一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，包括与取样系统中的取样室配套使用的探测器系统的优化；设在取样室外围的屏蔽层的厚度的优化；取样室的体积和尺寸的优化；具体为：对于含待测核素的模拟源项，优先选用1‑5英寸探测器分不同尺寸进行初步模拟，分析探测器的探测和电子学性能以及取样室的体积与探测系统的计数率的关系；针对选定区域考虑外界干扰因素，进行本底辐射屏蔽模拟，以确定合适的屏蔽层的厚度；衡量经济代价与探测系统的计数率的关系；确定优化的液态流出物监测取样系统。采用本发明专利技术提供的方法能够保证在获得监测取样系统优异的监测性能的同时有效地节约系统研究和开放时间，节约设计费用，并使辐射风险最小化。

Optimization design method for sampling system of liquid effluent measuring device

Optimization design method of the present invention relates to a measuring device for liquid effluent sampling system, including the optimization of detector system and supporting the use of sampling chamber sampling in the system; optimized the thickness of shielding layer located in the periphery of the sampling chamber; the optimization of the volume and size of sampling chamber; specifically: for analog source with the measured radionuclide the preferred 1 5 inch probe into different size of simulation, the relationship of volume and count detection system analysis of detector detection and electronic properties and sampling room rate; according to the selected area considering external factors, at the end of this radiation shielding simulation, to determine the appropriate thickness of the shielding layer; the relationship between the counting rate the measure of the economic cost and detection system; determine the liquid effluent monitoring sampling system optimization. The method provided by the invention can ensure the excellent monitoring performance of the monitoring sampling system while effectively saving system research and opening time, saving design cost, and minimizing radiation risk.

【技术实现步骤摘要】
一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法
本专利技术属于辐射防护监测装置优化设计
，具体涉及一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法。
技术介绍
