfahren verwendet werden.
Vorzugsweise wird der veränderte Versuchs-Quellen-Standort und/oder die veränderte -Aktivität durch Ermittlung einer Vergleichsfunktion für die tatsächlichen und Modell-Ergebnisse ausgewählt, wobei der Effekt von geringfügigen Veränderungen in der Modell-Lösung bestimmt und die Werte der nächsten Modell-Lösung entsprechend dem Richtungs- und/oder dem Größeneffekt angepaßt werden, welcher durch die geringfügige Veränderung nahegelegt wird. Vorzugsweise werden der Vergleichsvorgang und der Effekt der geringfügigen Änderung getrennt voneinander für jede räumliche und Aktivitäts-Variable ermittelt. Vorzugsweise werden die individuellen Änderungseffekte miteinander kombiniert, um die Veränderung zwischen einer Modell-Lösung und der nächsten zu ergeben.
Vorzugsweise wird eine chi-Quadrat-Funktion für die Veränderung jeder räumlichen Koordinate und für die Aktivität ermittelt. Vorzugsweise wird der Gradient der jeweiligen Funktion bei einem kleinen Wert auf einer Seite des Wertes der Modell-Lösung mit dem Gradienten einer geringfügigen Veränderung dieses Werts auf der anderen Seite des Wertes der Modell-Lösung verglichen. Vorzugsweise wird ein Faktor erhalten, welcher dieses chi² oder diesen Gradienten zu verringern sucht. Vorzugsweise werden die Faktoren aus den räumlichen Koordinaten und der Aktivität kombiniert, um einen Vektor zu erzeugen. Vorzugsweise entsteht die Richtung des Vektors aus den Änderungen der beitragenden werte, die zum Ziel haben, das chi² oder den Gradienten zu verringern. Vorzugsweise entsteht die Größe des Vektors aus den Veränderungen der beitragenden Faktoren gemäß der Steilheit des Gradienten.
Vorzugsweise wird eine Modell-Lösung mit der vorhergehenden Modell-Lösung verglichen. Wenn die Modell-Lösung eine schlechtere Anpassung als die vorhergehende Modell-Lösung darstellt, wird vorzugsweise eine veränderte Modell-Lösung angewendet. Vorzugsweise umfasst die veränderte Modell-Lösung eine Lösung, welche in einem oder mehreren, am bevorzugtesten in allen, Werten zwischen der Modell-Lösung und der vorhergehenden Modell-Lösung liegt, wenn ein Vektor beim Erhalten der Modell-Lösung aus der vorhergehenden Modell-Lösung verwendet wird, vorzugsweise wird die Hälfte dieses Vektors als die veränderte Modell-Lösung angewendet. Wenn die veränderte Modell-Lösung eine schlechtere Anpassung als die vorhergehende Lösung darstellt, wird vorzugsweise ein weiter verändertes Modell angewendet. Vorzugsweise umfasst die weitere Modell-Lösung eine Lösung, welche zwischen einem oder mehreren, vorzugsweise allen, Werten der veränderten Modell-Lösung und vorhergehenden Modell-Lösung liegt. Wenn ein Vektor verwendet wird, stellt die weiter veränderte Lösung vorzugsweise ein Viertel des Vektors zwischen der Modell-Lösung und der vorhergehenden Modell-Lösung dar. Dieser Vorgang wird vorzugsweise wiederholt, bis sich eine verbesserte Lösung ergibt.
Wiederholte Veränderungen/Anpassungen an den Versuchs-Quellen-Standort und/oder die -Aktivität werden vorzugsweise durchgeführt, bis der Schwellenwert erreicht wird.
In dem Fall, in dem die Modell-Lösung nicht minimiert werden kann, ausgehend von einer minimierten Anzahl von Quellen unter weiterer Veränderung der Aktivität oder der räumlichen Koordinaten eine zufriedenstellende Lösung dennoch nicht erreicht wird, beispielsweise der Schwellenwert nicht überschritten wird, kann ein zweiter/weiterer Quellen-Standort und/oder eine zweite/weitere -Aktivität in die Modell-Lösung eingeführt werden. Die vorhergesagten und tatsächlichen Detektionsraten für dieses System können wie oben beschrieben in Betracht gezogen werden. Die Veränderung beider Quellen zwischen Modell-Lösungen gemäß dem obigen allgemeinen Verfahren kann verwendet und/oder die Quellen können individuell zwischen Modell-Lösungen verändert werden. Eine dritte Quelle oder noch weitere Quellen können eingeführt werden, wenn eine akzeptable Lösung nicht erreicht wird, vorzugsweise auf eine ähnliche Weise.
Vorzugsweise wird die Anpassung des Modell-Quellen-Standortes/der -Aktivität eingestellt, wenn der Vergleich einen gewünschten Grad erreicht.
Wenn das System unter Verwendung einer Mehrzahl von Ausgangsquellen analysiert wird, wird vorzugsweise der Vergleichswert, beispielsweise chi², für die Zahl der Quellen minimiert. Vorzugsweise wird die minimierte Lösung getestet, um zu ermitteln, ob eine Quelle ohne merkliche Auswirkung entfernt werden kann. Vorzugsweise wird die Auswirkung gegenüber einer tolerierbaren Erhöhung des Vergleichswertes bei Entfernung einer Quelle beurteilt. Der Test kann für eine oder mehrere oder alle vorhandenen Quellen durchgeführt werden. Wenn eine Quelle tolerierbar entfernt werden kann, wird dieses und die Analyse vorzugsweise überprüft, indem mit der geänderten Anzahl der Quellen minimiert wird. Vorzugsweise wird dieser Vorgang wiederholt, bis keine Quelle mehr tolerierbar entfernt werden kann. Anschließend an eine Entfernung einer Quelle läßt man die anderen Quellen zur Suche eines neuen Minimums bezüglich Aktivität und/oder Position variieren.
