极低水平超铀核素放射性废物包检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，涉及核设施退役、放射性废物治理技术领域，以实现α比活度水平未达到超铀核素解控标准的放射性废物包进行有效检测，降低核素不均匀分布对测量结果的影响。该系统包括铅屏蔽室、铅屏蔽盖、铜屏蔽层、系统内部圆柱形支撑单元、探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器、控制系统，所述探测器组件包括NaI闪烁体、NaI配套支撑架、光电倍增管。本发明专利技术能实现低水平乃至解控水平放射性废物监控、评估、分类等，且不限于含239Pu废物的高灵敏检测，可推广应用于核电废物的分类检测与处置技术领域，对含钚废物的最小可探测α比活度达到85Bq/kg以下，能够为放射性废物安全处置及最小化管理提供关键支撑。

【技术实现步骤摘要】
极低水平超铀核素放射性废物包检测系统
本专利技术涉及核设施退役、放射性废物治理
，具体为一种极低水平超铀核素放射性废物包检测系统。更具体地，本专利技术提供一种用于超铀核素的放射性废物包检测系统，可直接应用于核电厂、燃料元件加工厂、核设施退役、军用反应堆运行、核材料加工、放射性废物收贮等产生的极低水平放射性废物、环境土壤样品、植物样品等的α或γ辐射比活度的高灵敏分析与准确评估，满足含超铀核素低水平乃至解控水平放射性废物检测与判断标准的要求。
技术介绍
在核设施运行、退役、核技术应用及放射性废物治理等过程中，必将产生大量包含超铀核素的放射性废物。而包含超铀核素的放射性废物的暂存库容压力、安全风险、废物分类、处置成本、废物分类检测技术的相对滞后，甚至是不平衡发展、最小化等问题，对我们赖以生存的环境辐射安全，及核事业的创新驱动力，构成严重威胁，要彻底解决这些问题的关键在于发展高灵敏、高效率的放射性废物检测技术。基于传统的或现有的放射性废物测量技术、方法及处置方案等，往往是以重屏蔽（如铅）下的高纯锗、塑料闪烁体及其组合为探测器，实现对废物包内出射伽马的有效检测及其分析与评估。但现有的系统探测效率较低、空间不均匀性很差，体积庞大，主要存在以下几方面问题：①检测灵敏度低；②只能给废物包内出射伽马的比活度水平；③很难可靠获得满足放射性废物分类检测技术要求的α比活度水平；④废物包内核素不均匀分布对评估结果的不确定度影响很大；⑤不利于核活动现场推广应用。如“Newhigh-throughputmeasurementsystemsforradioactivewastessegregationandfreerelease”、“TestingandPerformanceValidationofaShieldedWasteSegregationandClearanceMonitorDesignedfortheMeasurementofLowLevelWaste-13043”文献中分别介绍了以高纯锗、塑料闪烁体及其组合为探测器的放射性废物测量系统的性能、γ辐射最小可探测比活度、探测效率的空间均匀性等，采用γ射线积分计数方法，在一定范围内能够满足低水平放射性废物测量要求，实现了对γ辐射在数十Bq/kg以下的废物的可靠检测。然而，塑料闪烁体能量分辨本领较差，无法识别废物中的放射性核素种类，只能借助高纯锗（HPGe）完成核素种类判断。其次，因其探测效率低，要达到极低水平放射性废物的测量需较长的谱收集时间。同时，还需设计足够厚的屏蔽体。因此，不可避免地会造成系统体积庞大、成本高、移动性能差等问题，难以用于核活动现场检测乃至废物的α比活度分析与评估。因此，研制一种体积小、精度高、兼顾α与γ比活度分析、测量时间短且具有快速移动性的极低水平超铀核素的放射性废物检测系统具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，以实现α比活度水平未达到超铀核素解控标准的放射性废物包进行有效检测，降低核素不均匀分布对测量结果的影响。本专利技术能实现低水平乃至解控水平放射性废物监控、评估、分类等，且不限于含239Pu废物的高灵敏检测，可推广应用于核电废物的分类检测与处置
