一种放射性材料的检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及放射性材料检测装置，包括：闪烁体，具有中空环状一体结构，所述闪烁体将所述放射性材料发射的射线转换成闪烁光；多个光电转换器件，设置在所述闪烁体的外周表面，用于将所述闪烁光转化为电脉冲信号；信号处理单元，用于对所述电脉冲信号进行处理。通过环状闪烁体一体结构的多端读出，可以提高环状闪烁体的光输出并提高光输出均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种放射性材料的检测装置
本专利技术总体上涉及射线检测
，尤其涉及一种用于核燃料芯块富集度无源检测的检测装置及其检测方法。
技术介绍
核燃料棒是核电站反应堆燃料组件的关键组成部分，最基本单元是二氧化铀(UO2)燃料芯块。核燃料芯块富集度指的是芯块中235U的质量分数，核燃料芯块富集度不均匀或者混入异常芯块会导致核燃料棒发热不均匀，降低使用效率，甚至引起核燃料棒破裂，导致停堆，造成重大事故。因此，核燃料棒在出厂使用前必须逐个进行检测。目前核燃料芯块富集度检测方法可分为有源法和无源法两类。有源法采用慢化后的252Cf中子照射核燃料棒，热中子与235U和238U发生核反应，并伴随一系列的β衰变和γ衰变，通过分析活化后的γ射线能谱推算富集度。有源法的检测效率和检测精度较高，但需要使用昂贵且寿命较短的252Cf中子源，同时检测过的芯块放射性增强，需要静置较长时间。无源法采用235U的天然特征γ射线进行能谱分析，使用成本低，操作简单，属于无损检测。但由于核燃料棒的235U富集度一般较低，检测效率上低于有源法。现有的无源检测装置中的探测器采用了中心开孔的闪烁体单端耦合光电倍增管的设计方案，例如题为“一种用于燃料棒丰度检测的γ探头及探头系统”的中国专利申请CN106596496A公开了采用光电倍增管接收闪烁体发出的荧光信号，单端输出的闪烁光的耗损较多，光输出的均匀性也较差，不利于γ射线能谱分析，且不能保证分析结果的精确度。同时由于光电倍增管受自身结构限制，体积通常较大(光接收面面积大于20mm*20mm)，难以对单个燃料芯块进行检查，在平行堆叠排列中造成的探测器死区也较大。此外，光电倍增管由于必须配置相应的高压电源才能正常工作，增加了使用复杂度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种新型检测装置，其能有效地对放射性材料发出的射线进行收集、检测，光输出性好，可以应用于核燃料芯块富集度的无源检测。根据本专利技术的一示范性实施例，提供了一种放射性材料的检测装置，包括：闪烁体，具有中空环状一体结构，以用于将所述放射性材料容纳在所述中空环状一体结构的中空部分中，所述闪烁体将所述放射性材料发射的射线转换成闪烁光；多个光电转换器件，设置在所述闪烁体的外周表面，用于将所述闪烁光转化为电脉冲信号；信号处理单元，用于对所述电脉冲信号进行处理。在一些实施例中，所述光电转换器件选自硅光电倍增管和光电二极管。在一些实施例中，所述闪烁体在圆周方向上被隔板分成与所述多个光电转换器件对应的多个部分；所述隔板从所述闪烁体的外周表面向内表面延伸，但是不延伸到所述闪烁体的内表面，或者所述隔板从所述闪烁体的内表面向外周表面延伸，但是不延伸到所述闪烁体的外周表面。在一些实施例中，所述多个光电转换器件均匀设置在所述闪烁体的外周表面上，所述隔板将所述闪烁体在圆周方向上均匀分成多个部分，使得每个光电转换器件位于所述闪烁体的对应部分外周表面的中心位置处。在一些实施例中，所述隔板延伸的长度为闪烁体内外表面之间距离的20-80％，优选30-70％，更优选40-60％。在一些实施例中，所述隔板由反光材料组成。在一些实施例中，所述闪烁体的外周表面具有多边形形状，所述多个光电转换器件位于多边形的各顶点处。在一些实施例中，所述闪烁体材料选自碘化铯(CsI)、碘化钠(NaI)、锗酸铋(BGO)、硅酸钇镥(LYSO)、钆铝镓基石榴石(GAGG)闪烁晶体中的一种或几种。在一些实施例中，所述闪烁体的环状一体结构的内表面和/或外周表面覆盖有反光层。在一些实施例中，所述装置还包括壳体，用于容纳所述闪烁体和光电转换器件。在一些实施例中，所述装置还包括信号引出电路，用于将所述多个光电转换器件的电脉冲信号引出到所述信号处理单元，所述信号处理单元基于所述电脉冲信号确定所述放射性材料的富集度。在一些实施例中，在所述信号引出电路的位于所述多个光电转换器件的阴极处设置有隔离滤波元件。本专利技术与现有技术相比，至少具有如下优点：1)本专利技术提出的环状闪烁体一体结构的多端读出方法可以提高环状闪烁体的光输出并提高光输出均匀性；2)本专利技术采用的小尺寸光电转换器件及环状探测器结构设计，极大方便了对放射性材料的检测；3)本专利技术采用晶体部分切槽以及设置隔板将环状闪烁体分成多个部分的设计方法，进一步提高了闪烁体的光输出率，提高了检测精度。本专利技术的其它优点将从下面参照附图对具体实施方式的描述而变得显然。