Wenn die Anpassung des Versuchs-Quellen-Standortes und/oder der -Aktivität beendet worden ist, kann ein Vorschlag für den tatsächlichen Quellen-Standort und die -Aktivität ermittelt werden. Der Standort kann bezüglich eines Koordinatensystems und/oder bezüglich einer Entfernung und eines oder mehrerer Winkel zu einem Fixpunkt ausgedrückt werden. Der Standort kann der Bedienungsperson auf einer Anzeigeeinheit, einem Monitor, einem Ausdruck angezeigt und/oder auf der Einheit selbst angezeigt werden, beispielsweise durch einen Lichtstrahl, um eine Visualisierung des Standortes der Quellen relativ zu der Einheit zu ermöglichen. Dies kann es ermöglichen, daß der Quellenstandort selektiv entfernt und/oder relativ zu dem Rest der Einheit behandelt wird.
Der Standort und/oder die Aktivität kann dazu verwendet werden, die anschließende Verarbeitung des analysierten Volumens oder Gegenstandes festzulegen. Das Ergebnis kann festlegen, ob das Volumen als Abfall mit hohem, mittlerem oder niedrigem Pegel eingestuft wird oder ob bestimmte Untereinheiten des Volumens derart eingestuft werden sollten, abhängig davon, ob sie einen Quellen-Standort enthalten oder nicht, und von dem Pegel jeder Quelle, die sie enthalten. Das Demontage-Vorgehen oder die Stellen, an welchen das Volumen zur individuellen Entsorgung unterteilt wird, können auf den Ergebnissen beruhen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung stellen wir eine Vorrichtung zur Überwachung einer Neutronenquelle bereit, welche umfasst:

i) Eine Mehrzahl von Neutronendetektoren in bekannten Relativlagen zueinander;
ii) Verarbeitungsmittel für die Detektoren zur Überwachung der Neutronen-Detektionsraten, die durch (eine) unbekannte Quelle(n) verursacht werden;
iii) Datenspeicherungsmittel, die vorherberechnete Neutronen-Detektionsraten für die Neutronendetektoren für variierende Quellen-Standorte und Quellen-Aktivitätspegel umfassen; und bei der die tatsächlichen Neutronen-Detektionsraten mit den vorhergesagten Neutronen-Detektionsraten für einen Modell-Quellen-Standort und -Aktivitätspegel verglichen werden; und bei der die Modell-Quellen-Standorte und/oder -Aktivität so angepasst werden, daß die Differenz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Detektionsraten verringert wird.

Auf diese Weise wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die es ermöglicht, daß der unbekannte Quellen-Standort und die -Aktivität genau modelliert werden können. Die Aktivitäts- und/oder Standort-Information kann der direkten oder indirekten Bedienungsperson der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Details über die Art von Neutronen-Quellen, den Standort der Neutronenquelle und die Bedienung der Vorrichtung, welche für die Vorrichtung vorgeschlagen werden, sind an anderer Stelle innerhalb des Textes dieser Anmeldung mit Bezug auf das Überwachungsverfahren und die Ausführungsbeispiele der Erfindung diskutiert.
Die Neutronendetektoren können vom ³He-Typ sein. Die Detektoren können mit Polyethylen, Bor und/oder Cadmium versehen sein. Die Detektoren können mit einem langgestreckten aktiven Bereich versehen sein. Eine Länge zwischen 0,25 und 1,5 m kann verwendet werden. Ein Durchmesser zwischen 0,01 und 0,08 m kann verwendet werden.
Die Neutronen-Detektoren können entlang einer Seite des zu überwachenden Volumens oder Gegenstandes vorgesehen sein. Bevorzugter sind die Detektoren entlang wenigstens zweier Seiten des Volumens vorgesehen. Vorzugsweise sind Detektoren entlang aller sechs Seiten des Volumens, d.h. aller vier "Vertikalseiten", der Oberseite und der Unterseite, vorgesehen.
Die Detektoren können in einer allgemein horizontalen und/oder vertikalen Ausrichtung an den Seiten des Volumens vorgesehen sein. Die Detektoren können in einer im allgemeinen longitudinalen Ausrichtung an der Oberseite und/oder der Unterseite des Volumens und/oder allgemein senkrecht zu dieser Ausrichtung vorgesehen sein.
Die Detektoren können als Paare in voneinander getrennten Detektoreinheiten vorgesehen sein.
Alternative oder zusätzliche Detektorpositionen werden vorgeschlagen.
Vorzugsweise sind die Detektoren tragbar. Die Detektoren können direkt an dem zu überwachenden Volumen befestigt sein, vorzugsweise ist jedoch ein Trägergestell vorgesehen, bevorzugt in mehreren Abschnitten. Vorzugsweise ist die Trägerstruktur für die Detektoren tragbar. Vorzugsweise passen die Gestell-Abschnitte in einer vorgegebenen Konfiguration zusammen. Vorzugsweise passen die Detektoren oder die Detektoreinheiten in einer vorgegebenen Konfiguration in das Gestell. Vorzugsweise ist das Verarbeitungsmittel tragbar. Auf diese Weise kann die Vorrichtung leicht an dem gewünschten Verwendungsort bereitgestellt werden.
Vorzugsweise ist ein Abschnitt eines oder mehrerer, und am bevorzugtesten aller Detektoren, durch ein Neutronen absorbierendes und/oder abbremsendes Material abgeschirmt. Vorzugsweise ist die Abschirmung an der dem zu überwachenden Volumen entgegengesetzten Seite des Detektors vorgesehen. Individuelle Detektoren oder Detektorpaare können individuell abgeschirmt sein und/oder es kann eine Abschirmung vorgesehen sein, welche sich über eine Reihe von Detektoren erstreckt. Eine Neutronenabschirmung kann um alle oder um so viele Seiten des Volumens (wie physikalisch möglich) herum vorgesehen sein. Auf diese Weise werden Neutronen von anderen nahestehenden Quellen aus den Ergebnissen beseitigt.