，对含钚废物的最小可探测α比活度达到85Bq/kg以下，能够为放射性废物安全处置及最小化管理提供关键支撑。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，包括铅屏蔽室、用于为铅屏蔽室提供支撑的系统外层结构支撑组件、与铅屏蔽室相配合的铅屏蔽盖、铜屏蔽层、系统内部圆柱形支撑单元、探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器、控制系统；所述铅屏蔽盖设置在铅屏蔽室上端且铅屏蔽室与铅屏蔽盖构成屏蔽外腔体，所述屏蔽外腔体内部呈圆柱形，所述铜屏蔽层设置在屏蔽外腔体内壁上且形成铜铅复合屏蔽体结构，所述屏蔽外腔体与铜屏蔽层构成圆柱形的屏蔽主体；所述系统内部圆柱形支撑单元设置在屏蔽主体内部；所述探测器组件包括NaI闪烁体、NaI配套支撑架、光电倍增管；所述探测器组件分为圆饼型探测器组件、环形探测器组件；所述圆饼型探测器组件中的NaI闪烁体呈圆饼型，所述圆饼型探测器组件为两组，所述圆饼型探测器组件中的圆饼型NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且圆饼型探测器组件分别位于屏蔽主体的上下两端；所述环形探测器组件中的NaI闪烁体呈环形且至少由一个NaI闪烁体构成，所述环形探测器组件为两组，所述环形探测器组件中的环形NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且环形探测器组件分别位于圆柱形的屏蔽主体中心平面的上侧和下侧；所述系统外层结构支撑组件设置在铅屏蔽室外侧，所述数字化γ谱获取多道分析器设置在系统外层结构支撑组件内侧与铅屏蔽室外侧之间的空腔内，所述NaI闪烁体通过光电倍增管与数字化γ谱获取多道分析器相连；所述数字化γ谱获取多道分析器与控制系统相连。还包括称重单元，所述称重单元位于铅屏蔽室下方且能对待测废物包进行质量测定，所述称重单元与控制系统相连。还包括助力单元，所述助力单元位于铅屏蔽室下方。所述助力单元为助力车。还包括与铅屏蔽盖相配合的铅盖移动控制单元，所述铅盖移动控制单元与控制系统相连。所述铜屏蔽层采用紫铜材料制备而成。所述屏蔽主体上设置有穿线孔，还包括与穿线孔相配合的穿线屏蔽件。所述环形探测器组件中的环形NaI闪烁体由六个圆弧形NaI闪烁体构成。所述屏蔽主体内的圆饼型探测器组件、环形探测器组件形成4π空间测量条件。用于前述极低水平超铀核素放射性废物包检测系统的安装方法，包括如下步骤：（1）将极低水平超铀核素放射性废物包检测系统置于含称重单元的助力单元上；（2）将探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器固定在系统内部圆柱形支撑单元上，并置于屏蔽主体内部；（3）将光电倍增管的信号连接线与数字化γ谱获取多道分析器连接，并将数字化γ谱获取多道分析器与控制系统相连，再将待测定放射性废物包置于屏蔽主体内，最后将铅屏蔽盖盖在铅屏蔽室上，即可进行测量。针对前述问题，本专利技术提供一种极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，属于核设施退役、放射性废物治理
