中低放射性廢物桶測量的半層析伽瑪掃描方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種針對核電廠中低放射性桶裝廢物進行核素與活度測量的伽 馬掃描方法與活度重建技術(shù)，以及基于該技術(shù)的相應裝置，具體是利用輻射探測器測量勻 速旋轉(zhuǎn)廢物桶內(nèi)發(fā)出的伽瑪射線，然后重建出放射性核素及其活度沿廢物桶徑向與軸向分 布的掃描技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家大力發(fā)展核電，核電運行中產(chǎn)生的大量中低放射性廢物亟待處置。根據(jù) 國家標準GB11928-1989、GB9132-1988等規(guī)定，對這些廢物進行中間暫存、運輸、最終處置 前必須進行表面污染和劑量率檢測、桶內(nèi)核素鑒別與活度測量。由于測量對象為含有放射 性的大體積桶裝廢物，因此對桶內(nèi)核素及活度進行準確測量存在一定的困難。目前，比較 理想的是無損檢測技術(shù)，Y掃描技術(shù)是使用最廣泛的核電廠桶裝廢物檢測方法之一，包括 分段伽瑪掃描技術(shù)（SegmentedGammaSacnning，SGS)和層析伽瑪掃描技術(shù)（Tomographic Ga_aSacnning，TGS)。其原理是，通過輻射探測器測量伽瑪射線的幅度和計數(shù)，再通過多 道分析儀分析測得的伽瑪射線的能譜，從而確定核素種類及對應核素發(fā)出特征伽瑪射線計 數(shù)率。由于核素在桶內(nèi)存在分布，并且發(fā)出的射線還受到桶內(nèi)物質(zhì)的吸收衰減，因此需要建 立測量計數(shù)率與桶內(nèi)各核素活度的關(guān)系。二十世紀七十年代發(fā)展起來的SGS是將廢物桶沿 高度方向分為若干層，假設斷層內(nèi)物質(zhì)和核素均勻分布，以此建立起測量計數(shù)率和活度的 關(guān)系，并規(guī)定了該探測方法的掃描方式，即廢物桶勻速旋轉(zhuǎn)（目的是減少桶內(nèi)放射性核素 圓周方向分布的不均勻度），和輻射探測器正對各斷層依次步進升降測量，通過該方法可以 獲得放射性活度沿廢物桶軸向的分布。SGS由于認為放射性核素在廢物桶內(nèi)均勻分布，重建 后的活度與真實值相比誤差非常大。二十世紀九十年代提出的TGS在SGS技術(shù)的基礎上， 對各段層的測量引入層析掃描技術(shù)，可以通過重建計算，獲得桶內(nèi)填充物質(zhì)及放射性核素 活度的三維分布，大大提高了測量精度。該方法需要進行層析掃描，即探測器從各個不同方 向和位置對廢物桶進行測量，如廢物桶步進轉(zhuǎn)動，探測器在水平面上的偏心平動和沿高度 方向的升降，因此TGS雖然測量精度高，但對測量過程復雜、時間為SGS的幾十倍，限制了其 廣泛應用。
[0003] 針對SGS測量時間短、精度差，TGS測量精度高、時間長的特點，尋求測量時間相對 短、測量精度相對高的探測技術(shù)將具有重要的價值和應用前景。為此，一種基于雙探測器的 改進型SGS技術(shù)（ImprovedSegmentedGammaSacnning，ISGS)被提出，其原理是在SGS的 基礎上，將各段層內(nèi)的放射性核素按其分布等效為單點源，由于測量時廢物桶勻速旋轉(zhuǎn)，該 點源即為線性環(huán)源，通過兩個探測器定位確定環(huán)源的半徑，對源的定位使得探測效率能準 確計算，因此探測精度較SGS大大提高。該方法對點源存在的情況有很高的探測精度，但在 多點源的情況下精度會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種中低放射性廢物桶測量的半層 析（Semi-TomographyGammaScanning，STGS)伽瑪掃描掃描方法，本發(fā)明提出的介于SGS 與TGS之間的半層析伽瑪掃描，可以獲得廢物桶旋轉(zhuǎn)測量時放射性核素（環(huán)狀存在）在段 層半徑和廢物桶高度方向上的分布，測量精度高于SGS，且與TGS相比大大簡化了測量過 程、縮短了測量時間。