Ein oder mehr Detektoren und/oder Detektorpaare können mit einem Neutronen-Abschirmungsmaterial um einen Teil ihrer Außenseite herum ausgestattet sein. Das Abschirmungsmaterial kann zwischen Detektoren und/oder Detektorpaaren vorgesehen sein. Der Detektor und/oder das Detektorpaar kann innerhalb oder zwischen einer Abschirmung und/oder einem anderen die Neutronendetektion einschränkenden Material eingelassen sein. Das Abschirmungsmaterial kann die Detektoren berühren, diesen benachbart oder lediglich in deren Nähe vorgesehen sein.
Ein oder mehr Detektoren und/oder Detektorpaare können mit einem eingeschränkten Gesichtsfeld ausgestattet sein, aus welchem Neutronen detektiert werden können. Am bevorzugtesten ist das Gesichtsfeld durch ein Neutronen-Abschirmungsmaterial eingeschränkt. Polyethylen, am bevorzugtesten mit Cadmium beschichtetes Material.
Vorzugsweise ist das Gesichtsfeld zur Neutronendetektion für einen oder mehrere Detektoren und/oder Detektorpaare auf einen Bogen um die longitudinale Achse des Detektors von zwischen 10 und 150°, und bevorzugter zwischen 70 und 150° und am besten zwischen 90 bis 120° begrenzt.
Vorzugsweise sind ein oder mehr Detektoren und/oder Detektorpaare nahe den Ecken des zu überwachenden Volumens mit einem größeren Gesichtsfeld ausgestattet als die anderen Detektoren. Auf das Kollimator-Material kann beispielsweise im Zwischenraum zwischen dem Detektor und der Ecke des Volumens verzichtet werden.
Auf diese Weise gibt es keine blinden Punkte innerhalb des Volumens. Vorzugsweise ist der zur Ecke nächststehende Detektor und/oder das zur Ecke nächststehende Detektorpaar derart ausgestattet. Es kann ein Gesichtsfeld zwischen 70 und 180° vorgesehen sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung stellen wir einen Gegenstand und/oder eine Komponente desselben und/oder einen Teil desselben bereit, welche(r) unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung und/oder unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung analysiert oder überwacht werden.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Analyse eines Ausrüstungsgegenstandes gemäß dem Verfahren der Erfindung; und
2 schematisch die Zuteilung von Positionen gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
3 eine Veranschaulichung einer Anzahl von Einzelquellen, welche gemäß der Gruppierung in 2 analysiert werden;
4 das Modellieren einer Anzahl von Quellenpaaren und einer Vierfach-Quelle;
5 eine alternative Gruppierung von Detektoren und Abschirmung;
5a eine Teileinzelheit von 5;
6 einen alternativen Einsatz von Detektoren; und
7 normierte Aktivitätsergebnisse für Bestimmungen, welche mit und ohne Standortinformation durchgeführt wurden.
1 veranschaulicht eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche die Durchführung einer zerstörungsfreien Analyse erlaubt, die bei der Überwachung einer Glove-Box 2 eingesetzt wird. Die Glove-Box besteht aus einer vertikalen Endwand 4 und Seitenwänden 6 zusammen mit einer horizontalen Oberseiten-Oberfläche 8 sowie dazwischenliegenden durchsichtigen Platten 10, durch welche der Innenraum der Glove-Box visuell überwacht werden kann.
Die Vorrichtung zur Überwachung der Glove-Box umfasst eine Reihe von beweglichen Rahmen 12 und 14 für die Seiten bzw. die Enden der Glove-Box. Die Rahmen bestehen aus einer Reihe vertikaler und horizontaler Elemente, welche dazu dienen, die individuellen Neutronen-Detektionseinheiten 16 zu tragen. In diesem Fall stellt jede Detektoreinheit 16 zwei Detektoren bereit. Vier Detektoreinheiten 16 sind an jeder Seite und zwei weitere an jedem Ende vorgesehen.
Die Signale von den Detektoreinheiten 16 werden durch einen Draht 17 zu einer Überwachungs- und Verarbeitungseinheit 18 geleitet. Sowohl die Verarbeitungseinheit 18 als auch die Trägeranordnung für die Neutronendedektoren sind tragbar.
Die Neutronen-Detektoreinheiten 16 umfassen jeweils zwei Polyethylen-moderierte ³He-Detektoren mit einer aktiven Länge von 0,5 m × 0,95 m Durchmesser. Die Detektoren sind in einem rechtwinkligen Block, 0,75 × 0,2 × 0,11 m, aus Polyethylen hoher Dichte eingeschlossen.
Die individuellen Signale jedes Detektors in jedem Paar 16 werden zu der Verarbeitungseinheit 18 übertragen und individuell aufgezeichnet.
Um zu ermöglichen, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, sollte die Bestimmung der Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeit eines Neutronendetektors der einzusetzenden Art vorgenommen worden sein. Die Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeit wird unter Verwendung einer großen Vielfalt von bekannten Probepositionen relativ zu dem Detektor im Hinblick auf die Ermittlung der Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Kontur um den Detektor herum gemessen. Somit bezieht sich jede erhaltene Zählrate auf einen Bereich von Positionen/Massen der Quelle. Die Konturkarte kann für zwei Dimensionen um den Detektor herum verwendet werden, wird jedoch sinnvoller in drei Dimensionen ermittelt.
Die Verwendung mehrerer derartiger identischer Detektoren 16 in dem tatsächlichen System bei bekannten Relativpositionen führt zu einer Gruppierung, für welche die Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeit in jeder Richtung und in jeder Entfernung bekannt ist. Somit sollte jeder Satz von Zählraten der verschiedenen Detektoren eine Anzeige für (einen) bestimme(n) Quellen-Standort(e) und die an diesem Standort vorhandene Masse liefern.
Detaillierter beinhaltet die Technik die Zuordnung einer x-, y- und z-Achse um einen gemeinsamen, vorher festgelegten Punkt herum, um einen dreidimensionalen Bezugsrahmen für den zu analysierenden Bereich zu definieren. Eine der Achsen kann einfach einem geraden Rand an der Glove-Box, wie dem Rand 20 in 1, oder einer anderen zu analysierenden Struktur zugeordnet werden. Eine typische Glove- Box zur Analyse kann 1,5 m lang, 1,2 m breit und 1,2 m hoch sein.
