EP4182729A1 - Verfahren zum entscheidungsmessen eines messguts unter verwendung einer freimessanlage, computerprogrammprodukt sowie freimessanlage - Google Patents

Verfahren zum entscheidungsmessen eines messguts unter verwendung einer freimessanlage, computerprogrammprodukt sowie freimessanlage

Info

Publication number
EP4182729A1
EP4182729A1 EP21728838.0A EP21728838A EP4182729A1 EP 4182729 A1 EP4182729 A1 EP 4182729A1 EP 21728838 A EP21728838 A EP 21728838A EP 4182729 A1 EP4182729 A1 EP 4182729A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measurement
measured
measuring
detectors
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21728838.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Thomas
Michele Pastena
Bastian Weinhorst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safetec GmbH
Original Assignee
Safetec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safetec GmbH filed Critical Safetec GmbH
Publication of EP4182729A1 publication Critical patent/EP4182729A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/167—Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination

Definitions

  • the invention relates to a method for the decision-making measurement of a measurement item using a clearance measurement system and a computer program product and a clearance measurement system with a measurement chamber and a plurality of detectors surrounding the measurement chamber for detecting radioactive radiation.
  • the term "decision measurement” means the measurement of the radioactive activity of material subject to nuclear surveillance.
  • nuclear law monitoring is regulated by the Atomic Energy Act and the Radiation Protection Ordinance.
  • the material that is subject to nuclear monitoring arises in particular when a nuclear facility, in particular a nuclear power plant, is dismantled or demolished. In this respect, the material can be rubble, metal parts, etc., for example.
  • Material that is subject to nuclear law monitoring, the activity of which is demonstrably below the level required by the legislation, as determined by the decision measurement can be released on the basis of an official decision.
  • the metrological proof that the measured material is below the required level, which is the result of the decision measurement is also referred to as "clearance measurement".
  • clearance measurement and decision measurement are also used synonymously.
  • the actual decision to release the material from nuclear monitoring is referred to as "release” and in Germany is a legal administrative act by the relevant authority.
  • the clearance measurement is a preliminary stage of the release.
  • the measurements on the material itself are referred to as decision measurements, since they are used to decide whether to release it.
  • the material or the cleared material is no longer a radioactive substance within the meaning of nuclear law, so it no longer needs to be monitored under nuclear law and can be reused accordingly or disposed of more cheaply than nuclear waste, for example. This avoids an extremely costly disposal of nuclear waste in a special repository.
  • the vast majority of the total mass of the nuclear facility can be released, since most of the material has never come into contact with radioactivity.
  • the decision measurement is carried out in a measurement chamber surrounded by a number of detectors.
  • the detectors can record the activity of the material introduced into the measuring chamber.
  • the measuring chamber with the detectors surrounding it is therefore referred to as a clearance measuring system.
  • the material subject to nuclear regulatory surveillance is often sorted according to material type, for example concrete or metal, and typically filled into a measuring container, for example a lattice box or a big bag.
  • the filled measuring container can then be placed in the measuring chamber of the clearance measuring system be introduced and the activity of the material in the measuring container can be determined by means of the detectors by means of the decision measurement.
  • the material that is subject to nuclear monitoring is referred to in decision measurements and in the following as measured material, since it is the subject of decision measurements.
  • an efficiency of the detectors In order to determine the activity, in addition to the measurement data obtained, an efficiency of the detectors must also be determined, which can be used to calculate the actual activity and which, in particular, must be multiplied by the count rate measured by the detectors.
  • the efficiency of a detector indicates the ratio between the particles emitted from the material being measured into a detector surface or a detector volume of the detector and the particles counted by the detector.
  • the degrees of effectiveness can be determined by appropriate calibration of the detectors, for example with the aid of calibration containers.
  • calibration containers are used with a homogeneous activity distribution within the material to be measured. Strictly speaking, however, the efficiencies determined in this way may only be used if the activity in the measuring material in the measuring container is also homogeneously distributed. If the activity distribution in the measured material in the measuring container deviates from the activity distribution in the calibration container, the activity is underestimated or overestimated. In order to avoid an underestimation (also referred to as non-conservative), a statement as accurate as possible about the activity distribution in the measured material in the measuring container must be made.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved method for the decision-making measurement of a measurement item using a clearance measurement system and a computer program product and a clearance measurement system, by means of which the activity distributions within the measurement material can be determined very precisely in a simple manner and the probability of a to be measured in the clearance measurement system is as high as possible.
  • the object is therefore achieved by a method for decision-making measurement of a measurement item using a clearance measurement system with a measurement chamber and a plurality of detectors surrounding the measurement chamber for detecting radioactive radiation, the method having the following steps:
  • the method according to the invention provides that the material to be measured is arranged at at least two or more different measurement positions within the measurement chamber and is measured by means of the detectors.
  • a counting rate is recorded in each case.
  • additional location-dependent information is generated compared to a measurement at only one measuring position. This additional location-dependent information allows a particularly exact localization of the activity in the measured material or, in other words, a particularly exact determination of the activity distribution.
  • Measurement positions mean spatial positions of the volume of the material to be measured within the volume of the measurement chamber in which the material to be measured is located. In this respect, the measurement position also includes an orientation of the material to be measured relative within the measurement chamber.
  • the at least one further measurement position can differ from the at least one first measurement position not only in that the material to be measured is closer to an inside of the measurement chamber than it is still in the first measurement position, but instead, for example, in that the material to be measured has been rotated, for example .
  • the material to be measured can be shifted from the first measuring position into the at least one further measuring position in any of the three spatial directions and/or rotated in any way.
  • the measurement position can be from the first measurement position to the at least one additional measurement position, and also from one of the additional measurement positions to another of the additional measurement positions, by moving the material to be measured accordingly within the measurement chamber.
  • the steps of the method are carried out in the order listed. Accordingly, the material to be measured is first measured in the first measurement position and then in the at least one further measurement position by means of the detectors, or its radioactive radiation is recorded.
  • the method also has the step: simulating a count rate of each detector in the at least one further measurement position of the material to be measured.
  • the simulation can take place before the item to be measured is arranged in the at least one further measuring position and/or before the item to be measured is arranged in the first measuring position.
  • the step of simulating the count rate of each detector can of course also be carried out in the first measurement position.
  • the additional measurement positions can first be determined by simulation. This can ensure that further measurement positions that are as suitable as possible are determined, in which there is a high probability that the material to be measured can be cleared.
  • the simulation of the counting rate takes place under the assumption that a point source is arranged within the measurement material at the at least one further measurement position of the measurement material within the measurement chamber. Accordingly can the count rate can also be simulated for assuming the arrangement of the point source within the measurement material at the first measurement position.
  • the point source has a known activity, so that the efficiency of the detectors for the point source at the at least one additional measurement position or in the additional measurement positions can be determined using the simulated count rate.
  • the spotlight can be formed by the isotope Co-60.
  • the energy of the particles emitted by Co-60 is relatively high compared to the particle energies of other radionuclides that usually occur during the dismantling of nuclear facilities. The higher the particle energies, the more likely it is that the particles can penetrate the material and hit the detectors. They are more likely to deposit greater energy there. If the measured material actually emits particles with lower energy (e.g. Cs-137), the assumption of the point emitter formed from the isotope Co-60 leads to conservatism for the purposes of the simulation. This means that an activity that can be determined within the scope of the method overestimates the actual activity in the measured material.
  • the spotlight is assumed to be arranged in a center of the material to be measured.
  • the center refers in particular to a volume center of the material to be measured or its volume.
  • the activity for the measured material is also overestimated by such an arrangement or assumption of the point source or assumed to be maximally conservative.