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種中低放射性廢物桶測量的半層析伽瑪掃描方法，該方法所采用的掃描裝置包 括旋轉(zhuǎn)臺、探測器平臺、具有準直器的探測器、透射源平臺、透射源及其屏蔽部件、分析模 塊，所述放射性廢物桶在掃描測量時勻速旋轉(zhuǎn)，桶內(nèi)放射性核素經(jīng)旋轉(zhuǎn)后相對桶外探測器 由點源等效為環(huán)形線源，將廢物桶沿軸向劃分若干段層，各段層內(nèi)填充物質(zhì)均勻分布，再將 各段層內(nèi)劃分若干環(huán)狀網(wǎng)格，通過探測器在各段層內(nèi)的若干偏心位置進行測量，經(jīng)重建計 算獲得各環(huán)狀網(wǎng)格內(nèi)放射性核素活度沿廢物桶徑向和軸向分布，實現(xiàn)對廢物桶的放射性快 速、準確的測量。
[0007] 具體包括以下步驟：
[0008] 第一步、調(diào)整探測器及其準直器、透射源及其屏蔽部件的具體位置，使探測器軸線 對準廢物桶中心并通過透射源準直孔；
[0009] 第二步、進行當前層的掃描
[0010] 廢物桶以一定轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)，采集能譜數(shù)據(jù)；使廢物桶中心到探測器軸線的距離 依次為預定的距離，總共采集該段層的若干個能譜數(shù)據(jù)；
[0011] 第三步、將探測器平臺和透射源平臺從廢物桶最底層開始，在垂直方向同時移動 透射源平臺與探測器平臺，逐層進行掃描，每層掃描都重復第二步；
[0012] 第四步、數(shù)據(jù)處理
[0013] 首先進行各段層的透射測量，獲得該段層物質(zhì)對射線的平均衰減系數(shù)，其次將各 段層沿半徑方向劃分等面積的環(huán)狀網(wǎng)格，計算各網(wǎng)格對探測器的經(jīng)物質(zhì)衰減校正的探測效 率，建立反映各環(huán)狀網(wǎng)格放射性核素活度與處于各個探測位置時探測器計數(shù)率相互關(guān)系的 方程組，求解方程組獲得放射性核素活度在廢物桶內(nèi)沿桶徑方向和高度方向的分布，求和 獲得廢物桶內(nèi)放射性核素的總活度。
[0014] 所述第二步中，廢物桶以一定轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)，對一個測量位置采集其能譜數(shù)據(jù)的 具體測量時間以放射性水平而定。
[0015] 所述第四步的數(shù)據(jù)處理包括透射重建和發(fā)射重建，其中透射重建是為了獲得廢物 桶各段層填充物質(zhì)對射線的衰減系數(shù)或密度而開展的計算分析，發(fā)射重建是為了獲得廢物 桶內(nèi)放射性核素活度分布而開展的計算分析。
[0016] 所述透射重建的具體方法是：
[0017] 認為物質(zhì)在各層內(nèi)均勻分布，設？1等于探測器在第i個段層位置偏心位置為零時 測得的透射率：Pi= Ci/C^，其中：i=1，2…，I，Ci表示有廢物桶存在時探測器在第i個段 層位置測得的伽瑪光子全能峰計數(shù)率；C_表示透射源發(fā)出的Y射線未被樣品衰減時探測 器測得的y光子全能峰計數(shù)率，透射率與衰減系數(shù)的關(guān)系為：=-In (Pi)，其中卜為 第i個段層內(nèi)物質(zhì)對射線的衰減系數(shù)，D為廢物桶直徑。
[0018] 所述發(fā)射重建的具體方法是：