Insbesondere für den Fall einer dreidimensionalen Analyse ist es wünschenswert, Detektoren ober- und unterhalb des zu überprüfenden Volumens vorzusehen. Als Ergebnis wird eine bessere vertikale Auflösung erreicht. Zusätzlich oder alternativ ist es ebenfalls wünschenswert, einige der Detektoren in der horizontalen Konfiguration vorzusehen, da es die Fähigkeiten des Systems verbessert, Quellen-Standorte in der vertikalen (Z) Richtung zu ermitteln. Dies ist insbesondere dort wichtig, wo ein Zugang oberhalb und/oder unterhalb der Glove-Box oder des zu überwachenden Gegenstands nicht möglich ist.
Beim Beispiel eines zweidimensionalen Systems werden geometrische Transformationen unter Verwendung einfacher Trigonometrie angewendet, um die x,y-Koordinaten des Standortes in einen Abstand, r, und einen Winkel, Θ, um eine der Achsen zu überführen. Das System ist in 2 veranschaulicht.
Die Positionen der sechs Detektoren (30, 32, 34, 36, 38, 40) relativ zueinander und innerhalb des Koordinatensystems sind entsprechend bekannt. Somit wird für jeden Standort (Q) innerhalb des Koordinatensystems eine Quelle einer vorgegebenen Masse an diesem Standort ermöglichen, daß vorhergesagte Zählraten für die Detektor-Modelle unter Verwendung der Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Information berechnet werden.
Bei konkreter Verwendung ist die Detektor-Gruppierung um die zu analysierende Einheit herum vorgesehen, und die detektierten Neutronen werden aufgezeichnet. Die für individuelle Detektoren aufge zeichneten Detektionsereignisse werden sowohl voneinander getrennt gehalten als auch in der Art einer NCC-Analyse kombiniert, um Koinzidenzereignisse zu ermitteln. Das Zähl-Aufzeichnungsverfahren wird über einen ausreichenden Zeitraum durchgeführt, um eine repräsentative Zählrate für jeden der zu erhaltenden Detektoren zu erhalten.
Das Verfahren geht dann dazu über, potentielle Lösungsszenarien für die aus dem konkreten Zählvorgang erhaltene Information zu modellieren.
Das Modell, welches bei der Bildung einer Lösung verwendet wird, stellt eine Versuchs-Lösung, LÖSUNG A, bereit, welche einen Standort für eine Einzelquellen-Probe einer zugeordneten Masse umfasst. Die vorhergesagten Zählraten für diese Lösung werden unter Verwendung der Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Konturinformation berechnet und statistisch mit den detektierten tatsächlichen Zählraten verglichen.
Die Differenzen zwischen den vorhergesagten und tatsächlichen Zählungen jedes Detektors werden erhalten, quadriert und zusammengezählt, um ein Funktion der Fehlanpassung zu liefern. Die Versuchs-Lösung wird dann im Hinblick auf eine Minimierung der erhaltenen Summe (chi-Quadrat-Minimum) in der folgenden Weise verändert.
Die chi-Quadrat-Funktion für die Eingangssignale, welche eine Lösung (x,y plus Aktivität für ein 2-D-Modell; x,y,z plus Aktivität für ein 3-D-Modell) bildet, wird wie folgt berechnet. Der Wert eines bestimmten Eingangssignals (irgendeiner der Richtungen oder der Aktivität) dieser Lösung wird durch Berechnungen für diese Kurve angenommen, wobei der Gradient an einem +dx-Punkt mit dem Gradienten bei einer geringen Abweichung auf der anderen Seite zu diesem Punkt, –dx, verglichen wird. Der erhaltene Gradient (d.h. δchi²/δ_xl = (chi²(a = dx) – chi²(a – dx))/2dx) wird verwendet, um diejenige Richtung, bei der die nächste Veränderung bei diesem Eingangssignal erfolgen sollte, und ebenso die Größe der Veränderung zu ermitteln.
Die Gradienten für drei oder vier Systemvariablen jeder Quelle werden zusammengezogen, um einen Vektor bereitzustellen, welcher die nächste Versuchslösung, LÖSUNG B, anzeigt. Die vorhergesagten Zählraten für LÖSUNG B werden dann unter Verwendung der Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Daten und dem Vergleich mit den tatsächlichen Messungen erhalten. Die Diskrepanz zwischen LÖSUNG B und der tatsächlichen wird ebenso mit der vorhergehenden Lösung, LÖSUNG A, und der tatsächlichen verglichen. Wenn die vorhergehende Lösung, LÖSUNG A, eine bessere Anpassung als die neuere Lösung, LÖSUNG B, war, wird als Halbierungspunkt des Veränderungsvektors LÖSUNG B0,5 versucht.
Wenn LÖSUNG B0,5 eine bessere als LÖSUNG A ist, wird der Vektor-Bestimmungsvorgang für diese Lösung wiederholt, um LÖSUNG C zu liefern. Der Vorgang wird dann wiederholt, bis eine Lösung erhalten wird, welche dicht genug an den tatsächlichen Werten ist.
Wenn LÖSUNG B0,5 schlechter als der Vergleich zwischen den tatsächlichen Werten und LÖSUNG A ist, wird der neue Versuch nur ein Viertel des Weges entlang des Vektors durchgeführt, um LÖSUNG B0,25 zu liefern. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis eine bessere B-LÖSUNG als die A-LÖSUNG erhalten wird.
Als Alternative kann die Analyse das chi-Minimum entlang dem Vektor bestimmen, welches aus den Gradienten der verschiedenen Variablen ermittelt wurde, eine Geraden-Minimierungsroutine anstelle einer Reihe von Einzelversuchen.
Das Gesamtziel ist es, den chi²-Wert, chi2 = Σalle Detektoren (vorhergesagt – gemessen)2/(Fehler)2,für die Detektoren zu minimieren.