  • the at least one further measurement position comprises at least two further measurement positions that differ from the first measurement position and from one another.
  • the at least one further measurement position can in particular be a plurality of further measurement positions.
  • the further measurement positions each differ from the first measurement position and the other measurement positions. If several other measurement positions are used, the material to be measured is arranged and measured in one of these several other measurement positions and then arranged and measured in another of these several other measurement positions, with this being repeated for each of the other measurement positions.
  • the number of further measuring positions can be in particular in the range from 2 to 20, and in particular in the range from 3 to 12 specifically in the 4 to 10 range.
  • the number of further measurement positions can therefore be 6, for example. It has been shown that this number of additional measurement positions significantly increases the probability of a clearance measurement.
  • the efficiency of each detector in relation to the respective one of the at least two further positions is determined from the simulation for each of the at least two further measurement positions.
  • the efficiency can also be determined for the first measurement position before the corresponding measurement of the material to be measured is carried out in the first measurement position.
  • the corresponding information can be saved. This can be done, for example, in the form of a table.
  • the radioactive radiation or count rates recorded by the detectors in each case at the further measurement positions with the greatest possible efficiency are used.
  • the activity distribution in the material to be measured is then determined using the radioactive radiation or measured values or count rates recorded by the detectors in each case at the further measurement positions with the greatest possible efficiency.
  • those radioactive radiations or count rates detected by the detectors that have been carried out with the highest efficiency are used to determine the activity distribution in the measurement material for each measurement carried out on the measurement material in the further measurement positions.
  • those recorded radioactive radiations or count rates are used.
  • the recorded radioactive radiation or count rates can also be used in other Measurement positions are included in the evaluation and thus provide further information. This reduces the detection limit and conservatism.
  • the probability of measuring the material to be measured increases significantly compared to the solution in the prior art, in which an attempt is made to increase the overall efficiency of all detectors.
  • the material to be measured from a large number of simulated further measurement positions is only arranged in those further measurement positions within the measurement chamber and its radioactive radiation is detected by means of the detectors in which at least one of the large number of simulated further measurement positions has at least one greatest possible efficiency detector has been determined.
  • more further measurement positions are simulated than are actually measured, or in other words only those are selected from the simulated further measurement positions for which at least one detector exhibited the highest efficiency.
  • the material to be measured can be arranged in a measuring container within the measuring chamber.
  • a lattice box, a metal box, a big bag (flexible bulk material container), a pallet or the like can be used as the measuring container.
  • the measuring container can be a container that is used, for example, during the dismantling or demolition of a nuclear facility, in particular a nuclear power plant, for storing and transporting the dismantling material that is used as the measured material is measured, is used.
  • the material to be measured can in particular be a dismantling material of a nuclear facility.
  • one of the at least one further measurement position of the material to be measured within the measurement chamber is assumed by moving and/or rotating the material to be measured within the measurement chamber in relation to the first measurement position or a previous further measurement position.
  • the object is achieved by a computer program product that can be executed by a processing unit of a clearance meter, the computer program product being set up to execute the method according to the first aspect of the invention.
  • the processing unit can be designed, for example, as a control unit and/or computing unit of the clearance measurement system. Accordingly, the Processing unit adjust the arrangement of the measurement material within the measurement chamber and also control the detectors and determine the activity distribution.
  • the object is achieved by a clearance measurement system with a measurement chamber and a plurality of detectors surrounding the measurement chamber for detecting radioactive radiation, the clearance measurement system being set up to carry out the method according to the first aspect of the invention.
  • the clearance measurement system has a movement device in the measurement chamber, which is set up to arrange the material to be measured in the first measurement position and in the at least one further measurement position within the measurement chamber. Accordingly, the movement device can provide at least the first measurement position and the at least one further measurement position of the material to be measured in the measurement chamber.
  • the movement device can be a device that is separate from or combined with a feed device for feeding the material to be measured into the measurement chamber.
  • the movement device can be, for example, a roller or conveyor belt or the like, which can be correspondingly adjusted in height and/or tilted.
  • the measurement position of the measurement material in the measurement chamber can be changed, for example, by a corresponding feed of the measurement material by means of the roller or conveyor belt into the measurement chamber.
  • the detectors can in particular be gamma detectors.
  • Gamma detectors are designed to detect gamma radiation or gamma quanta.
  • the detectors can be in the form of scintillation counters, in particular plastic scintillation counters.
  • the scintillation counters can have a detector volume and a detector area.
  • the term detector surface designates the surface of the detector facing the radiation source.
  • the particles, in particular gamma quanta can fall through the detector surface into the detector volume and be detected in the detector volume.
  • the detectors can have, for example, a detector volume of 2200 cm 3 with a detector area of approximately 400 cm 2 .
  • the detectors can be shielded from alpha and beta radiation.
  • the detectors may further include a photomultiplier, a discriminator and a counting unit.
  • the volume effect in the crystal can be used, while the detection mechanism in the case of a counter tube, for example, is only an area effect on its surface.
  • a large number of gamma quanta can thus be detected in the detection volume of the scintillation counter, which means that the counting rate is very high and there is a high probability that an interaction will occur.
  • the detector surfaces of the detectors surround the measuring chamber essentially without interruption. Essentially means that a completely uninterrupted environment does not have to or can be achieved. For example, it may be sufficient if the measuring chamber is surrounded by the detector surfaces of the detectors by at least 95%, for example 98%. A 4TT space coverage is preferably achieved so that all particles emitted by the measurement material can be detected by the detectors. Accordingly, the detector surfaces can be located on the inside of the measuring chamber.
  • FIG. 1 shows a perspective side view of an exemplary embodiment of a clearance measurement system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the measuring chamber of the clearance measuring system from FIG. 1 with its detectors
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the material to be measured in a first measurement position within the measurement chamber from FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the material to be measured in an example of a further measurement position within the measurement chamber from FIG. 2, which is different from the first measurement position;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the material to be measured in an exemplary further measuring position within the measuring chamber from FIG. 2, which is different from the first measuring position and the further measuring position from FIG. 4;
  • Figure 6 is a schematic representation of a sequence of an inventive
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a clearance measurement system 100 according to the invention.
  • the clearance measurement system 100 has a measurement chamber 30 and a feed device 60 .
  • the feed device 60 is designed as a roller conveyor, but can alternatively also be designed in some other way, for example as a conveyor belt, an industrial truck, a crane or the like.
  • a measuring container 40 with the material to be measured 50 located therein is fed to the measuring chamber 30 or arranged in the measuring chamber 30.
  • the measuring container 40 is in the present case designed as a lattice box, but can also be designed in some other way, for example as a big bag, a metal box, a pallet or the like.
  • the measuring chamber 30 is enclosed by a container 70 .
  • the measuring chamber 30 is designed as a type of container that is set up to hold the measuring container 40 .
  • the measuring container 40 can be arranged inside the measuring chamber 30 .
  • the measuring chamber 30 can be opened in order to arrange the measuring container 40 therein.
  • the measuring chamber 30 has corresponding doors which allow the measuring chamber 30 to be opened.
  • the measuring chamber 30 is equipped with a plurality of detectors 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 (hereinafter 1...24).
  • the measuring chamber has 3024 detectors 1...24.
  • the measuring chamber 30 can also have fewer or more detectors 1...24. With a sufficient number of detectors 1 . . .
  • the detector surfaces of the detectors 1...24 are arranged on the sides of the measuring chamber 30 around it.
  • FIG. 3 now shows the measurement material 50 received by the measurement container 40 and therefore not visible in a first measurement position 80 within the measurement chamber 30.