附图说明图1为本专利技术的放射性材料检测装置的一个实施例的示意图；图2为本专利技术的放射性材料检测装置的一个实施例的改进示意图；图3为本专利技术的放射性材料检测装置的一个实施例的又一改进示意图；图4为本专利技术的放射性材料检测装置的另一个实施例的示意图；图5为本专利技术的放射性材料检测装置的另一个实施例的改进示意图；图6为本专利技术的放射性材料检测装置的另一个实施例的又一改进示意图；图7为本专利技术的放射性材料检测装置的配置电路示意图；图8为本专利技术的放射性材料检测装置的信号处理流程图。具体实施方式为了便于所属领域技术人员理解本专利技术的基本原理，以下将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，本专利技术并不局限于这些示范性实施例的精确形式。此外，附图中的元件不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件尺寸可以相对于另一些元件被放大以帮助改善对本专利技术的实施例的理解。图1是根据本专利技术第一实施例的放射性材料检测装置示意图。如图1所述，检测装置包括中空环状一体结构的闪烁体1，多个光电转换器件2，以及信号处理单元(未示出)。在此实施例中，放射性材料为核燃料芯块。闪烁体1具有中空环状一体结构，以用于将燃料芯块容纳在中空环状结构的中空部分中，闪烁体1将燃料芯块发射的γ射线转换成闪烁光。本文中使用“中空环状一体结构”，其含义为环状闪烁体是由整块环状晶体加工而成，而非由多块晶体拼接成环的方式得到。对于多块晶体拼接而成的环状闪烁体，由于晶体本身的差异性，容易造成光输出不均匀，而且后续需要多套电路单独读出各个闪烁体晶体的光输出，增加了系统的复杂性。本专利技术采用“中空环状一体结构”并配合多个光电转换器件的多端读出方式，有效地提高环状闪烁体的光输出率并提高光输出均匀性。中空环状闪烁体的内表面和外周表面可以具有多种形状，包括但不限于圆环、方环、或多边形环，例如中空环状结构形成为内圆外圆、内圆外方、内方外圆的环状结构。典型地，例如在本实施例中，环状闪烁体的内环为圆环，外环也为圆环(除光输出面外)。闪烁体的轴向(即核燃料芯块通过闪烁体中空部分的方向)的长度应与核燃料芯块高度相当或小于单个核燃料芯块高度，优选为7-14mm之间，以满足对单个燃料芯块进行检查；闪烁体的内环尺寸的选择应满足核燃料棒能顺利通过，即内环为圆形时，闪烁体内环直径应大于核燃料棒直径，内环为方形时，其边长应大于核燃料棒直径，在图1所示的实施例中，闪烁体的内环半径优选为12-20mm之间。闪烁体外环半径和内环半径之差应不小于所采用的闪烁体材料对235U的能量为186keV的天然特征γ射线的一个衰减长度。当闪烁体的内环为方环或者多边形环时，内外环面间的最短距离应不小于所采用的闪烁体材料对235U的能量为186keV的天然特征γ射线的一个衰减长度。如果内外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性材料检测装置，包括：闪烁体，具有中空环状一体结构，以用于将所述放射性材料容纳在所述中空环状一体结构的中空部分中，所述闪烁体将所述放射性材料发射的射线转换成闪烁光；多个光电转换器件，设置在所述闪烁体的外周表面，用于将所述闪烁光转化为电脉冲信号；信号处理单元，用于对所述电脉冲信号进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种放射性材料检测装置，包括：闪烁体，具有中空环状一体结构，以用于将所述放射性材料容纳在所述中空环状一体结构的中空部分中，所述闪烁体将所述放射性材料发射的射线转换成闪烁光；多个光电转换器件，设置在所述闪烁体的外周表面，用于将所述闪烁光转化为电脉冲信号；信号处理单元，用于对所述电脉冲信号进行处理。2.如权利要求1所述的检测装置，其中，所述光电转换器件选自硅光电倍增管和光电二极管。3.如权利要求1或2所述的检测装置，其中，所述闪烁体在圆周方向上被隔板分成与所述多个光电转换器件对应的多个部分；所述隔板从所述闪烁体的外周表面向内表面延伸，但是不延伸到所述闪烁体的内表面，或者所述隔板从所述闪烁体的内表面向外周表面延伸，但是不延伸到所述闪烁体的外周表面。4.如权利要求1至3之一所述的检测装置，其中，所述多个光电转换器件均匀设置在所述闪烁体的外周表面上，所述隔板将所述闪烁体在圆周方向上均匀分成多个部分，使得每个光电转换器件位于所述闪烁体的对应部分外周表面的中心位置处。5.如权利要求1至3之一所述的检测装置，其中，所述隔板延伸的长度为闪烁体内外表面之间距离的20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦韬，王英杰，杨明洁，魏龙，章志明，魏存峰，李道武，刘双全，王培林，王晓明，姜小盼，帅磊，黄先超，张译文，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11