CaF 2 (Eu)粉末在低浓度氚水测量中的应用研究
发布时间：2023-09-16 09:01
聚变堆、裂变堆、乏燃料后处理厂等核设施的液体流出物中含有氚,我国对核设施流出物中的氚有严格的排放标准。随着ITER和CFETR的发展,以及核电站的大量建设,从辐射防护和氚安全的角度,我国对低浓度氚水测量技术存在着巨大的现实需求。目前常见的氚水测量方法有BIXS法、量热法、成像板法、液闪法等。由于氚衰变产生的β射线能量小(0 keV-18.6keV),BIXS法、量热法、成像板法等测量方法难以用来对低浓度氚水进行测量。液闪法对水中氚衰变产生的低能β射线具有很高的探测效率,适用于低浓度氚水的测量。然而该方法中需要使用闪烁液,在测量的过程中会产生大量放射性有机液体废物。本文将CaF2(Eu)粉末应用于低浓度氚水的测量中,以尝试在探测下限满足低浓度氚水测量需求的同时,尽可能减少放射性废物的产生。通过手工研磨和球磨的方法,制备不同的CaF2(Eu)粉末样品,即L样品(平均粒径为336.4 μm)、M样品(平均粒径为59.μm)和S样品(平均粒径为8.4μm)。三种样品的荧光性质没有受到粒径大小的影响,且都具有很好的复用性。S样品在水中具有较好的分散性,可以按一定比例和水配制成悬浊液并在一定时间内...
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 聚变堆中的低浓度氚水
1.1.2 其它核设施中的氚水及国内相关标准
1.2 水中氚浓度测量方法
1.2.1 BIXS法测量水中氚浓度
1.2.2 量热法测量水中氚浓度
1.2.3 成像板法测量水中氚浓度
1.2.4 液闪法测量水中氚浓度
1.2.5 基于固体闪烁体的氚水测量方法
1.3 CaF2(Eu)粉末的性质
1.3.1 CaF2(Eu)晶体的发光机理
1.3.2 CaF2(Eu)晶体的非线性发光
1.3.3 粒径大小对CaF2(Eu)粉末荧光性质的影响
1.4 小结
1.5 本论文的研究思路和研究内容
第2章 CaF2(Eu)粉末替代闪烁液的可行性研究
2.1 引言
2.2 实验设计
2.2.1 CaF2(Eu)粉末样品的制备
2.2.2 粉末样品的荧光性质
2.2.3 粉末样品在水中的分散性
2.2.4 粉末样品的复用性
2.2.5 液闪瓶和CaF2(Eu)粉末量的影响
2.2.6 净计数率随水中氚浓度的变化
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 CaF2(Eu)粉末样品的制备
2.3.2 粉末样品的荧光性质
2.3.3 粉末样品在水中的分散性
2.3.4 粉末样品的复用性
2.3.5 液闪瓶和CaF2(Eu)粉末量的影响
2.3.6 净计数率随水中氚浓度的变化
2.4 小结
第3章 低浓度氚水探测器设计研究
3.1 引言
3.2 Geant4简介
3.2.1 放射性核素的衰变
3.2.2 低能电磁相互作用
3.2.3 光学光子的产生与输运过程
3.3 探测器物理模型的建立
3.3.1 初始事件
3.3.2 低能电磁相互作用
3.3.3 光学光子的产生与输运过程
3.4 固-液体系的模拟
3.4.1 几何模型
3.4.2 CaF2(Eu)中的能量沉积
3.4.3 样品室内的光学性质
3.4.4 符合探测效率和探测下限
3.5 悬浊液体系的模拟
3.5.1 能量沉积概率
3.5.2 样品室光学性质
3.5.3 探测效率、净计数率和探测下限
3.6 样品室中光子通道的模拟
3.6.1 几何模型
3.6.2 样品室内的光学性质
3.6.3 符合探测效率和探测下限
3.7 小结
第4章 基于CaF2(Eu)粉末的低浓度氚水测量技术研究
4.1 引言
4.2 系统设计
4.2.1 探测器
4.2.2 电子学系统及其工作模式
4.2.3 实验方法
4.3 电子学系统性能
4.3.1 光电倍增管
4.3.2 工作模式及其它参数的选择
4.4 实验设计
4.4.1 样品室的优化
4.4.2 悬浊液的优化
4.4.3 净计数率与水中氚浓度的关系