  • the measurement material 50 is located in the center of the measurement chamber 30.
  • Gamma particles emitted within the measurement material 50 can pass through the measurement material 50 step through and then meet one of the detectors 1...24.
  • the detector 1...24 detects the radioactive radiation of the material to be measured 50, as is described below.
  • the gamma particles interact within a detector volume with the electrons of a detector material of the respective detector 1...24. Through this interaction, so-called scintillation photons are generated, which are generated using the photo effect of a photo-electron multiplier of the respective detector 1...24 can be converted into an electrical pulse.
  • the electrical pulse is forwarded to a discriminator of the respective detector 1...24, which forwards the electrical pulse to a counting unit of the detector 1...24 when a certain threshold value is exceeded.
  • the counting unit records the electrical pulse as a counting event and thus forms a counting rate over the period of the measurement.
  • FIG. 4 shows the same measurement item 50 from FIG. 3 in a further measurement position 81 which differs from the first measurement position 80 .
  • the material to be measured 50 which is picked up by the measuring container 40, is located on a lower and left edge of the measuring chamber 30.
  • FIG. 5 shows the same item 50 to be measured from FIGS. 3 and 4 in yet another further measuring position 82 which differs from the first measuring position 80 and the further measuring position 81 .
  • the material to be measured 50 which is received by the measuring container 40, is located on an upper and right edge of the measuring chamber 30.
  • FIG. 6 shows a sequence of an exemplary embodiment of a method according to the invention for the decision measurement of the measurement item 50. This method is explained below with regard to the previously explained FIGS. 1 to 5, in particular FIGS. 3 to 5.
  • a first step 200 the measurement material 50 arranged in the first measurement position 80 within the measurement chamber 30, as shown in FIG 50 determined.
  • the central position of the material to be measured 50 in the measuring chamber 30 maximizes the overall efficiency of the detectors 1...24.
  • the material to be measured 50 can already be cleared in this first step 200 . If this is not possible, but it cannot be ruled out that the item to be measured 50 cannot be measured after all, a transition is made to the second step 210 .
  • the material to be measured 50 is simulated inside the measuring chamber 30 in the further measuring position 81, as shown in FIG.
  • a point emitter arranged within the material to be measured 50 at the further measurement position 81 is assumed, so that the activity distribution within the material to be measured 50 is assumed to be as conservative as possible.
  • the efficiency of each detector 1...24 is determined.
  • the second step 210 of the simulation for the material to be measured 50 within the measurement chamber 30 in the further measurement position 82, as shown in FIG. 5, is repeated.
  • the efficiency of each detector 1...24 is determined.
  • the second step 210 and the third step 220 can then be repeated for further measurement positions 83, 84, etc. (not shown) that differ from the other measurement positions 80, 81, 82. In the following, however, it is assumed by way of example that the simulation was only carried out for the further measurement positions 81 , 82 .
  • the simulations according to the second step 210 and the third step 220 can be carried out in a corresponding simulation module of the clearance measurement system 100, which is not shown here.
  • the efficiency is determined for each of the detectors 1...24 as a function of the simulated further measurement position 81, 82. For each detector 1 .
  • the material to be measured 50 is measured in addition to the first measurement position 80 in those selected ones of the simulated further measurement positions 81, 82 in which, according to the fourth step 230, the greatest or greatest possible efficiency of the detectors 1...24 in all simulated further measurement positions 81, 82 have been determined.
  • an activity distribution of the material to be measured 50 is determined on the basis of the measurements of its radioactive radiation that have taken place.
  • the detected count rates of each detector 1...24 are used, which have been made at the further measuring positions 81, 82 with the highest degree of efficiency.
  • the associated activity for each counting rate measured by the respective detector 1...24 can be determined from the respective maximum efficiency of each detector 1...24.
  • the activity distribution can be determined using the measurements on the different other measurement positions 81, 82 determine location-dependent information obtained very precisely. The highest efficiencies result in a low detection limit. conserveatism is reduced and the probability of measuring the item 50 free increases accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts (50) unter Verwendung einer Freimessanlage (100) mit einer Messkammer (30) und einer die Messkammer (30) umgebenden Mehrzahl von Detektoren (1...24) zur Erfassung radioaktiver Strahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Bereitstellen des Messguts (50), (b) Anordnen des Messguts (50) in einer ersten Messposition (80) innerhalb der Messkammer (30), (c) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der ersten Messposition (80) innerhalb der Messkammer (30) angeordneten Messguts (50) mittels der Detektoren (1...24), (d) Anordnen des Messguts (50) in zumindest einer von der ersten Messposition (80) verschiedenen weiteren Messposition (81, 82) innerhalb der Messkammer (30), (e) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) angeordneten Messguts (50) mittels der Detektoren (1...24), und (f) Bestimmen einer Aktivitätsverteilung in dem Messgut (50) anhand der mittels der Detektoren (1...24) erfassten radioaktiven Strahlung. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt und eine Freimessanlage (100).

Description

Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts unter Verwendung einer Freimessanlage, Computerprogrammprodukt sowie Freimessanlage
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts unter Verwendung einer Freimessanlage sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Freimessanlage mit einer Messkammer und einer die Messkammer umgebenden Mehrzahl von Detektoren zur Erfassung radioaktiver Strahlung.
Unter dem Begriff „Entscheidungsmessen“ versteht man in der Kerntechnik das Messen radioaktiver Aktivität von atomrechtlicher Überwachung unterliegenden Materials. In Deutschland beispielsweise wird die atomrechtliche Überwachung durch das Atomgesetz und die Strahlenschutzverordnung geregelt. Das Material, das atomrechtlicher Überwachung unterliegt, fällt insbesondere beim Rückbau bzw. Abriss einer kerntechnischen Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerks, an. Insofern kann es sich bei dem Material beispielsweise um Bauschutt, Metallteile usw. handeln. Atomrechtlicher Überwachung unterliegendes Material, dessen durch das Entscheidungsmessen bestimmte Aktivität nachweislich unterhalb eines vom Gesetzgeber geforderten Niveaus liegt, kann aufgrund behördlicher Entscheidung freigegeben werden. Der durch das Entscheidungsmessen erfolgende messtechnische Nachweis, dass das gemessene Material unterhalb des geforderten Niveaus liegt, wird auch als "Freimessen" bezeichnet. Teilweise werden die Begriffe Freimessen und Entscheidungsmessen allerdings auch synonym verwendet. Die eigentliche Entscheidung, das Material aus der atomrechtlichen Überwachung zu entlassen, bezeichnet man als „Freigabe“ und ist in Deutschland ein rechtsgestaltender Verwaltungsakt der entsprechenden Behörde. Zusammengefasst ist das Freimessen insoweit eine Vorstufe der Freigabe. Die Messungen an dem Material selbst werden, da sie der Entscheidung über eine Freigabe dienen, als Entscheidungsmessungen bezeichnet.
Nach der Freigabe ist das Material bzw. das freigemessene Material kein radioaktiver Stoff im Sinne des Atomrechts mehr, muss also nicht mehr atomrechtlich überwacht werden und kann entsprechend wiederverwendet oder kostengünstiger als etwa Atomabfall entsorgt werden. Dies vermeidet eine überaus kostenintensive Entsorgung von atomarem Abfall in einem speziellen Endlager. Typischerweise können beim Abriss einer kerntechnischen Anlage der weit überwiegende Großteil der Gesamtmasse der kerntechnischen Anlage freigegeben werden, da der Großteil des Materials nie mit Radioaktivität in Berührung gekommen ist.
