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(huì)經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸和最終處置前，必須對(duì)其進(jìn)行甄別和測(cè)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(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸衰變。同時(shí)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(cè)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(guò)壓縮減容處理。取樣時(shí)，若操作不當(dāng)極易造成二次污染。因此，無(wú)損測(cè)量方法是最行之有效的放

2、射性廢物測(cè)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(cè)量方法。分段γ掃描技術(shù)測(cè)量時(shí)間短，對(duì)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(cè)誤差較大。而層析γ掃描技術(shù)具有較高的探測(cè)精度，但由于其探測(cè)時(shí)間遠(yuǎn)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(duì)上述問(wèn)題，本論文針對(duì)分段γ掃描技術(shù)和層析γ掃描技術(shù)開(kāi)展研究，主要研究?jī)?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(duì)使用蒙特卡羅方法進(jìn)行死層厚度修正時(shí)，計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了新的死層厚度修正方法。在研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)死層厚度與探測(cè)效率計(jì)算誤差呈線性關(guān)系。當(dāng)該誤差為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的死層厚度為最優(yōu)值。并使用死層厚度與探測(cè)效率計(jì)算誤差絕對(duì)值的平均值的關(guān)系驗(yàn)證了死層厚度，發(fā)現(xiàn)該死層厚度對(duì)應(yīng)誤差最小。因此，該修正方法能夠快速準(zhǔn)確修正探測(cè)器死層厚度。
　　2.建立了具有普適性的探測(cè)效率實(shí)時(shí)計(jì)算方法
　　針對(duì)目前SGS技術(shù)中探測(cè)效率計(jì)

4、算精度較差的問(wèn)題，提出了一種基于探測(cè)器、方準(zhǔn)直孔以及探測(cè)對(duì)象幾何尺寸及位置關(guān)系的探測(cè)效率數(shù)值計(jì)算方法。使用該方法能夠根據(jù)不同的廢物桶的實(shí)際情況實(shí)時(shí)快速計(jì)算出方孔準(zhǔn)直器的探測(cè)效率。在此基礎(chǔ)上重構(gòu)了探測(cè)器有效照射面積等參數(shù)的計(jì)算公式，建立了適用于各種形狀準(zhǔn)直器的探測(cè)效率計(jì)算方法，提高了該計(jì)算方法的普適性。使用該方法對(duì)一個(gè)水泥桶中不同半徑位置的放射源探測(cè)效率進(jìn)行計(jì)算，平均誤差小于3％。并將這些方法應(yīng)用于基于雙探測(cè)位置的改進(jìn)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(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)了相應(yīng)的TGS三維活度重建軟件。為了進(jìn)一步驗(yàn)證TGS三維活度重建軟件，建立了TGS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)控制軟件及HPGe探測(cè)器控制軟件。該系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于雙探

6、測(cè)位置的改進(jìn)型SGS技術(shù)和TGS技術(shù)。開(kāi)展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明在測(cè)量單個(gè)放射源時(shí)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(cè)量多個(gè)放射源時(shí)，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(cè)時(shí)間僅為傳統(tǒng)TGS技術(shù)的一半。由此驗(yàn)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(guò)該實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，為進(jìn)一步研制γ射線探測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)打下基礎(chǔ)。
　　4.建立基于LaBr3探測(cè)器的T

7、GS三維活度測(cè)量技術(shù)
　　針對(duì)LaBr3探測(cè)器本底以及能峰漂移現(xiàn)象，提出LaBr3探測(cè)器探測(cè)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(jì)算出的活度與真實(shí)活度的誤差在3%以內(nèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)LaBr3探測(cè)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(cè)器能量分辨率越好；同時(shí)發(fā)現(xiàn)LaBr3探測(cè)器探測(cè)效率為HPGe探測(cè)器的1.3至2倍。之后將探測(cè)效率數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)用于LaBr3探測(cè)器，使用該方法計(jì)算的探測(cè)器效率與蒙

8、特卡羅方法計(jì)算結(jié)果誤差在3%左右。為了進(jìn)一步提高LaBr3探測(cè)器的探測(cè)性能，對(duì)其準(zhǔn)直器進(jìn)行了優(yōu)化。以體元內(nèi)探測(cè)器效率均一性及探測(cè)器視野張角為判斷指標(biāo)，對(duì)小方孔、大方孔和圓形準(zhǔn)直孔進(jìn)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(kuò)形準(zhǔn)直器。并對(duì)其尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后將該探測(cè)器應(yīng)用于TGS系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其探