一种Pu-242核素相对含量的计算方法技术

本发明专利技术属于核辐射与探测技术领域，涉及一种Pu‑242核素相对含量的计算方法。该方法利用γ谱仪测量

A calculation method of the relative content of pu-242

【技术实现步骤摘要】
一种Pu-242核素相对含量的计算方法
本专利技术属于核辐射与探测
，涉及一种与燃料组件辐照历史无关的乏燃料后处理中242Pu核素相对含量的计算方法。
技术介绍
乏燃料组件中钚同位素主要包括238Pu、239Pu、240Pu、241Pu和242Pu。通常，钚核素的识别主要通过测量中低能区特征伽马射线实现的。特征伽马射线法要求核素有能明显区别于其它核素的、特定能量的、可分辨的伽马射线。核素238Pu、239Pu、240Pu、241Pu都有能够用于核素识别的特征伽马射线，为了缓解对探测器定量标定的需求，降低对能量分辨率以及电子学系统性能的过高要求，通常采用相对探测效率法获得同位素相对含量(组成比例)，再结合中子计数获得绝对含量。在获得同位素相对含量(组成比例)时，首先选择一种能够在大的能量区间内发射多条具有特征能量的、且能量分布均匀的γ射线的核素作为基准核素，求得探测系统对不同能量的伽马射线的相对探测效率。基于该探测效率，获得其他核素相对于基准核素的核子数之比。在钚同位素中，可以选择239Pu作为基准核素，根据γ射线能谱上相应的γ射线峰的数据，利用相对转换系数法可得到其余钚同位素与239Pu含量的比值。但是，242Pu主要的三条特征γ射线44.915keV、103.5keV、159.018keV，均不宜用作特征伽马射线，一方面是因为其强度弱，另一方面与钚的其它同位素的相近能量的伽马射线重叠而难以分辨，44.915keV的伽马射线与240Pu的45.244keV、241Pu的44.2keV的伽马射线难以分辨，103.5keV的伽马射线与239Pu的103.06keV、240Pu的104.234keV、241Pu的103.68keV的伽马射线难以分辨，159.018keV的伽马射线与240Pu的160.308keV、241Pu的159.955keV的伽马射线难以分辨。因此，无法通过直接探测242Pu的特征伽马射线来识别和计算242Pu的含量。乏燃料组件中的钚源自于238U在压水堆内辐照中俘获中子转化过来的，因此，可以基于238U到钚主要同位素的燃耗链，研究得到乏燃料组件中钚的同位素含量之间的关系，由Pu元素其他核素的相对含量来获得242Pu的相对含量。目前有通过Pu元素其他核素来推算242Pu核素含量的计算方法，如美国加州大学劳伦斯辐射实验室(UCRL)研发的MGA程序所使用的公式：[242]＝a+b[239]+c[240]+d[241]+e[239]2+f[240]2+g[241]2，其中a～g代表系数，中括号内的代表Pu元素各核素的含量；以及国内所使用的公式：但是现有的计算方法并没有考虑238Pu核素含量的影响，而且计算结果与实际值之间误差较大，相对误差一般在50％左右，只能保证所得到的242Pu核素含量与实际值在一个数量级以内，实用性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种与燃料组件辐照历史无关的242Pu核素相对含量的计算方法，这种方法处理简单，准确性高，能够有效得到242Pu核素的相对含量。本专利技术的技术方案如下：一种242Pu核素相对含量的计算方法，包括：利用γ谱仪测量238Pu、239Pu、240Pu、241Pu的特征γ射线，利用239Pu的特征γ射线，获得不同能量γ射线的相对探测效率曲线；根据238Pu、239Pu、240Pu、241Pu的特征γ射线的计数，结合γ射线探测效率随能量的变化，计算238Pu、240Pu、241Pu相对239Pu的含量，即238Pu/239Pu、240Pu/239Pu、241Pu/239Pu；根据如下公式计算出242Pu相对239Pu的含量：y＝a1+a2*x1+a3*x2+a4*x3+a5*x12+a6*x22+a7*x32+a8*x1*x2+a9*x1*x3+a10*x2*x3+a11*x13+a12*x23+a13*x33+a14*x12*x2+a15*x12*x3+a16*x22*x1+a17*x22*x3+a18*x32*x1+a19*x32*x2+a20*x1*x2*x3公式中，x1为238Pu/239Pu相对含量；x2为240Pu/239Pu相对含量；x3为241Pu/239Pu相对含量；y为242Pu/239Pu相对含量；a1～a20为待定系数。进一步，如上所述的242Pu核素相对含量的计算方法，其中，238Pu、240Pu、241Pu相对239Pu的含量根据如下公式计算：其中，为238Pu或240Pu或241Pu相对于239Pu的含量；Ax,k、A239,j分别为238Pu或240Pu或241Pu的特征γ射线k、239Pu的特征γ射线j的全能峰计数；εj、εk分别为特征γ射线j、k的相对探测效率；px,k、p239,j是238Pu或240Pu或241Pu的特征γ射线k、239Pu的特征γ射线j的强度；λx、λ239是238Pu或240Pu或241Pu、239Pu的衰变常数。进一步，如上所述的242Pu核素相对含量的计算方法，其中，242Pu相对239Pu含量的计算公式是基于典型核电站，通过汇总不同燃料组件、不同燃耗深度下、不同冷却时间下钚同位素的含量原始数据，统计分析后得到的。进一步，242Pu相对239Pu含量的计算公式中a1～a20待定系数是基于典型核电站不同燃料组件、不同燃耗深度下、不同冷却时间下钚同位素的含量原始数据，利用LM(Levenberg-Marquard)最小二乘法非线性拟合最优化算法进行拟合计算分析后得到的。更进一步，242Pu相对239Pu含量的计算公式中a1～a20待定系数是根据Pu已知核素相对含量(238Pu/239Pu)的范围进行分组拟合分析得到，进一步提高计算精度。本专利技术的有益效果如下：本专利技术根据多种堆型辐照历史、多种初始富集度、多种燃耗深度、多种冷却时间的乏燃料组件中钚各个核素含量的原始数据，研究得到242Pu/239Pu相对含量随238Pu/239Pu、240Pu/239Pu、241Pu/239Pu变化的通用计算公式，通过探测238Pu、239Pu、240Pu、241Pu的特征γ射线，结合通用计算公式，得到242Pu的相对含量。该方法考虑了238Pu/239Pu、240Pu/239Pu、241Pu/239Pu各个参量之间相互耦合的关系，应用LM(Levenberg-Marquard)最小二乘法非线性拟合最优化算法，收敛快，对冗余的参量不敏感，保证了计算方法的准确性。本专利技术有效解决了242Pu的特征γ射线与钚的其他同位素的γ射线重叠、难以分辨、无法直接探测的难题。在乏燃料组件的钚浓度测量中，本计算方法具有很好的通用性、适用性、准确性。计算所得242Pu含量的相对误差基本上在1％左右，大部分在1％以下。在钚浓度监测方面，242Pu并没有有效的测量手段，为准确地获得钚各核素的含量，242Pu含量的准确推算是必须的。通过本专利技术，可以有效、准确地测量出乏燃料中钚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pu-242核素相对含量的计算方法，其特征在于，包括：/n利用γ谱仪测量