Die experimentellen Testergebnisse, welche als ermittelte Lösung für die in 3 veranschaulichte konkrete Quelle 1 erhalten wurden, sind unten zur Verfügung gestellt. Die als Versuchs-Lösung angewendete Ausgangs-Abschätzung war x = 1 cm, y = 2 cm, Aktivität= 5 × 10⁹ nps, und das iterative Verfahren führte die Modell-Lösung von diesem Punkt zu der angeführten Lösung.
Zweifellos stellen die erhaltenen Ergebnisse einen genauen Vorschlag für die Lösung dar, wobei die Vorhersage mit einem vernünftigen Grad an Präzision gemacht wurde.
Weitere konkrete Beispiele für die 15 Quellenstandorte, welche in 3 angegeben sind, sind unten gezeigt. Die Abweichungen von den tatsächlich vorhandenen Werten betragen nicht mehr als plus oder minus 5 cm, ein hoher Genauigkeitsgrad bei der Anzeige der Position der Quelle.
Um ein vielseitigeres System bereitzustellen und um zu ermöglichen, daß das System anzeigt, ob irgendein vorgegebenes Volumen von beispielsweise 100 Litern 50 Gramm Material enthält, muß das Modell fähig sein, potentiell mehr als eine anwesende Quelle zu modellieren. Bei dem zweidimensionalen Beispiel hat solch ein System sechs Freiheitsgrade, die x,y-Koordinaten und die Quellen-Aktivität der zwei Sätze. Um ein lösbares Problem bereitzustellen, ist eine äquivalente oder größere Anzahl von Detektionskanälen erforderlich.
Bei einer Multi-Quellen-Technik beginnt die Versuchslösung anfangs mit einer Quelle und ordnet dieser eine Anfangsposition und -Aktivität zu. Die Position und/oder die Aktivität wird dann verändert, und die vorhergesagten Zählraten werden mit den tatsächlichen Zählraten für die zwei Szenarien verglichen. Die Position und/oder Aktivität wird wiederholt verändert, wenn das System versucht, eine vorhergesagte Position/Aktivität und die daraus folgenden vorhergesagten Zählraten an die beobachteten Zählraten anzupassen, wie es oben beschrieben ist. wenn die vorgeschlagenen Lösungen und die tatsächlichen Zählraten eine Situation erreichen, bei der die chi-Quadrat-Werte minimiert sind und unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegen, wird die Lösung als endgültig angesehen. Wenn der chi-Quadrat-Wert minimiert ist, der Schwellenwert jedoch überschritten wird, wird eine zweite Quelle in die Versuchs-Lösung eingeführt und der Vorgang fortgesetzt, wobei das iterative Verfahren auf beide Quellen-Standorte, die in der Lösung vorgeschlagen sind, angewendet wird. Die Anzahl der Quellen wird so lange inkremental erhöht, bis eine minimierte Lösung unterhalb des Schwellenwertes erreicht wird.
Bei einer alternativen Multi-Quellen-Technik beginnt das System mit einer Vielzahl von Quellen und schreitet zu der Lösung fort, welche den gewünschten Anpassungsgrad überschreitet, der die minimale Quellenanzahl aufweist. Weitere Details werden unten in Verbindung mit 6 angegeben.
Für ein dreidimensionales System mit bis zu vier Quellen wären auf ähnliche Weise 16 oder mehr getrennte Detektoren erforderlich, um eine einzigartige Lösung für die x,y,z-Koordinaten und die Quellenaktivität für vier Sätze von Quellen-Standorten in den vorgeschlagenen Lösungen zu liefern.
4 gibt eine Veranschaulichung einer zweidimensionalen Analyse für zwei Quellen bei einer Anzahl von Standorten wieder, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
Wiederum wurden die Standorte und die Aktivitäten der zwei Quellen mit einem hohen Genauigkeitsgrad, wiederum in den meisten Fällen innerhalb 5 cm, identifiziert.
Das Zwei-Quellen-Modell wurde auch gegenüber den tatsächlichen Zählungen, welche von vier Quellen (1, 4, 12, 13) mit den in 4 veranschaulichten Positionen erhalten werden, und mit dem nachfolgenden Ergebnis getestet.
Selbst auf zwei Quellen begrenzt, wie es das Modell war, erfolgte eine vernünftige Abschätzung, wenn die vorhergesagten Positionen (48, 41 und 42, 84) direkt zwischen den tatsächlichen Positionen der vier Quellen waren, wobei die Aktivität als Zweifaches der individuellen Aktivität für jedes Element der konkreten Paare vorhergesagt wurde.
Bei dem bevorzugten System sind der Standort und der Aktivitätspegel vorgesehen, da die Modellierung von beiden bei einer genaueren Ermittlung des Aktivitätspegels anstelle der Anwendung des Schlimmste-Fall-Szenarios und beim Justieren des Ergebnisses signifikant ist. Das Ergebnis kann jedoch nur als ein Aktivitätspegel allein dargestellt werden, wenn die Standort-Information nicht verwendet wird.
Bei einer alternativen Gruppierung werden die vertikal ausgerichteten Detektorpaare, welche Einheiten 16 bilden, gegen horizontal ausgerichtete Detektoren ausgetauscht. Jedes Paar wird durch vier Detektoren mit einer verringerten aktiven Länge, 0,5 m, ausgetauscht.
Um die durch die Erfindung bereitgestellte Auflösung zu unterstützen, veranschaulicht 5 im Querschnitt eine alternative Anordnung.
Bei dieser Art sind die Detektorpaare 16 der aktiven Seite, A, ausgesetzt, welche die zu zählende(n) Quelle(n) enthält. Die Detektorpaare 16 sind jedoch von der nicht aktiven Seite, NA, abgeschirmt. Unter diesen Umständen ist die nicht aktive Seite diejenige, auf welcher keine Messung betrieben werden soll, sie kann unter dem Gesichtspunkt der Erzeugung von Zählereignissen aktiv sein. Tatsächlich kann der Pegel der Kontamination in angrenzenden Glove-Boxen unter Umständen weit höher sein als derjenige der Glove-Box auf der untersuchten aktiven Seite. Die Abschirmung 100 verringert oder beseitigt die Anzahl von Zählereignissen, welche auf der nicht aktiven Seite erfolgen, welche andernfalls durch die Detektoren detektiert werden könnten und so ein falsches Auslesen ergeben. Für die Abschirmung 100 wird ein Neutronen absorbierendes Material bevorzugt.
