核电厂低中放废物桶改进型伽马扫描技术研究

发布时间：2020-04-09 02:57

【摘要】：中国经济近年来的腾飞伴随着能源的需求的大幅增长,而核电的快速发展则将产生大量放射性废物。其中绝大部分为低中放废物(Low Intermediate Level Waste,LILW)。低中放废物是所有不能视为一般废物直接处置的,比活度小于4×10~(10)Bq/kg或释热率小于2 kW/m~3的非豁免废物。这些中低放废物在运输或者进行最终处置之前,必须明确废物的辐射和污染水平,充分确定其中包含核素及其活度的空间分布。鉴于低中放废物的放射性危害,非破坏性检测(Non Destructive Assay,NDA)是普遍采用的技术。废物桶的γ射线非破坏性检测进一步分为分段γ扫描技术(Segmented Gamma Scanning,SGS)和层析γ扫描技术(Tomographic Gamma Scanning,TGS)。对比二者优劣与局限可知,SGS测量过程简单高效,但难于准确分析非均匀对象;TGS虽然可精确重建桶内介质与放射性分布,但过程之复杂、效率之低下,导致在废物探测的大规模应用受限。针对上述问题,本文以探索效率精度平衡性更好的低中放废物活度探测技术为目的,对改进型伽马扫描技术进行研究。(1)基于现有系统进行了低放废物桶伽马扫描系统的改造和再设计。针对机械电子控制系统进行了模块化再设计,总结了探测控制系统的设计准则。针对数据采集和用户交互模块,进行整体框架设计,初步完成了系统软件的设计。(2)提出了一种叫做半层析伽马扫描(semi-tomographic gamma scanning,STGS)方法的改进型方法,这种方法综合了SGS和TGS的测量策略和重建准则。这种方法中废物桶旋转而将桶内放射源视为环状源,每层被分成若干环状体素。针对200L低密度、400L高密度废物桶的探测结果的经过仿真和实验的检验。比于SGS方法,STGS方法的最大误差和平均误差降低为一半甚至更低,而时间为2-8倍。方法的精度与时间上的平衡性优势得到证明。(3)提出了一种改进型分层伽马扫描方法,通过双探测器测量计数之比求取等效半径。新方法充分考虑并修正了两个探测器之间等效半径的偏差,同时将废物桶不同分层的放射性核素投影于一个等效层内,以避免重建求解导致的迭代残差的放大。这种方法在200L和400L高密度废物桶的探测效果得到验证。与SGS方法相比,改进型方法的最大误差降低为几分之一,而平均误差降低了接近一半。
【图文】：

示意图,系统总体,示意图,探测器

图 2-2 系统总体示意图Fig.2-2 system total diagram与控制模块有装置的基础上进行改进和优化，首先实现装置的模块化，便于维。其次精简装置的结构，节省不必要的机械结构和空间占用。桶旋转平台主要用于废物桶承接和定位，其可以兼容 200L 和 400L需要，盘直径设计为 0.75m，承重设计为最大不超过 1000kg，启动度每平方秒，定位精度误差小于 1 分。另外配有用于称重的质量传对误差小于 2.0kg。桶平移平台可以控制废物桶相对于探测器准直器轴心线进行平移，m，平移定位精度为 1mm。器前后滑移平台主要用于调节探测器与废物桶之间的距离，从而通的计数率的方式来调节探测限，移动行程为 0.4m，误差小于 0.1m器、透射源垂直移动平台分别用于控制探测器和透射源的升降，总.8m 以下，升降的运动行程可达 1.3m，定位精度小于 1mm，探测器限为 350kg，透射源平台承重上限为 250kg。

逻辑图,主界面

图 2-5 交互主界面Fig.2-5 Interracial main view数据采集的逻辑图如图 2-6 所示，在测量设置中首先选择需要进行的测量方，针对低中放废物桶，主要采用 SGS 或改进型 SGS 模式。然后切换到过程监控面，点击开始测量按钮，测量将一步一步的进行。每一步，都要先用 Modbus议控制机电系统运动到指定位置或按需运动，，然后再通过 Modbus 协议控制enie2000 探测器控制程序，完成特定位置的射线计数，计数完成后进入下一步。到所有步骤完成后，整个数据采集过程自动结束，系统将进入活度重建过程。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623

【参考文献】