Das Entscheidungsmessen wird dabei in einer Messkammer durchgeführt, die von einer Mehrzahl von Detektoren umgeben ist. Die Detektoren können die Aktivität des in die Messkammer eingebrachten Materials erfassen. Entsprechend dem obigen Hintergrund wird die Messkammer mit den diesen umgebenden Detektoren daher als Freimessanlage bezeichnet.
Für das Entscheidungsmessen wird das der atomrechtlichen Überwachung unterliegende Material häufig nach Materialarten, beispielsweise Beton oder Metall, sortiert und typischerweise in ein Messgebinde, beispielsweise in eine Gitterbox oder in einen Bigbag, gefüllt. Das gefüllte Messgebinde kann dann in die Messkammer der Freimessanlage eingebracht werden und durch das Entscheidungsmessen kann die Aktivität des Materials in dem Messgebinde mittels der Detektoren bestimmt werden. Das der atomrechtlichen Überwachung unterliegende Material wird beim Entscheidungsmessen und im Folgenden als Messgut bezeichnet, da es Gegenstand des Entscheidungsmessens ist.
Zur Berechnung der Aktivität des Messguts kann nicht allein auf die Messdaten, also insbesondere Zählraten von Gamma-Quanten, der Detektoren zurückgegriffen werden. Um die Aktivität zu bestimmen, ist neben den gewonnenen Messdaten auch ein Wirkungsgrad der Detektoren zu ermitteln, der entsprechend zur Berechnung der tatsächlichen Aktivität herangezogen werden kann und der insbesondere mit der von den Detektoren gemessenen Zählrate zu multiplizieren ist. Denn der Wrkungsgrad eines Detektors gibt das Verhältnis zwischen den aus dem Messgut in eine Detektorfläche oder ein Detektorvolumen des Detektors emittierten Teilchen zu den vom Detektor gezählten Teilchen an. Da nämlich ein bestimmter Anteil der in das Detektorvolumen des Detektors emittierter Teilchen im Detektor keinen Zählimpuls auslöst, beispielsweise ein durch das jeweilige Teilchen im Detektor ausgelöster elektrischer Puls eine erforderliche Schwelle nicht überschreitet, ist die Ermittlung des Wrkungsgrads unumgänglich, um die Aktivität des Messguts hinreichend genau bestimmen zu können.
Die Wrkungsgrade können durch entsprechende Kalibrierung der Detektoren, beispielsweise mit Hilfe von Kalibriergebinden, bestimmt werden. Typischerweise werden Kalibriergebinde mit einer homogenen Aktivitätsverteilung innerhalb des darin befindlichen Messguts verwendet. Die damit bestimmten Wirkungsgrade dürfen streng genommen aber nur dann benutzt werden, wenn die Aktivität in dem Messgut des Messgebindes ebenfalls homogen verteilt ist. Bei einer Abweichung der Aktivitätsverteilung in dem Messgut des Messgebindes von der Aktivitätsverteilung des Kalibriergebindes wird die Aktivität unter- oder überschätzt. Um eine Unterschätzung zu vermeiden (auch als nicht konservativ bezeichnet), muss eine möglichst genaue Aussage über die Aktivitätsverteilung in dem Messgut in dem Messgebinde gemacht werden. Erst anhand dieser Aussage kann bestimmt werden, ob ein konservatives Messergebnis (Überschätzung der Aktivität) vorliegt. Das bedeutet, dass eine Kalibrierung des Wrkungsgrads anhand eines bestimmten Kalibriergebindes innerhalb des darin befindlichen Messguts nur im Zusammenhang mit einer Bestimmung der Aktivitätsverteilung im Messgebinde verwendet werden darf. Dabei besteht im Stand der Technik gerade ein Problem darin, dass bei Feststellung einer Aktivität im Messgut zunächst unbekannt ist, ob diese Aktivität gleichmäßig über das Messgut verteilt ist, also einer homogenen Aktivitätsverteilung entspricht, oder ob innerhalb des Messgutes ein oder mehrere Bereiche erhöhter Aktivität, sogenannte Hotspots, existieren. In solchen Fällen ist es im Stand der Technik regelmäßig erforderlich, weitere Untersuchungen durchzuführen, um die Hotspots, sofern vorhanden, zu lokalisieren. Diese weiteren Untersuchungen sind aufwendig, da sie die Verwendung von weiteren Messeinrichtungen mit größerem lokalem Auflösungsvermögen erfordern.
Ferner besteht ein Problem darin, dass die Wirkungsgrade der Detektoren sich voneinander erheblich unterscheiden können, wenn Bereiche erhöhter Aktivität in dem Messgut vorliegen. Dann liegt eine Nachweisgrenze für das Freimessen sehr hoch und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Messgut freigemessen werden kann, ist vergleichsweise gering.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein verbessertes Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts unter Verwendung einer Freimessanlage sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Freimessanlage bereitzustellen, mittels dem bzw. der Aktivitätsverteilungen innerhalb des Messguts auf einfache Art und Weise sehr exakt ermittelt werden können und die Wahrscheinlichkeit, ein Messgut in der Freimessanlage freizumessen, möglichst hoch ist.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch ein Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts unter Verwendung einer Freimessanlage nach Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 und eine Freimessanlage nach Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und der erfindungsgemäßen Freimessanlage sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe demnach gelöst durch ein Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts unter Verwendung einer Freimessanlage mit einer Messkammer und einer die Messkammer umgebenden Mehrzahl von Detektoren zur Erfassung radioaktiver Strahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Bereitstellen des Messguts,
(b) Anordnen des Messguts in einer ersten Messposition innerhalb der Messkammer,
(c) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der ersten Messposition innerhalb der Messkammer angeordneten Messguts mittels der Detektoren,
(d) Anordnen des Messguts in zumindest einer von der ersten Messposition verschiedenen weiteren Messposition innerhalb der Messkammer,
(e) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der zumindest einen weiteren Messposition angeordneten Messguts mittels der Detektoren, und
(f) Bestimmen einer Aktivitätsverteilung in dem Messgut anhand der mittels der Detektoren erfassten radioaktiven Strahlung.
Entsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das Messgut an zumindest zwei oder mehr voneinander unterschiedlichen Messpositionen innerhalb der Messkammer angeordnet und mittels der Detektoren vermessen wird. Beim Vermessen bzw. Erfassen der radioaktiven Strahlung wird jeweils eine Zählrate erfasst. Durch die Vermessung desselben Messguts an unterschiedlichen Messpositionen werden gegenüber einer Messung an nur einer Messposition zusätzliche ortsabhängige Informationen erzeugt. Diese zusätzlichen ortsabhängigen Informationen erlauben eine besonders exakte Lokalisation der Aktivität im Messgut oder, mit anderen Worten, eine besonders exakte Bestimmung der Aktivitätsverteilung.
Bei zwei oder mehr von der ersten Messposition verschiedenen weiteren Messpositionen sind auch diese zwei oder mehr weiteren Messpositionen voneinander verschieden. Bevorzugt befinden sich die Messpositionen in maximaler Entfernung bzw. Auslenkung relativ zueinander. Entsprechend können zusätzliche ortsabhängige Informationen für voneinander verschiedene Messpositionen gewonnen werden. Mit Messpositionen sind räumliche Positionen des Volumens des Messguts innerhalb des Volumens der Messkammer gemeint, in denen befindlich das Messgut gemessen wird. Die Messposition schließt insoweit auch eine Orientierung des Messguts relativ innerhalb der Messkammer ein. Insoweit kann die zumindest eine weitere Messposition sich von der zumindest einen ersten Messposition nicht nur etwa dadurch unterscheiden, dass das Messgut sich näher an einer Innenseite der Messkammer, als noch in der ersten Messposition befindet, sondern stattdessen etwa, dass das Messgut beispielsweise gedreht worden ist. Mit anderen Worten kann das Messgut aus der ersten Messposition in die zumindest eine weitere Messposition in eine beliebige der drei Raumrichtungen verschoben werden und/oder beliebig gedreht werden. Die Messposition kann dabei von der ersten Messposition in die zumindest eine weitere Messposition, und ferner von einer der weiteren Messpositionen in eine andere der weiteren Messpositionen, durch ein entsprechendes Bewegen des Messguts innerhalb der Messkammer erfolgen.