Um zu ermöglichen, daß die Umgebungen des zu überwachenden Gegenstandes oder Volumen überwacht werden, kann eine Hintergrund-Zählrate ermittelt und abgezogen werden, um die individuellen Detektoren einzustellen. Die Ermittlung einer einzigen Hintergrund-Zählrate, welche auf alle Detektoren in der gleichen Weise angewendet wird, wird bevorzugt, da dies verhindert, daß mehrere verschiedene Hintergründe angewendet werden, was wiederum die Anzahl der Quellen, davon jede eine Variable, die gelöst werden könnte, einschränkt.
Als weiteres Merkmal, ebenfalls in 5 veranschaulicht, sind die Detektorpaare 16 zwischen Blöcken aus Polyethylen 102 eingelassen. Die zwei Zentralpaare 16a sind von dem Polyethylen an zwei Seiten eingeschlossen, wogegen die Paare 16b lediglich an der Innenseite, mit offener Außenseite 104, eingeschlossen sind. Das Polyethylen wirkt als Abschirmungs-/Kollimator-Material und verringert so das Gesichtsfeld der Detektorpaare. Das Gesichtsfeld ist schematisch für eines der Detektorpaare 16a durch gestrichelte Linien und für eines der Detektorpaare 16b durch gepunktete Linien veranschaulicht. Wie in der Detailansicht von 5 veranschaulicht ist, liegen zwei Detektoren selbst in einem Block aus Polyethylen, was die Detektoranordnung bildet. Das eingeschränkte Gesichtsfeld liefert eine verbesserte Auflösung, da die Kollimation eine größere Veränderung des Detektorwirkungsgrads mit dem Quellen-Standort verursacht. Geringe Bewegungen der Quellen-Position liefern größere Veränderungen der Zählrate, was eine einfachere, genauere Analyse ermöglicht. Die offenen Enden 104 stellen jedoch sicher, daß es keine Blindpunkte an der Detektor-Gruppierung gibt.
Detektoreinheiten sind wünschenswert ebenfalls oberhalb und unterhalb des zu vermessenden Gegenstandes angeordnet, um mehrere verschiedene Blickpositionen für das Modellierungs-Verfahren zu liefern.
Bei einer alternativen Konfiguration des Systems, veranschaulicht in 6, sind die in Polyethylen hoher Dichte eingeschlossenen Detektoren des oben diskutierten Typs in Anordnungen von vier horizontalen Modulen um die zugängliche Oberfläche der zu betrachtenden Glove-Box herum eingesetzt. In diesem Fall sind zwei Anordnungen an jeder Seite mit einer weiteren Anordnung an jedem Ende des Volumens vorgesehen.
Größere Zahlen von Anordnungen und/oder Modulen können für größere Behältnisse vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich von 1 m³-Glove-Boxen bis 10 m³-Verfahrensgefäße.
Das Trägergestell des oben diskutierten Typs für die Anordnung kann freistehend oder mit der Glove-Box-Struktur verbunden sein.
Die Einrichtungen der Systemelektronik und Datenaufzeichnung sind entfernt vorgesehen, um die Kontamination der Systemkomponenten zu verhindern.
Einmal um das Zielvolumen herum angeordnet, wird die Zählrate jeden Moduls in der Gruppierung unabhängig überwacht und aufgezeichnet.
Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel beginnt die Analyse mit der Erzeugung einer Vielzahl von Quellen in dem Volumen, wovon jede eine zugewiesene Aktivität hat.
Ein Vergleich zwischen den vorhergesagten Zählraten der Modell-Lösung und den tatsächlichen Zählraten wird wie oben erörtert durchgeführt. Wieder wird ein iteratives Verfahren verwendet, um die Differenz unter Verwendung eines chi-Quadrat-Tests zwischen den modellierten und den tatsächlichen Zählraten durch Veränderung der Quellen-Standorte und/oder -Aktivitäten zwischen einer Modell-Lösung und der nächsten zu minimieren.
Wenn der chi-Quadrat-Wert für eine vorgegebene Anzahl von Quellen minimiert wurde, sucht das Modell zu ermitteln, ob einige dieser Quellen unwesentlich sind, indem diese aus dem Modell entfernt werden und die Auswirkung auf den entstehenden chi-Quadrat-Wert ermittelt wird. Wenn dieser chi-Quadrat-Wert sich um mehr als einen vorher zugewiesenen Schwellenwert erhöht, wird die Quelle als wesentlich bestimmt. Wenn die Beseitigung der Quelle jedoch nicht zu einer diesen Schwellenwert überschreitenden chi-Quadrat-Veränderung führt, wird das iterative Modellierungsverfahren mit einer Quelle weniger wiederholt. Bei der Wiederholung des Vorganges läßt man die Standorte und Aktivitäten der Quellen sich ändern. Sobald wieder ein minimierter chi-Quadrat-Wert erreicht ist, bewertet die Analyse erneut, ob einige der Quellen unwesentlich sind und ausrangiert werden können.
Der Vorgang wiederholt sich, bis die minimale Zahl von Quellen, die für ein erfolgreiches Modellieren der ge messenen Zählungen wesentlich sind, erreicht ist. In diesem Stadium zeigt die Berechnung die relative Aktivität und die relative Position der Plutonium-Konzentration in drei Dimensionen an.
Auf der Grundlage der Tatsache, ob hohe Konzentrationen als Punktquellen, Dünnschicht-Abscheidungen auf einer horizontalen Ebene oder andere Konfigurationen einer Kontamination detektiert werden, kann die anschließende Behandlung des Volumens beurteilt werden.
