基于三維自適應(yīng)網(wǎng)格的放射性廢物活度γ掃描技術(shù)研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，能源的需求量不斷增加。伴隨著核能的大力發(fā)展，產(chǎn)生了大量放射性物質(zhì)。這些放射性物質(zhì)在運輸和最終處置前，必須對其進行甄別和測量，確定其所含核素及活度。由于放射性廢物在貯存期間，其所含核素會隨著時間的推移而逐漸衰變。同時這些廢物內(nèi)核素分布不均勻，因此常規(guī)取樣方法難以獲得有效測量樣本用于估算廢物桶內(nèi)的核素及活度。并且，廢物桶內(nèi)填充材料一般都經(jīng)過壓縮減容處理。取樣時，若操作不當(dāng)極易造成二次污染。因此，無損測量方法是最行之有效的放

2、射性廢物測量方法。分段γ掃描技術(shù)和層析γ掃描技術(shù)是兩種最主要的非破壞性測量方法。分段γ掃描技術(shù)測量時間短，對核電廠中產(chǎn)生的放射性物質(zhì)分布不均及填充材料分布不均的廢物桶探測誤差較大。而層析γ掃描技術(shù)具有較高的探測精度，但由于其探測時間遠大于分段γ掃描技術(shù)。因此，限制了該技術(shù)在核電廠中的廣泛應(yīng)用。
　　針對上述問題，本論文針對分段γ掃描技術(shù)和層析γ掃描技術(shù)開展研究，主要研究內(nèi)容及成果包括：
　　1.建立了死層厚度快速修正方法

3、r>　　針對使用蒙特卡羅方法進行死層厚度修正時，計算量大、計算時間長的問題，提出了新的死層厚度修正方法。在研究過程中，發(fā)現(xiàn)死層厚度與探測效率計算誤差呈線性關(guān)系。當(dāng)該誤差為零時所對應(yīng)的死層厚度為最優(yōu)值。并使用死層厚度與探測效率計算誤差絕對值的平均值的關(guān)系驗證了死層厚度，發(fā)現(xiàn)該死層厚度對應(yīng)誤差最小。因此，該修正方法能夠快速準(zhǔn)確修正探測器死層厚度。
　　2.建立了具有普適性的探測效率實時計算方法
　　針對目前SGS技術(shù)中探測效率計

4、算精度較差的問題，提出了一種基于探測器、方準(zhǔn)直孔以及探測對象幾何尺寸及位置關(guān)系的探測效率數(shù)值計算方法。使用該方法能夠根據(jù)不同的廢物桶的實際情況實時快速計算出方孔準(zhǔn)直器的探測效率。在此基礎(chǔ)上重構(gòu)了探測器有效照射面積等參數(shù)的計算公式，建立了適用于各種形狀準(zhǔn)直器的探測效率計算方法，提高了該計算方法的普適性。使用該方法對一個水泥桶中不同半徑位置的放射源探測效率進行計算，平均誤差小于3％。并將這些方法應(yīng)用于基于雙探測位置的改進型SGS技術(shù)，單放射

5、源最大誤差為17.6%，平均誤差為10%。多放射源時最大偏差為23.6%，平均偏差為7.9%，均優(yōu)于傳統(tǒng)SGS技術(shù)測量結(jié)果。
　　3.建立基于自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)的TGS三維活度重建算法及相應(yīng)實驗系統(tǒng)
　　在二維自適應(yīng)網(wǎng)格算法的基礎(chǔ)上提出三維自適應(yīng)網(wǎng)格算法，根據(jù)該算法開發(fā)了相應(yīng)的TGS三維活度重建軟件。為了進一步驗證TGS三維活度重建軟件，建立了TGS實驗系統(tǒng)，并開發(fā)相應(yīng)控制軟件及HPGe探測器控制軟件。該系統(tǒng)能夠同時實現(xiàn)基于雙探

6、測位置的改進型SGS技術(shù)和TGS技術(shù)。開展驗證實驗，實驗表明在測量單個放射源時基于自適應(yīng)網(wǎng)格的TGS技術(shù)重建的活度優(yōu)于傳統(tǒng)TGS技術(shù)。在測量多個放射源時，兩種算法各有優(yōu)劣，平均誤差均在4%左右。但基于自適應(yīng)網(wǎng)格的TGS技術(shù)探測時間僅為傳統(tǒng)TGS技術(shù)的一半。由此驗證了基于自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)的TGS算法優(yōu)于傳統(tǒng)TGS算法。并通過該實驗研究驗證了實驗系統(tǒng)的可靠性，為進一步研制γ射線探測系統(tǒng)樣機打下基礎(chǔ)。
　　4.建立基于LaBr3探測器的T

7、GS三維活度測量技術(shù)
　　針對LaBr3探測器本底以及能峰漂移現(xiàn)象，提出LaBr3探測器探測譜的預(yù)處理方法。使用預(yù)處理后能譜分析所得的峰面積計算出的活度與真實活度的誤差在3%以內(nèi)。通過實驗研究，發(fā)現(xiàn)LaBr3探測器道址與γ射線能量具有良好的線性關(guān)系；當(dāng)γ射線能量越高，探測器能量分辨率越好；同時發(fā)現(xiàn)LaBr3探測器探測效率為HPGe探測器的1.3至2倍。之后將探測效率數(shù)值計算方法應(yīng)用于LaBr3探測器，使用該方法計算的探測器效率與蒙

8、特卡羅方法計算結(jié)果誤差在3%左右。為了進一步提高LaBr3探測器的探測性能，對其準(zhǔn)直器進行了優(yōu)化。以體元內(nèi)探測器效率均一性及探測器視野張角為判斷指標(biāo)，對小方孔、大方孔和圓形準(zhǔn)直孔進行了比較。在此基礎(chǔ)上提出了一種內(nèi)側(cè)小方孔，外側(cè)大方孔的漸擴形準(zhǔn)直器。并對其尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計。最后將該探測器應(yīng)用于TGS系統(tǒng)中。實驗中使用兩種填充材料：內(nèi)圈聚氨酯，外圈尼龍與木頭間隔分布；全部是聚氨酯。在其中布置有數(shù)量不一的Cs-137放射源。通過實驗發(fā)現(xiàn)其探