Die Schritte des Verfahrens werden insbesondere in der aufgezählten Reihenfolge durchgeführt. Entsprechend wird das Messgut zunächst in der ersten Messposition und anschließend in der zumindest einen weiteren Messposition mittels der Detektoren gemessen bzw. seine radioaktive Strahlung erfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Schritt aufweist: Simulieren einer Zählrate jedes Detektors in der zumindest einen weiteren Messposition des Messguts. Dabei kann das Simulieren vor dem Anordnen des Messguts in der zumindest einen weiteren Messposition und/oder vor dem Anordnen des Messguts in der ersten Messposition erfolgen. Der Schritt des Simulierens der Zählrate jedes Detektors kann selbstverständlich auch in der ersten Messposition erfolgen. Durch das Simulieren der Zählrate des Detektors in der zumindest einen weiteren Messposition bzw. in den weiteren Messpositionen können die weiteren Messpositionen zunächst durch Simulation ermittelt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass möglichst geeignete weitere Messpositionen ermittelt werden, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit das Messgut freigemessen werden kann.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Simulieren der Zählrate unter der Annahme erfolgt, dass ein Punktstrahler innerhalb des Messguts an der zumindest einen weiteren Messposition des Messguts innerhalb der Messkammer angeordnet ist. Entsprechend kann das Simulieren der Zählrate auch für die Annahme der Anordnung des Punktstrahlers innerhalb des Messguts an der ersten Messposition erfolgen. Der Punktstrahler hat eine bekannte Aktivität, sodass sich anhand der simulierten Zählrate der Wirkungsgrad der Detektoren für den Punktstrahler an der zumindest einen weiteren Messpositionen bzw. in den weiteren Messpositionen ermitteln lässt.
Der Punktstrahler kann dabei durch das Isotop Co-60 gebildet sein. Die Energie der von Co- 60 emittierten Teilchen ist relativ hoch im Vergleich zu den Teilchenenergien anderer Radionuklide, welche beim Rückbau von kerntechnischen Anlagen üblicherweise Vorkommen. Je höher die Teilchenenergien sind, desto wahrscheinlicher können die Teilchen das Material durchdringen und auf die Detektoren treffen. Dort deponieren sie mit höherer Wahrscheinlichkeit eine größere Energie. Wenn das Messgut tatsächlich Teilchen mit niedrigerer Energie (z. B. Cs-137) emittiert, führt die Annahme des aus dem Isotop Co-60 gebildeten Punktstrahlers für die Zwecke der Simulation zu einem Konservatismus. Dies bedeutet, dass eine im Rahmen des Verfahrens ermittelbare Aktivität die tatsächliche Aktivität im Messgut überschätzt.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Punktstrahler als in einer Mitte des Messguts angeordnet angenommen wird. Die Mitte bezeichnet insbesondere eine Volumenmitte des Messguts bzw. seines Volumens. Die Aktivität für das Messgut wird durch eine derartige Anordnung bzw. Annahme des Punktstrahlers ebenfalls überschätzt bzw. als maximal konservativ angenommen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine weitere Messposition wenigstens zwei von der ersten Messposition und voneinander verschiedene weitere Messpositionen umfasst. Die zumindest eine weitere Messposition kann insbesondere mehrere weitere Messpositionen sein. Dabei unterscheiden sich die weiteren Messpositionen jeweils von der ersten Messpositionen und den anderen Messpositionen. Sofern mehrere weitere Messpositionen verwendet werden, wird das Messgut jeweils in einer dieser mehreren weiteren Messpositionen angeordnet und gemessen und anschließend in einer anderen dieser mehreren weiteren Messpositionen angeordnet und gemessen, wobei dies für jede der weiteren Messpositionen wiederholt wird. Die Anzahl der weiteren Messpositionen kann insbesondere im Bereich von 2 bis 20, ferner insbesondere im Bereich von 3 bis 12, ganz besonders im Bereich von 4 bis 10 liegen. Die Anzahl der weiteren Messpositionen kann demnach beispielsweise 6 betragen. Es hat sich gezeigt, dass diese Anzahl an weiteren Messpositionen die Wahrscheinlichkeit eines Freimessens erheblich erhöhen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass aus der Simulation für jede der wenigstens zwei weiteren Messpositionen der Wirkungsgrad jedes Detektors in Bezug auf die jeweilige der wenigstens zwei weiteren Positionen ermittelt wird. Selbstverständlich kann auch für die erste Messposition der Wirkungsgrad ermittelt werden, bevor die entsprechende Messung des Messguts in der ersten Messposition vorgenommen wird. Die entsprechenden Informationen können abgespeichert werden. Dies kann beispielsweise in Form einer Tabelle erfolgen. In der Tabelle kann dann die Messposition der gemessenen Aktivität innerhalb des Messguts, die Messposition des Messguts selbst, der jeweilige Detektor und/oder der Wirkungsgrad des Detektors an der Messposition des Messguts für jeden Detektor und für jede Messung an den weiteren Positionen, optional auch der ersten Messposition, gespeichert werden.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass aus der Simulation für jeden Detektor jeweils diejenige weitere Messposition bestimmt wird, bei der der jeweilige Detektor aus der ersten Messposition und allen weiteren Messpositionen den größtmöglichen ermittelten Wirkungsgrad aufweist. Mit anderen Worten wird aus jeder der weiteren Messpositionen diejenige Messposition wenigstens eines Detektors gewählt, die in der Simulation den größtmöglichen ermittelten Wirkungsgrad aufweist. Für das Bestimmen der Aktivitätsverteilung in dem Messgut werden dann die von den Detektoren jeweils an den weiteren Messpositionen mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad erfassten radioaktiven Strahlungen bzw. Zählraten herangezogen. In der einfachsten Form der Auswertung erfolgt das Bestimmen der Aktivitätsverteilung in dem Messgut dann anhand der mittels der Detektoren jeweils an den weiteren Messpositionen mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad erfassten radioaktiven Strahlung bzw. Messwerten oder Zählraten. Mit anderen Worten werden für die Bestimmung der Aktivitätsverteilung in dem Messgut für jede durchgeführte Messung des Messguts in den weiteren Messpositionen diejenigen von den Detektoren erfassten radioaktiven Strahlungen bzw. Zählraten herangezogen, die