Mit vielen Quellen zu beginnen und sich herunterzuarbeiten bietet sowohl Vorteile bei der Vermeidung von falschen Minimum-chi²-Werten als auch bei einer besseren Ermittlung des gesamten spaltbaren Gehaltes.
Während die Koinzidenzzählraten für die Gesamtgruppierung der Detektoren bei der grundlegenden Überwachung der tatsächlichen Quelle verwendet werden, kann eine zusätzliche Information aus der Verwendung der Koinzidenzzählraten aus den Paaren oder vier Paaren der Detektoren in einer Einheit oder Anordnung und/oder allen Detektoren in Kombination erhalten werden. Eine erhöhte Auflösung entsteht, da mehr gemessene Information zur Verwendung verfügbar ist; NCC-Zählraten variieren stark mit der Position, was zu vermehrtem Abtasten führt; und NCC-Zählungen sind weniger anfällig gegen Hintergrundstrahlungs-Fehler.
Bedeutsam wird die Analyse der vorliegenden Erfindung niemals eine höher gestreute Lösung ergeben, als dies tatsächlich der Fall ist, als Ergebnis kann beispielsweise eine falsche Anzeige, daß das 50 g/100 l-Kriterium erfüllt ist, nicht gegeben werden.
Die Genauigkeit der Ergebnisse kann in Situationen weiter verbessert werden, bei denen eine wiederholte Überwachung von ähnlichen Situationen auftritt, indem die Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Konturinformation mit den Modulen in ihren Verwendungspositionen gebildet wird, wobei die Gesichtsfeld-Begrenzer eingeschlossen sind, wenn diese verwendet werden. Auf diese Weise kann der begrenzte, aber detektierbare Abschirmungseffekt der zu überwachenden Einheit abgezogen und das Ansprechen der Module an ihre tatsächliche Position angepasst werden, seien sie an den Ecken der Einheit oder der Mitte der Seiten.
Als ein alternatives Abschirmungssystem können getrennte tragbare Neutronen abbremsende Abschirmungsstrukturen in eine Position um die angeordnete Detektor-Gruppierung oder um bestimmte Teile herum, beispielsweise zwischen Glove-Boxen, gebracht werden.
Die oben beschriebenen Techniken erzeugen eine Information bezüglich der Pu-240Äq-Masse in dem zu überwachenden Gegenstand. Ein hochauflösendes Gamma-Spektrometer kann verwendet werden, um den Gamma-Spektren-Ausstoß aus der Einheit zu überwachen und folglich das Pu:U-Verhältnis zu ermitteln. Eine weitere Information, wie die Pu- und U-Isotopenzusammensetzung und U-Anreicherung kann ebenfalls auf diese Weise ermittelt werden. Die Pu-240Äq- und Spektrometer-Analyse ermöglicht es auch, daß der gesamte Pu- und der gesamte spaltbare Gehalt für den Gegenstand berechnet werden können.
Die vorliegende Erfindung schafft mehrere beträchtliche Vorteile gegenüber Systemen gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere wird der genaue Ort von signifikanten Konzentrationen und verbleibender Kontamination von dem bildgebenden Analyse-System genau identifiziert. Dies ermöglicht es, daß ein wirksames und gezieltes Reinigungs-System bereitgestellt werden kann. Als Folge entstehen verringerte Kosten und unterstützte Sicherheit.
Wenn die Orte einer verbleibenden Kontamination innerhalb des Volumens genau identifiziert wurden, wird zusätzlich ein realistischer Wert für die Kalibrierung erhalten, anstelle eines Schlimmster-Fall-Szenarios, bei dem der Pegel des Plutoniums, welcher diese Ergebnis liefern würde, bei dem am wenigstens effizienten Detektionsort angenommen werden muß. Die Vorteile aus dieser Verbesserung werden anhand 7 klar, die normierte Aktivitäts-Bestimmungen für 55 getrennte Analysen darstellt. Die quadratischen Blöcke zeigen das Ergebnis ohne Ortsermittlung und die Rauten die den Ort umfassende Bestimmung. Die Balken auf den Rauten stellen 1 Standardabweichung um das Ergebnis dar.

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Neutronenquelle, welches umfasst i) Bereitstellen einer Mehrzahl von Neutronendetektoren (16) in bekannten Relativlagen zueinander; ii) Überwachen der Neutronen-Detektionsraten für die Detektoren (16), welche durch die unbekannte(n) Quelle(n) verursacht sind; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem umfaßt: iii) Vorschlagen eines oder mehrerer Modell-Quellen-Standorte (48, 41, 42, 84) relativ zu den Detektoren (16) sowie eines Aktivitätspegels für die Modell-Quelle(n); iv) Vorhersagen von Neutronen-Detektionsraten für die Modell-Quelle(n); v) Vergleichen der vorhergesagten und der tatsächlichen Detektionsraten; vi) Einstellen des oder der Modell-Quellen-Standorte(s) (48, 41, 42, 84) und/oder der -Aktivität(en) derart, daß die Differenz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Detektionsraten verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei dem ersten Lösungsversuch eine Mehrzahl von Quellen eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl der Quellen bei weiteren Versuchs-Lösungen verringert wird, wenn der Vergleich zwischen vorhergesagter und tatsächlicher Detektionsrate minimiert ist und nicht über einen bestimmten Toleranzwert hinaus vergrößert würde, wenn eine der Quellen entfernt würde.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die vorhergesagte Detektionsrate für einen Detektor aus gespeicherten Kalibrierungsdaten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kalibrierungsdaten erhalten werden, indem die tatsächlichen Zählraten für einen einzelnen Detektor (16) bei variierenden Quellen-Standorten und/oder -Aktivitäten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Kalibrierungsdaten für die Detektoren (16) bei den unter Einsatzbedingungen verwendeten Relativlagen der Detektoren (16) zueinander erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Kalibrierungsdaten bei Relativlage der Detektoren (16) zu dem zu überwachenden Volumen oder Gegenstand (2) erhalten werden, wobei die Detektoren (16) relativ zu einer Attrappe des zu vermessenden Volumens oder Gegenstandes (2) um ein entsprechendes Volumen oder einen entsprechenden freien Raum herum angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Kalibrierungsdaten aus einer Anzahl von Kalibrierungsversuchen extrapoliert werden, um einen Satz von Detektions-Ansprechwahrscheinlichkeits-Konturinfor