核设施在建造、运行、退役等整个周期中都存在液态放射性物质，这些物质中，不再使用的通过排放管路排向环境，排放前都必须实施监测，确保排放符合法规、标准要求，并得到了优化。而通常有效的实时方法是设置在线式液态流出物监测仪，虽然这些监测仪的性能难以和实验室分析仪器相比，但其具有取样方便、实时测量的优势是实验室分析仪器无法比拟的，因而也是实现核安全的保障，是保护公众和环境不可缺少的有力手段。如何充分发挥在线式监测仪器优势是十分复杂的问题，至今仍是辐射监测技术研究的要点之一。虽然国内早在上世纪就有了水监测仪，但因当时科研条件的限制，所制造的监测仪取样室中，有的参照了国外相关仪器，有的想当然的认为取到了水样就可，很少有进行深入研究和设计的仪器。而国外相关仪器，很多也是给人以取到了样就可以监测的概念，且宣传材料显示其监测系统的性能则是离奇的好。再次，如需开展合适的液态流出物监测仪的设计工作，特别是液态流出物监测仪取样室的设计和验证工作，需要配置复杂的多规格尺寸的取样室，并且这些取样室须方便探测器位置的选取，以确定合理的方案。这种设计方法存在试验难度大，材料（特别是放射性材料）消耗量大，同时也带来了更多的辐射试验风险，故而国内外少有类似的工作的介绍。事实上，水监测仪的设计问题相当复杂，首先是什么样的结构是适合的；其次是尺寸怎样的；再次是抗外界干扰能力如何；另外还需要考虑上述因素成本以及如何平衡、去污等问题。现实工作迫切需要有效地解决液态流出物监测系统的取样问题，其首要问题是如何提升系统性能。
技术实现思路
针对现实工作的需要，本专利技术的目的是提供一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，采用该方法能够保证在获得监测取样系统优异的监测性能的同时有效地节约系统研究和开放时间，节约取样系统的设计费用，并使辐射风险最小化。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，包括：与取样系统中的取样室配套使用的探测器系统的优化；设在取样室外围的屏蔽层的厚度的优化；取样室的体积和尺寸的优化；具体方法如下：以模拟的含待测核素的液态流出物为模拟源项，优选用1-5英寸探测器分3-5种规格尺寸，进行初步模拟，分析探测器的探测和电子学性能以及取样室的体积与探测系统的计数率的关系；针对选定区域考虑外界干扰因素，进行本底辐射屏蔽模拟，以确定合适的屏蔽层的厚度，屏蔽层的厚度的确定原则为确保干扰辐射对探测器的计数小于目标单位液态流出物对探测器的计数；衡量经济代价与探测系统的计数率的关系，确定取样室的体积和尺寸范围；综合分析上述因素，确定优化的液态流出物监测取样系统。进一步，采用蒙特卡罗方法进行模拟分析。进一步，探测器系统选用NaI、CsI、LaCl3、LaBr3或HPGe能谱型探测器，探测器灵敏体的中心位置位于取样室的几何中心或几何中心偏上且不超过几何尺寸1/4的位置；取样室为圆柱形或近似圆柱形。再进一步，初步模拟所采用的模拟源项中至少含有137Cs、60Co两种核素，取样室的尺寸与模拟源项辐射的半减层厚度和取样室的体积变化倍数相关，同时与探测器的性能参数相关。进一步，分析取样室的体积与探测系统的计数率的关系时，包括衡量取样室的体积增加与计数率的变化趋势，必要时衡量取样室的尺寸变化与计数率的变化趋势；需要优化探测器时，相应地变更探测器的尺寸和/或类型。再进一步，取样室的体积选取2组以上不同的体积，并将模拟结果转换为以单位体积活度浓度与效率的乘积来表示探测系统的计数率能力。进一步，进行本底辐射屏蔽模拟时，外界干扰因素参考环境调查得到的氡、钍和其它天然放射性核素的浓度以及浓度范围推荐使用的最大值；本底辐射源项选用点源或等效为大于模拟的液态流出物尺寸的球壳源，或无限大平面源等效为一定尺寸的平面源；等效源的尺寸依据平方反比系数与源活度的乘积进行确定。再进一步，模拟时使屏蔽层的厚度与本底辐射源项辐射的半减层厚或十倍半减层厚相关。进一步，屏蔽厚度确定原则为确保干扰计数率小于液态流出物的计数率的10%。再进一步，衡量经济代价与计数率的关系时，选择使经济代价增长与计数率增长成一定比例关系，经济代价包括取样量成本、取样室材料与加工费用。本专利技术的有益效果在于：第一、使用本专利技术提供的方法，可以有效的节约液态流出物监测系统特别是取样系统的设计费用，摒弃以往需要开展大量试验而带来辐射风险的不足。第二、使用本专利技术提供的方法优化设计的液态流出物监测取样系统，可以有效提升其相应的体积活度浓度探测性能。第三、使用本专利技术提供的方法，可以在保证很好的监测性能的同时有效降低成本。第四、使用本专利技术提供的方法，可以有效的节约系统研究和开发时间。第五、使用本专利技术提供的方法，可以保证探测效能，在节约成本的同时获得抗干扰（本底）性能优异的液态流出物监测技术及仪器。附图说明图1为本专利技术采用蒙特卡罗方法模拟得到的液态流出物监测取样系统的结构示意图；图2为本专利技术基于蒙特卡罗方法优化设计液态流出物监测取样系统的流程图；图3表示同种探测器下含不同核素的液态流出物的探测计数随溶液体积的变化关系，其中，曲线A表示含60Co核素在1.332MeV能量下探测计数随溶液体积的变化关系，曲线B表示含60Co核素在1.117MeV能量下探测计数随溶液体积的变化关系，曲线C表示含137Co核素在0.662MeV能量下探测计数随溶液体积的变化关系。