mit dem höchsten Wirkungsgrad durchgeführt worden sind. In der einfachsten Form der Auswertung werden nur diese erfassten radioaktiven Strahlungen bzw. Zählraten herangezogen. Typischerweise können aber auch die erfassten radioaktiven Strahlungen bzw. Zählraten auch in anderen Messpositionen in die Auswertung einfließen und so weitere Informationen liefern. Dies reduziert die Nachweisgrenze und die Konservativität. Die Wahrscheinlichkeit, das Messgut freizumessen, steigt gegenüber der Lösung im Stand der Technik, bei der versucht wird, den Gesamtwirkungsgrad aller Detektoren zu steigern, erheblich. Anders als im Stand der Technik werden entsprechende Einbußen einzelner Wirkungsgrade von Detektoren bei bestimmten weiteren Messpositionen ignoriert, um jeweils die größtmöglichen ermittelten Wirkungsgrade bzw. maximalen Wirkungsgrade zu ermitteln und an diesen weiteren Messpositionen gemessen. Selbstverständlich kann bei einer Simulierung in der ersten Position aus der Simulation für jeden Detektor jeweils diejenige der ersten und weiteren Messposition bestimmt werden, bei der für den jeweiligen Detektor aus allen Messpositionen der größtmögliche Wirkungsgrad ermittelt worden ist. Entsprechend kann für das Bestimmen der Aktivitätsverteilung in dem Messgut die von den Detektoren jeweils an der ersten und den weiteren Messpositionen mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad erfassten radioaktiven Strahlungen herangezogen werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Messgut aus einer Vielzahl von simulierten weiteren Messpositionen nur in denjenigen weiteren Messpositionen innerhalb der Messkammer angeordnet und seine radioaktive Strahlung mittels der Detektoren erfasst wird, in denen aus der Vielzahl von simulierten weiteren Messpositionen zumindest ein größtmöglicher Wirkungsgrad zumindest eines Detektors bestimmt worden ist. Mit anderen Worten werden mehr weitere Messpositionen simuliert, als tatsächlich gemessen werden oder mit noch anderen Worten werden von den simulierten weiteren Messpositionen nur diejenigen ausgewählt, bei denen wenigstens ein Detektor den höchsten Wirkungsgrad aufwies. Dies verlängert zwar die Zeit der Simulation, erlaubt es aber die in Bezug auf die maximalen Wirkungsgrade optimalen effizienten Positionen zu bestimmen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Messgut in einem Messgebinde befindlich innerhalb der Messkammer angeordnet wird. Als Messgebinde können beispielsweise eine Gitterbox, eine Blechkiste, ein Bigbag (flexibler Schüttgutbehälter), eine Palette oder dergleichen verwendet werden. Entsprechend kann es sich bei dem Messgebinde um ein Gebinde handeln, welches etwa beim Rückbau bzw. Abriss einer kerntechnischen Anlage, insbesondere eines Kernkraftwerks, zur Lagerung und zum Transport des Rückbaumaterials, das als Messgut zu vermessen ist, verwendet wird. Das Messgut kann insoweit insbesondere ein Rückbaumaterial einer kerntechnischen Anlage sein.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest die Geometrie des Messguts ermittelt wird. Diese kann für die Bestimmung der Aktivitätsverteilung herangezogen werden und erlaubt eine besonders exakte Bestimmung der Aktivitätsverteilung des Messguts durch das Verfahren. Ferner können auch weitere Informationen zum Messgut, insbesondere ein Füllungsgrad, eine mittlere Massendichte des Messguts und/oder ein im Messgut vorhandenes Material, für die Bestimmung der Aktivitätsverteilung herangezogen werden, da diese einen entsprechenden Einfluss auf die gemessene Zählrate nehmen können.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die erste Messposition derart gewählt wird, dass das Messgut innerhalb der Messkammer mittig positioniert ist. Dies meint insbesondere, dass der Volumenschwerpunkt des Messguts sich in der Mitte der Messkammer befindet. Dies sorgt für einen optimalen Gesamtwirkungsgrad der Gesamtheit an Detektoren und erlaubt so eine gute erste Messung des Messguts in dieser ersten Messposition. Soweit das Messgut nach der Messung in dieser ersten Messung nicht freigegeben werden kann und auch nicht ausgeschlossen werden kann, dass diese freigegeben werden kann, kann insoweit das Messen in der zumindest einen weiteren Messposition die Wahrscheinlichkeit, das Messgut freizumessen, erhöhen.
Es kann entsprechend vorgesehen sein, dass eine der zumindest einen weiteren Messposition des Messguts innerhalb der Messkammer durch Verschieben und/oder Drehen des Messguts innerhalb der Messkammer gegenüber der ersten Messposition oder einer vorherigen weiteren Messposition eingenommen wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt ausführbar von einer Verarbeitungseinheit einer Freimessanlage, wobei das Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist.
Die Verarbeitungseinheit kann entsprechend beispielsweise als eine Steuereinheit und/oder Recheneinheit der Freimessanlage ausgebildet sein. Entsprechend kann die Verarbeitungseinheit die Anordnung des Messguts innerhalb der Messkammer einstellen und ferner die Detektoren steuern sowie die Aktivitätsverteilung bestimmen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Freimessanlage mit einer Messkammer und einer die Messkammer umgebenden Mehrzahl von Detektoren zur Erfassung radioaktiver Strahlung, wobei die Freimessanlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Freimessanlage eine Bewegungsvorrichtung in der Messkammer aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Messgut in der ersten Messposition und in der zumindest einen weiteren Messposition innerhalb der Messkammer anzuordnen. Die Bewegungsvorrichtung kann entsprechend wenigstens die erste Messposition und die zumindest eine weitere Messposition des Messguts in der Messkammer bereitstellen. Die Bewegungsvorrichtung kann eine von einer Zuführvorrichtung zur Zuführung des Messguts in die Messkammer separate oder damit kombinierte Vorrichtung sein. Als kombinierte Vorrichtung kann die Bewegungsvorrichtung beispielsweise ein Rollen- oder Förderband oder dergleichen sein, das entsprechend höhenverstellbar und/oder neigbar ist. Ferner kann beispielsweise durch einen entsprechenden Vorschub des Messguts mittels des Rollen- oder Förderbands in die Messkammer die Messposition des Messguts in der Messkammer verändert werden.