mationen bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die vorhergesagten Zählraten und tatsächlichen Zählraten miteinander verglichen werden, indem die Differenzen zwischen den zwei Sätzen von Werten zusammengezählt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Summe der Quadrate der Differenzen als Vergleich zwischen den tatsächlichen und den vorhergesagten Zählraten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem ein veränderter Versuchs-Quellen-Standort (48, 41, 52, 84) und/oder eine veränderte -Aktivität so lange bereitgestellt werden, bis der Vergleich einen bestimmten gewünschten Grenzwert erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der veränderte Versuchs-Quellen-Standort (48, 41, 42, 84) und/oder die veränderte -Aktivität ausgewählt werden, indem für die tatsächlichen und vorhergesagten Ergebnisse eine Vergleichsfunktion ermittelt wird, welche den Effekt von geringfügigen Veränderungen in der Modell-Lösung bestimmt und die Werte der nächsten Modell-Lösung entsprechend dem Richtungs- und/oder dem Größeneffekt anpaßt, welche durch die geringfügige Veränderung nahegelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Vergleichsverfahren und der Effekt der geringfügigen Veränderung getrennt voneinander für jede räumliche und Aktivitäts-Variable ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die individuellen Veränderungs-Effekte kombiniert werden, um die Veränderung zwischen einer Modell-Lösung und der nächsten zu ergeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine Modell-Lösung mit der vorhergehenden Modell-Lösung verglichen wird und eine veränderte Modell-Lösung verwendet wird, wenn die Modell-Lösung eine schlechtere Anpassung als die vorhergehende Modell-Lösung bietet, wobei die veränderte Modell-Lösung eine Lösung umfasst, welche in einem oder mehreren Werten zwischen der Modell-Lösung und der vorhergehenden Modell-Lösung liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem ein Vorschlag (48, 41, 42, 84) für den tatsächlichen Quellen-Standort und die tatsächliche -Aktivität bereitgestellt wird, wenn die Einstellung des Versuchs-Quellen-Standortes und/oder der -Aktivität beendet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Standort als Funktion eines Koordinatensystems und/oder als Funktion einer Entfernung und eines oder mehrerer Winkel von einem festen Punkt ausgedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Standort dem Bedienungspersonal auf einer Anzeigeeinheit (18), einem Monitor, einem Ausdruck und/oder auf der Einheit selbst angezeigt wird, um eine Visualisierrung des Quellenstandortes (48, 41, 42, 84) relativ zu der Einheit (18) zu ermöglichen.
Vorrichtung zur Überwachung einer Neutronenquelle, welche umfasst: i) eine Mehrzahl von Neutronendetektoren (16) in bekannten Relativlagen zueinander. ii) Verarbeitungsmittel (18) zur Überwachung der Neutronen-Detektionsraten der Detektoren (16), welche durch eine oder mehrere unbekannte Quellen verursacht werden; dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung außerdem umfasst iii) Datenspeicherungsmittel, welche vorhergesagte Neutronen-Detektionsraten der Neutronen-Detektoren (16) für variierende Quellen-Standorte und Quellen-Aktivitätspegel umfassen; und bei dem die tatsächlichen Neutronen-Detektionsraten mit den vorhergesagten Neutronen-Detektionsraten für einen Modell-Quellen-Standort (48, 41, 42, 84) und einen -Aktivitätspegel verglichen werden und bei der die Modell-Quellen-Standorte (48, 41, 42, 84) und/oder -Aktivität eingestellt wird, um die Differenz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Detektionsraten zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei dem die Neutronen-Detektoren (16) entlang wenigstens zwei Seiten des Volumens und der Ober- und Unterseite bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, bei der eine Mehrzahl der Detektoren (16) horizontal und vertikal voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei der die Relativlagen der Detektoren (16) zueinander und/oder relativ zu der Quelle in zwei Dimensionen oder in drei Dimensionen unter Verwendung eines Koordinatensystems oder in Werten eines Entfernungsund Winkelsystems betrachtet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der das Koordinatensystem oder das Winkelsystem um einen feststehenden Punkt herum definiert ist, welcher einem der Detektoren (16) oder einem festgelegten Punkt auf dem zu überwachenden Gegenstand (2) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei der in dem Koordinatensystem eine oder mehrere Achsen derart definiert sind, daß sie einer oder mehreren Kanten (20) des zu überwachenden Gegenstandes (2) entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei dem in dem Winkelsystem eine oder mehrere Kanten (20) des zu überwachenden Gegenstandes (2) die Achse bilden, relativ zu der der oder die Winkel ermittelt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der Einzelheiten über vorgegebene Koordinaten-Achsen und/oder einen oder mehrere feststehende Punkte für eine vorgegebene Gegenstandsart voreingestellt sind und bei der vorgegebene Detektorstandorte (16) auf dem Gegenstand für eine vorgegebene Gegenstandsart eingestellt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei der ein oder mehrere Detektoren (16) und/oder Detektor-Paare (16a, 16b) mit einem eingeschränkten Gesichtsfeld (A) ausgestattet sind, von dem aus Neutronen detektiert werden können, wobei das Gesichtsfeld (A) durch Neutronen-Abschirmungsmaterial (102) eingeschränkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Gesichtsfeld (A) der Neutronendetektion (16) für einen oder mehrere Detektoren (16) und/oder Detektor-Paare (16a, 16b) auf einen Bogen von zwischen 10 und 150° um die longitudinale Achse des Detektors herum begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, bei der ein oder mehrere Detektoren (16) und/oder Detektor-Paare (16a, 16b) in der Nähe der Ecken des zu überwachenden Volumens mit einem größeren Gesichtsfeld versehen sind als die anderen Detektoren (16).