核环境机器人γ射线防护关键技术及应用开发基础研究

发布时间：2020-05-02 21:29

【摘要】：随着工业的发展,人类社会对于能源的需求越来越强烈,目前传统能源的储量堪忧,寻找替代能源的任务迫在眉睫。目前,核能作为新能源中的重要组成部分,开始成为能源结构版图中的一环,大量商用及试验核反应堆装置在全世界各地被建造起来。在核反应堆的运营中,人工难以在高辐射、高温或未知环境下进行操作的缺点逐渐受到了各界的重视,可以替代人工在此环境下进行核反应堆日常维护和应急处理作业的远程遥控机器人开始成为核反应堆运行不可缺少的一部分。在ITER项目托卡马克真空室装换剧毒材料的需求下,中国科学院合肥智能机械研究所设计建造了TECA转运机器人。本文以其γ射线防护问题为核心,进行了一系列的γ射线防护与应用基础技术开发研究。本文分析了γ射线的性质、与物质发生相互作用的特点,并根据这一特点以闪烁体探测器为核心搭建了γ射线探测探伤平台,该平台在测量γ射线强度时误差约为7.59%,符合项目需求。同时,该平台还可以准确探测出金属构件中是否有缺陷,也可以对缺陷大小不同的构件进行分辨。对核环境机器人进行γ射线防护需要从两方面进行开展,一方面是电子元器件的加固,使得电子元器件本身抗辐照能力增强;一方面是借助外部屏蔽装置,使进入机器人内部的γ射线强度降低。本文利用搭建的γ射线探测探伤平台来评估测试不同材料的γ射线吸收能力,选择合适的外部屏蔽装置材料。本文测试时选择了国产45#钢、冷作铸造钢、铍青铜这三种常见的机器人外部结构材料,结合机器人制造要求,最终选择国产45#钢作为TECA转运机器人γ射线外部屏蔽装置的材料。在选择完合适材料之后,本文为TECA转运机器人设计了由国产45#钢制造厚度为15cm的外部γ射线屏蔽装置,并对其进行了测试。测试内容分为两个部分,一个部分是γ射线屏蔽能力测试,经模拟车厢辐照验证,该外部屏蔽装置可以保证转运机器人在作业时间内的电子元器件性能不受损坏;另一个部分是测试国产45#钢辐照前后力学性能,按照转运机器人作业的辐照条件,对国产45#钢制成的试样进行γ照射,并对试样进行拉伸试验。测得辐照前后国产45#钢强度和韧性变化在可接受范围内,不会因为γ射线照射导致工作时机器人结构出现损坏。
【图文】：

1 序 言由原子核跃迁所产生的波长较短的电磁波所构成的。当 β 衰变后会产生一个处在高能级的新核，当新核向低能。γ 射线本身不带电，它与物质发生相互作用主要有三顿效应和电子对效应。是指在与物质发生相互作用时，物质内部的轨道电子会克服轨道的结合能变成自由电子的过程。应是指 γ 射线和物质的外层电子发生非弹性碰撞，使来，入射 γ 光子自身能量降低的过程。如图 1.2 所示，的运动方向会发生改变，能量损失与 γ 射线和电子发生1.3 所示，当能量较高的 γ 射线（大于 1.02MeV）与物质内部原子核的库仑场的影响，，会使 γ 光子转换成一个电能量大于 1.02MeV 的部分则转化成这对电子的动能。

当能量较高的 γ 射线（大于 1.02MeV）与物子核的库仑场的影响，会使 γ 光子转换成一个于 1.02MeV 的部分则转化成这对电子的动能图 1.2 康普顿效应Fig.1.2. Compton effect
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242;O571.323

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本文编号：2647502