Bei den Detektoren kann es sich insbesondere um Gammadetektoren handeln. Gammadetektoren sind zur Erfassung einer Gammastrahlung bzw. von Gamma-Quanten ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Detektoren als Szintillationszähler, insbesondere als Plastikszintillationszähler, ausgebildet sind. Entsprechend können die Szintillationszähler ein Detektorvolumen und eine Detektorfläche aufweisen. Der Begriff Detektorfläche bezeichnet dabei die der Strahlenquelle zugewandte Fläche des Detektors. Durch die Detektorfläche können die Teilchen, insbesondere Gamma-Quanten, in das Detektorvolumen einfallen und in dem Detektorvolumen detektiert werden. Die Detektoren können beispielsweise ein Detektorvolumen von 2200 cm3 bei einer Detektorfläche von etwa 400 cm2 aufweisen. Die Detektoren können gegenüber Alpha- und Beta-Strahlung abgeschirmt sein. Die Detektoren können ferner einen Photoelektronenvervielfacher, einen Diskriminator und eine Zähleinheit umfassen. Bei dem Szintillationszähler kann dabei der Volumeneffekt im Kristall genutzt werden, während der Detektionsmechanismus etwa bei einem Zählrohr nur ein Flächeneffekt an seiner Oberfläche ist. In dem Detektionsvolumen des Szintillationszählers können so sehr viele Gamma-Quanten detektiert werden, womit die Zählrate sehr hoch ausfällt und die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass es zu einer Wechselwirkung kommt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Mehrzahl von Detektoren zumindest 12, insbesondere zumindest 16 und ferner insbesondere zumindest 20 oder mehr als 20, beispielsweise 24, umfasst. Dadurch kann eine gute Ortsauflösung der detektierten Teilchen erzielt werden.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass die Detektorflächen der Detektoren die Messkammer im Wesentlichen unterbrechungsfrei umgeben. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass keine vollständig unterbrechungsfreie Umgebung erzielt werden muss bzw. kann. Es kann beispielsweise genügen, wenn die Messkammer zu zumindest 95 %, beispielsweise 98 %, von den Detektorflächen der Detektoren umgeben ist. Vorzugsweise wird eine 4TT-Raumabdeckung erzielt, damit alle von dem Messgut emittierten Teilchen von den Detektoren erfasst werden können. Die Detektorflächen können sich entsprechend an den Innenseiten der Messkammer befinden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freimessanlage; Figur 2 eine schematische Darstellung der Messkammer der Freimessanlage aus Figur 1 mit ihren Detektoren;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Messguts in einer ersten Messposition innerhalb der Messkammer aus Figur 2;
Figur 4 eine schematische Darstellung des Messguts in einer beispielhaften von der ersten Messposition verschiedenen weiteren Messposition innerhalb der Messkammer aus Figur 2;
Figur 5 eine schematische Darstellung des Messguts in einer beispielhaften von der ersten Messposition und der weiteren Messposition aus Figur 4 verschiedenen weiteren Messposition innerhalb der Messkammer aus Figur 2; und
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Entscheidungsmessen mittels der Freimessanlage aus Figur 1.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freimessanlage 100. Die Freimessanlage 100 weist eine Messkammer 30 und eine Zuführvorrichtung 60 auf. Die Zuführvorrichtung 60 ist vorliegend als ein Rollenband ausgebildet, kann alternativ aber auch anderweitig ausgebildet sein, beispielsweise als ein Förderband, ein Flurförderfahrzeug, ein Kran oder dergleichen. Mittels der Zuführvorrichtung 60 wird ein Messgebinde 40 mit darin befindlichem Messgut 50 (innerhalb des Messgebindes 40 angedeutet, wobei das Messgebinde 40 in der vorliegenden Darstellung aber kein Messgut 50 aufweist) zu der Messkammer 30 zugeführt bzw. in der Messkammer 30 angeordnet. Das Messgebinde 40 ist vorliegend als eine Gitterbox ausgebildet, kann aber auch anderweitig ausgebildet sein, beispielsweise als ein Bigbag, eine Blechkiste, eine Palette oder dergleichen. Die Messkammer 30 wird vorliegend von einem Container 70 umschlossen. Die Messkammer 30 ist als eine Art Behältnis ausgebildet, das dazu eingerichtet ist, das Messgebinde 40 aufzunehmen. Mit anderen Worten kann das Messgebinde 40 innerhalb der Messkammer 30 angeordnet werden. Die Messkammer 30 kann hierzu geöffnet werden, um das Messgebinde 40 darin anzuordnen. Vorliegend weist die Messkammer 30 entsprechende Türen auf, die das Öffnen der Messkammer 30 ermöglichen.
Wie Figur 2 zeigt, ist die Messkammer 30 mit einer Mehrzahl von Detektoren 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 (im Folgenden 1...24) ausgestattet. Vorliegend weist die Messkammer 3024 Detektoren 1...24 auf. Alternativ kann die Messkammer 30 aber auch weniger oder mehr Detektoren 1...24 aufweisen. Mit einer hinreichenden Anzahl von Detektoren 1...24 kann aber eine gute Ortsauflösung beim Vermessen des Messguts 50 erzielt werden.
Die Detektoren 1...24 sind vorliegend als Plastikszintillationszähler ausgebildet und lediglich mit ihren Detektorflächen gezeigt und entsprechend bezeichnet. Die Detektorflächen der Detektoren 1...24 sind an den Seiten der Messkammer 30 um diese herum angeordnet. Die Detektorflächen der Detektoren 1...24 sind dabei derart angeordnet, dass sie die Messkammer 30 im Wesentlichen unterbrechungsfrei umgeben. Mit anderen Worten wird im Wesentlichen ein Raumwinkel von W = 4p abgedeckt. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass von dem Messgut 50 ausgehende radioaktive Teilchen nicht auf eine der Detektorflächen treffen und so nicht von den Detektoren 1...24 erfasst werden können.
Figur 3 zeigt nun das von dem Messgebinde 40 aufgenommene und daher nicht sichtbare Messgut 50 in einer ersten Messposition 80 innerhalb der Messkammer 30. Das Messgut 50 befindet sich dabei in der Mitte der Messkammer 30. Innerhalb des Messguts 50 emittierte Gammateilchen können durch das Messgut 50 hindurchtreten und anschließend auf einen der Detektoren 1...24 treffen. Der Detektor 1...24 erfasst die radioaktive Strahlung des Messguts 50, wie nachfolgenden beschrieben wird. Die Gammateilchen wechselwirken innerhalb eines Detektorvolumens mit den Elektronen eines Detektormaterials des jeweiligen Detektors 1...24. Durch diese Wechselwirkung werden sogenannte Szintillationsphotonen erzeugt, welche unter Ausnutzung des Photoeffekts von einem Photoelektronenvervielfacher des jeweiligen Detektors 1...24 in einen elektrischen Puls umgewandelt werden. Der elektrische Puls wird an einen Diskriminator des jeweiligen Detektors 1...24 weitergeleitet, welcher den elektrischen Puls bei Überschreiten eines gewissen Schwellwertes an eine Zähleinheit des Detektors 1...24 weiterleitet. Die Zähleinheit erfasst den elektrischen Puls als Zählereignis und bildet so über den Zeitraum der Messung eine Zählrate.
Figur 4 zeigt dasselbe Messgut 50 der Figur 3 in einer weiteren Messposition 81 , die von der ersten Messposition 80 verschieden ist. Das Messgut 50, das von dem Messgebinde 40 aufgenommen wird, befindet sich an einem unteren und linken Rand der Messkammer 30.
Figur 5 zeigt dasselbe Messgut 50 der Figuren 3 und 4 in einer noch anderen weiteren Messposition 82, die von der ersten Messposition 80 und der weiteren Messposition 81 verschieden ist. Das Messgut 50, das von dem Messgebinde 40 aufgenommen wird, befindet sich an einem oberen und rechten Rand der Messkammer 30.
Figur 6 zeigt einen Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Enscheidungsmessen des Messguts 50. Dieses Verfahren wird im Folgenden im Hinblick auf die zuvor erläuterten Figuren 1 bis 5, insbesondere die Figuren 3 bis 5, erläutert.
Dabei wird in einem ersten Schritt 200 das in der ersten Messposition 80 innerhalb der Messkammer 30 angeordnete Messgut 50, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, mittels der Detektoren 1...24 vermessen bzw. seine radioaktive Strahlung erfasst bzw. die Zählrate des Messguts 50 bestimmt. Durch die mittige Position des Messguts 50 in der Messkammer 30 wird der Gesamtwirkungsgrad der Detektoren 1...24 maximiert. Bestenfalls kann das Messgut 50 bereits in diesem ersten Schritt 200 freigemessen werden. Falls dies nicht möglich ist, aber auch nicht ausgeschlossen werden kann, dass das Messgut 50 nicht doch freigemessen werden kann, wird in den zweiten Schritt 210 übergegangen.
In dem zweiten Schritt 210, der optional auch vor dem ersten Schritt 200 erfolgen kann, wird das Messgut 50 innerhalb der Messkammer 30 in der weiteren Messposition 81, wie dies in Figur 4 gezeigt ist, simuliert. Dazu wird ein innerhalb des Messguts 50 an der weiteren Messposition 81 angeordneter Punktstrahler angenommen, sodass die Aktivitätsverteilung innerhalb des Messguts 50 als möglichst konservativ angenommen wird. Bei der Simulation wird der Wirkungsgrad jedes Detektors 1...24 ermittelt.