4.5 实验结果与讨论
4.5.1 样品室的优化
4.5.2 悬浊液的优化
4.5.3 实验结果与模拟结果的对比分析
4.5.4 净计数率与水中氚浓度的关系
4.6 在线低浓度氚水探测器设计
4.6.1 1#设计方案
4.6.2 2#设计方案
4.6.3 两种方案的比较
4.7 小结
第5章 结论与展望
5.1 研究结论
5.2 本论文的创新之处
5.3 进一步研究方向
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3846715
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 聚变堆中的低浓度氚水
1.1.2 其它核设施中的氚水及国内相关标准
1.2 水中氚浓度测量方法
1.2.1 BIXS法测量水中氚浓度
1.2.2 量热法测量水中氚浓度
1.2.3 成像板法测量水中氚浓度
1.2.4 液闪法测量水中氚浓度
1.2.5 基于固体闪烁体的氚水测量方法
1.3 CaF2(Eu)粉末的性质
1.3.1 CaF2(Eu)晶体的发光机理
1.3.2 CaF2(Eu)晶体的非线性发光
1.3.3 粒径大小对CaF2(Eu)粉末荧光性质的影响
1.4 小结
1.5 本论文的研究思路和研究内容
第2章 CaF2(Eu)粉末替代闪烁液的可行性研究
2.1 引言
2.2 实验设计
2.2.1 CaF2(Eu)粉末样品的制备
2.2.2 粉末样品的荧光性质
2.2.3 粉末样品在水中的分散性
2.2.4 粉末样品的复用性
2.2.5 液闪瓶和CaF2(Eu)粉末量的影响
2.2.6 净计数率随水中氚浓度的变化
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 CaF2(Eu)粉末样品的制备
2.3.2 粉末样品的荧光性质
2.3.3 粉末样品在水中的分散性
2.3.4 粉末样品的复用性
2.3.5 液闪瓶和CaF2(Eu)粉末量的影响
2.3.6 净计数率随水中氚浓度的变化
2.4 小结
第3章 低浓度氚水探测器设计研究
3.1 引言
3.2 Geant4简介
3.2.1 放射性核素的衰变
3.2.2 低能电磁相互作用
3.2.3 光学光子的产生与输运过程
3.3 探测器物理模型的建立
3.3.1 初始事件
3.3.2 低能电磁相互作用
3.3.3 光学光子的产生与输运过程
3.4 固-液体系的模拟
3.4.1 几何模型
3.4.2 CaF2(Eu)中的能量沉积
3.4.3 样品室内的光学性质
3.4.4 符合探测效率和探测下限
3.5 悬浊液体系的模拟
3.5.1 能量沉积概率
3.5.2 样品室光学性质
3.5.3 探测效率、净计数率和探测下限
3.6 样品室中光子通道的模拟
3.6.1 几何模型
3.6.2 样品室内的光学性质
3.6.3 符合探测效率和探测下限
3.7 小结
第4章 基于CaF2(Eu)粉末的低浓度氚水测量技术研究
4.1 引言
4.2 系统设计
4.2.1 探测器
4.2.2 电子学系统及其工作模式
4.2.3 实验方法
4.3 电子学系统性能
4.3.1 光电倍增管
4.3.2 工作模式及其它参数的选择
4.4 实验设计
4.4.1 样品室的优化
4.4.2 悬浊液的优化
4.4.3 净计数率与水中氚浓度的关系
4.5 实验结果与讨论
4.5.1 样品室的优化
4.5.2 悬浊液的优化
4.5.3 实验结果与模拟结果的对比分析
4.5.4 净计数率与水中氚浓度的关系
4.6 在线低浓度氚水探测器设计
4.6.1 1#设计方案
4.6.2 2#设计方案
4.6.3 两种方案的比较
4.7 小结
第5章 结论与展望
5.1 研究结论
5.2 本论文的创新之处
5.3 进一步研究方向
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3846715
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