，其目的在于实现对α比活度水平未达到超铀核素解控标准的放射性废物包进行有效检测，降低核素不均匀分布对测量结果的影响，同时初步获得废物包内源项分布信息。本专利技术中，检测系统包括铅屏蔽室、用于为铅屏蔽室提供支撑的系统外层结构支撑组件、铅屏蔽盖、铜屏蔽层、系统内部圆柱形支撑单元、探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器、控制系统。其中，铅屏蔽盖与铅屏蔽室相配合，铅屏蔽盖设置在铅屏蔽室上；铅屏蔽室内壁与铅屏蔽盖之间形成屏蔽外腔体，屏蔽外腔体内部呈圆柱形。同时，本专利技术在屏蔽外腔体内壁上设置铜屏蔽层，从而形成铜-铅复合屏蔽体结构，屏蔽外腔体与铜屏蔽层共同构成内部呈圆柱形的屏蔽主体。本专利技术中，铜-铅复合屏蔽体结构构成低本底铅屏蔽室，其主要用作环境辐射屏蔽的主体，呈圆柱形，能够用于环境本底的主动屏蔽。进一步，还包括设置在屏蔽主体上的穿线孔、与穿线孔相配合的穿线屏蔽件。同时，本专利技术在屏蔽主体内部设置系统内部圆柱形支撑单元，其主要用于为探测器组件及数字化γ谱获取多道分析器提供支撑。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，其特征在于，包括铅屏蔽室、用于为铅屏蔽室提供支撑的系统外层结构支撑组件、与铅屏蔽室相配合的铅屏蔽盖、铜屏蔽层、系统内部圆柱形支撑单元、探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器、控制系统；所述铅屏蔽盖设置在铅屏蔽室上端且铅屏蔽室与铅屏蔽盖构成屏蔽外腔体，所述屏蔽外腔体内部呈圆柱形，所述铜屏蔽层设置在屏蔽外腔体内壁上且形成铜铅复合屏蔽体结构，所述屏蔽外腔体与铜屏蔽层构成圆柱形的屏蔽主体；所述系统内部圆柱形支撑单元设置在屏蔽主体内部；所述探测器组件包括NaI闪烁体、NaI配套支撑架、光电倍增管；所述探测器组件分为圆饼型探测器组件、环形探测器组件；所述圆饼型探测器组件中的NaI闪烁体呈圆饼型，所述圆饼型探测器组件为两组，所述圆饼型探测器组件中的圆饼型NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且圆饼型探测器组件分别位于屏蔽主体的上下两端；所述环形探测器组件中的NaI闪烁体呈环形且至少由一个NaI闪烁体构成，所述环形探测器组件为两组，所述环形探测器组件中的环形NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且环形探测器组件分别位于圆柱形的屏蔽主体中心平面的上侧和下侧；所述系统外层结构支撑组件设置在铅屏蔽室外侧，所述数字化γ谱获取多道分析器设置在系统外层结构支撑组件内侧与内部铅屏蔽室外侧之间的空腔内，所述NaI闪烁体通过光电倍增管与数字化γ谱获取多道分析器相连；所述数字化γ谱获取多道分析器与控制系统相连。...

【技术特征摘要】
1.极低水平超铀核素放射性废物包检测系统，其特征在于，包括铅屏蔽室、用于为铅屏蔽室提供支撑的系统外层结构支撑组件、与铅屏蔽室相配合的铅屏蔽盖、铜屏蔽层、系统内部圆柱形支撑单元、探测器组件、数字化γ谱获取多道分析器、控制系统；所述铅屏蔽盖设置在铅屏蔽室上端且铅屏蔽室与铅屏蔽盖构成屏蔽外腔体，所述屏蔽外腔体内部呈圆柱形，所述铜屏蔽层设置在屏蔽外腔体内壁上且形成铜铅复合屏蔽体结构，所述屏蔽外腔体与铜屏蔽层构成圆柱形的屏蔽主体；所述系统内部圆柱形支撑单元设置在屏蔽主体内部；所述探测器组件包括NaI闪烁体、NaI配套支撑架、光电倍增管；所述探测器组件分为圆饼型探测器组件、环形探测器组件；所述圆饼型探测器组件中的NaI闪烁体呈圆饼型，所述圆饼型探测器组件为两组，所述圆饼型探测器组件中的圆饼型NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且圆饼型探测器组件分别位于屏蔽主体的上下两端；所述环形探测器组件中的NaI闪烁体呈环形且至少由一个NaI闪烁体构成，所述环形探测器组件为两组，所述环形探测器组件中的环形NaI闪烁体通过NaI配套支撑架设置在系统内部圆柱形支撑单元上且环形探测器组件分别位于圆柱形的屏蔽主体中心平面的上侧和下侧；所述系统外层结构支撑组件设...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵德山，熊忠华，高凡，苏明，阮念寿，莫钊洪，陈想林，施俊，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51