【技术特征摘要】
1.一种Pu-242核素相对含量的计算方法，其特征在于，包括：
利用γ谱仪测量238Pu、239Pu、240Pu、241Pu的特征γ射线，利用239Pu的特征γ射线，获得不同能量γ射线的相对探测效率曲线；
根据238Pu、239Pu、240Pu、241Pu的特征γ射线的计数，结合γ射线探测效率随能量的变化，计算238Pu、240Pu、241Pu相对239Pu的含量，即238Pu/239Pu、240Pu/239Pu、241Pu/239Pu；
根据如下公式计算出242Pu相对239Pu的含量：
y＝a1+a2*x1+a3*x2+a4*x3+a5*x12+a6*x22+a7*x32+a8*x1*x2+a9*x1*x3+a10*x2*x3+a11*x13+a12*x23+a13*x33+a14*x12*x2+a15*x12*x3+a16*x22*x1+a17*x22*x3+a18*x32*x1+a19*x32*x2+a20*x1*x2*x3
公式中，
x1为238Pu/239Pu相对含量；
x2为240Pu/239Pu相对含量；
x3为241Pu/239Pu相对含量；
y为242Pu/239Pu相对含量；
a1～a20为待定系数。


2.如权利要求1所述的Pu-242核素相对含量的计算方法，其特征在于，238Pu、240Pu、241Pu相对239Pu的含量根据如下公式计算：



其中，为238Pu或240...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成龙，李想，杨海峰，赵子凡，于淼，陈添，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11