In dem dritten Schritt 220 wird der zweite Schritt 210 der Simulation für das Messgut 50 innerhalb der Messkammer 30 in der weiteren Messposition 82, wie dies in Figur 5 gezeigt ist, wiederholt. Auch hierbei wird der Wrkungsgrad jedes Detektors 1...24 ermittelt.
Der zweite Schritt 210 und der dritte Schritt 220 können im Anschluss für weitere, von den anderen Messpositionen 80, 81, 82 verschiedene Messpositionen 83, 84, usw. (nicht gezeigt) wiederholt werden. Beispielhaft wird im Folgenden aber angenommen, dass die Simulation nur für die weiteren Messpositionen 81, 82 vorgenommen worden ist. Die Simulationen gemäß des zweiten Schritts 210 und des dritten Schritts 220 können in einem entsprechenden Simulationsmodul der Freimessanlage 100 vorgenommen werden, das hier nicht gezeigt ist.
In dem vierten Schritt 230 wird für jeden der Detektoren 1...24 der Wrkungsgrad in Abhängigkeit von der simulierten weiteren Messposition 81, 82 bestimmt. Für jeden Detektor 1...24 wird diejenige simulierte weitere Messposition 81, 82 ausgewählt, die den größten Wrkungsgrad aufweist.
In dem fünften Schritt 240 wird das Messgut 50 zusätzlich zu der ersten Messposition 80 auch in denjenigen ausgewählten der simulierten weiteren Messpositionen 81, 82 vermessen, in denen die gemäß dem vierten Schritt 230 größten bzw. größtmöglichen Wrkungsgrade der Detektoren 1...24 bei allen simulierten weiteren Messpositionen 81, 82 ermittelt worden sind.
In dem sechsten Schritt 250 wird eine Aktivitätsverteilung des Messguts 50 auf Basis der erfolgten Erfassungen seiner radioaktiven Strahlung bestimmt. Dazu werden nur die erfassten Zählraten jedes Detektors 1...24 herangezogen, die an den weiteren Messpositionen 81, 82 mit dem größten Wrkungsgrad gemacht worden sind. Aus dem jeweiligen größten Wrkungsgrad jedes Detektors 1...24 lässt sich die zugehörige Aktivität für jede durch den jeweiligen Detektor 1...24 gemessene Zählrate bestimmen. Die Aktivitätsverteilung lässt sich mittels der anhand der Messungen an den unterschiedlichen weiteren Messpositionen 81, 82 gewonnenen ortsabhängigen Informationen sehr exakt bestimmen. Durch die größten Wirkungsgrade ergibt sich eine geringe Nachweisgrenze. Die Konservativitäten werden reduziert und die Wahrscheinlichkeit, das Messgut 50 freizumessen, steigen entsprechend.
B ez u g s ze i c h e n l i ste 1...24 Detektor
30 Messkammer
40 Messgebinde
50 Messgut
60 Zuführvorrichtung 70 Container
80 erste Messposition
81 weitere Messposition
82 weitere Messposition
100 Freimessanlage
200 erster Schritt
210 zweiter Schritt
220 dritter Schritt
230 vierter Schritt 240 fünfter Schritt
250 sechster Schritt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Entscheidungsmessen eines Messguts (50) unter Verwendung einer Freimessanlage (100) mit einer Messkammer (30) und einer die Messkammer (30) umgebenden Mehrzahl von Detektoren (1...24) zur Erfassung radioaktiver Strahlung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
(a) Bereitstellen des Messguts (50),
(b) Anordnen des Messguts (50) in einer ersten Messposition (80) innerhalb der Messkammer (30),
(c) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der ersten Messposition (80) innerhalb der Messkammer (30) angeordneten Messguts (50) mittels der Detektoren (1...24),
(d) Anordnen des Messguts (50) in zumindest einer von der ersten Messposition (80) verschiedenen weiteren Messposition (81, 82) innerhalb der Messkammer (30),
(e) Erfassen einer radioaktiven Strahlung des in der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) angeordneten Messguts (50) mittels der Detektoren (1...24), und
(f) Bestimmen einer Aktivitätsverteilung in dem Messgut (50) anhand der mittels der Detektoren (1...24) erfassten radioaktiven Strahlung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist: Simulieren einer Zählrate jedes Detektors (1...24) in der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) des Messguts (50).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Simulieren der Zählrate unter der Annahme erfolgt, dass ein Punktstrahler innerhalb des Messguts (50) an der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) des Messguts (50) innerhalb der Messkammer (30) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Punktstrahler als in einer Mitte des Messguts (50) angeordnet angenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zumindest eine weitere Messposition (81, 82) wenigstens zwei von der ersten Messposition (80) und voneinander verschiedene weitere Messpositionen (81, 82) umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei aus der Simulation für jede der wenigstens zwei weiteren Messpositionen (81, 82) der Wirkungsgrad jedes Detektors (1...24) in Bezug auf die jeweilige der wenigstens zwei weiteren Positionen (81, 82) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei aus der Simulation für jeden Detektor (1...24) jeweils diejenige weitere Messposition (81, 82) bestimmt wird, bei der für den jeweiligen Detektor (1...24) aus allen weiteren Messpositionen (81, 82) der größtmögliche Wirkungsgrad ermittelt worden ist, und für das Bestimmen der Aktivitätsverteilung in dem Messgut (50) die von den Detektoren (1...24) jeweils an den weiteren Messpositionen (81, 82) mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad erfassten radioaktiven Strahlungen herangezogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Messgut (50) aus einer Vielzahl von simulierten weiteren Messpositionen (81, 82) nur in denjenigen weiteren Messpositionen (81, 82) innerhalb der Messkammer (30) angeordnet und seine radioaktive Strahlung mittels der Detektoren (1...24) erfasst wird, in denen aus der Vielzahl von simulierten weiteren Messpositionen (81, 82) zumindest ein größtmöglicher Wirkungsgrad zumindest eines Detektors (1...24) bestimmt worden ist.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Messgut (50) in einem Messgebinde (40) befindlich innerhalb der Messkammer (30) angeordnet wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei zumindest die Geometrie, des Messguts (50) ermittelt wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Messposition (80) derart gewählt wird, dass das Messgut (50) innerhalb der Messkammer (30) mittig positioniert ist.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) des Messguts (50) innerhalb der Messkammer (30) durch Verschieben und/oder Drehen des Messguts (50) innerhalb der Messkammer (30) gegenüber der ersten Messposition (80) oder einer vorherigen weiteren Messposition (81, 82) eingenommen wird.
13. Computerprogrammprodukt ausführbar von einer Verarbeitungseinheit einer Freimessanlage (100), wobei das Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in der Freimessanlage (100) eingerichtet ist.
14. Freimessanlage (100) mit einer Messkammer (30) und einer die Messkammer (30) umgebenden Mehrzahl von Detektoren (1...24) zur Erfassung radioaktiver Strahlung, wobei die Freimessanlage (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet ist.
15. Freimessanlage (100) nach Anspruch 14, wobei die Freimessanlage (100) eine Bewegungsvorrichtung in der Messkammer (30) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Messgut (50) in der ersten Messposition (80) und in der zumindest einen weiteren Messposition (81, 82) innerhalb der Messkammer (30) anzuordnen.
16. Freimessanlage (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Detektoren (1...24) Szintillationszähler, insbesondere Plastikszintillationszähler, sind.
17. Freimessanlage (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Mehrzahl von Detektoren (1...24) zumindest 12 Detektoren (1...24) umfasst.
18. Freimessanlage (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei Detektorflächen der Detektoren (1...24) die Messkammer (30) im Wesentlichen unterbrechungsfrei umgeben.
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