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述。本专利技术中，说明书仅为优选实施流程，采用蒙特卡罗方法进行模拟时可以按照说明书的流程顺序进行实施，但其他变化的流程顺序也属于本专利技术保护的范围。图1是按照本专利技术的方法模拟得到的一种优化的液态流出物监测取样系统的结构示意图，该取样系统包括取样室、设在取样室外围的屏蔽层4以及和取样室配套使用的探测器系统3，探测器系统3上的探测器灵敏体2伸入取样室中，取样室用于盛装监测对象——取的一定量的液态流出物1。使用蒙特卡罗方法架构上述取样系统的流程可参见附图2，以下详细说明。初步模拟时确定探测器的类型，并确定其灵敏体形状及物理参数（不限于材料）。对于模拟的探测器，其尺寸未确定时，可根据市面典型探测器进行设计；如可特殊加工的探测器如闪烁体探测器，可使用典型的1、2、3英寸进行模拟评估所需的探测器优化的尺寸。必要时使用1-50英寸探测器分3-5种规格尺寸进行模拟分析。探测器系统选用NaI、CsI、LaCl3、LaBr3或HPGe能谱型探测器，探测器灵敏体的中心位置位于取样室的几何中心或几何中心偏上且不超过几何尺寸1/4的位置。取样室优选为圆柱形或近似圆柱形。对于标准3英寸及以下的NaI探测器，取样室的体积<100L，取样室的尺寸优选为直径Φ<60cm，高度H<60cm。对于模拟的液态流出物，优选水中含60Co、137Cs放射性核素，并发出相应能量的γ辐射。若液态流出物中盐度等达到一定水平不可忽略，如优选密度变化>±5%但不限于此，则按盐溶液进行模拟。对于流出物量的多少，模拟时按照射线水中减弱厚度和体积变化的倍数或者近似关系进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，其特征在于，包括：与取样系统中的取样室配套使用的探测器系统的优化；设在取样室外围的屏蔽层的厚度的优化；取样室的体积和尺寸的优化；具体方法如下：以模拟的含待测核素的液态流出物为模拟源项，用1‑5英寸探测器分3‑5种规格尺寸，进行初步模拟，分析探测器的探测和电子学性能以及取样室的体积与探测系统的计数率的关系；针对选定区域考虑外界干扰因素，进行本底辐射屏蔽模拟，以确定合适的屏蔽层的厚度，屏蔽层的厚度的确定原则为确保干扰辐射对探测器的计数小于目标单位液态流出物对探测器的计数；衡量经济代价与探测系统的计数率的关系，确定取样室的体积和尺寸范围；综合分析上述因素，确定优化的液态流出物监测取样系统；其中，进行本底辐射屏蔽模拟时，外界干扰因素参考环境调查得到的氡、钍和其它天然放射性核素的浓度以及浓度范围推荐使用的最大值；本底辐射源项选用点源或等效为大于模拟的液态流出物尺寸的球壳源，或无限大平面源等效为一定尺寸的平面源；等效源的尺寸依据平方反比系数与源活度的乘积进行确定。

【技术特征摘要】
1.一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，其特征在于，包括：与取样系统中的取样室配套使用的探测器系统的优化；设在取样室外围的屏蔽层的厚度的优化；取样室的体积和尺寸的优化；具体方法如下：以模拟的含待测核素的液态流出物为模拟源项，用1-5英寸探测器分3-5种规格尺寸，进行初步模拟，分析探测器的探测和电子学性能以及取样室的体积与探测系统的计数率的关系；针对选定区域考虑外界干扰因素，进行本底辐射屏蔽模拟，以确定合适的屏蔽层的厚度，屏蔽层的厚度的确定原则为确保干扰辐射对探测器的计数小于目标单位液态流出物对探测器的计数；衡量经济代价与探测系统的计数率的关系，确定取样室的体积和尺寸范围；综合分析上述因素，确定优化的液态流出物监测取样系统；其中，进行本底辐射屏蔽模拟时，外界干扰因素参考环境调查得到的氡、钍和其它天然放射性核素的浓度以及浓度范围推荐使用的最大值；本底辐射源项选用点源或等效为大于模拟的液态流出物尺寸的球壳源，或无限大平面源等效为一定尺寸的平面源；等效源的尺寸依据平方反比系数与源活度的乘积进行确定。2.根据权利要求1所述的一种液态流出物测量装置取样系统的优化设计方法，其特征在于，采用蒙特卡罗方法进行模拟分析；探测器选用NaI、CsI、LaCl3、LaBr3或HPGe能谱型探测器，探测器灵敏体的中心位置位于取样室的几何中心至几...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈福，傅翠明，马英豪，席萍萍，张志龙，李静韬，卢正永，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14