放射性廢物桶探測(cè)技術(shù)

放射性廢物桶探測(cè)技術(shù)第一頁，共75頁。放射性廢物的基礎(chǔ)知識(shí)放射性核素測(cè)量儀器中低放射性廢物桶測(cè)量與重建第二頁，共75頁。核工業(yè)的大力發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢物，影響到環(huán)境安全、人類健康和核工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。放射性廢物是指含有放射性物質(zhì)或被放射性物質(zhì)所污染，其活度或活度濃度大于規(guī)定的清潔解控水平，并且所引起的照射未被排除的廢棄物。第三頁，共75頁。放射性廢物的許多性質(zhì)，都可以作為分類的依據(jù)，例如：(1)按廢物的物理、化學(xué)形態(tài)分類： 氣載廢物，如：通風(fēng)排氣、工藝廢氣等；液體廢物，如：放射性廢水、含氚廢水、有機(jī)廢液等；固體廢物，如：可燃性廢物、不可燃性廢物，可壓縮廢物、不可壓縮廢物，干固體廢物、濕固體廢物等。 (2)按放射性水平分類：低放廢物；中放廢物；高放廢物等。

(3)按輻射類型分類：β/γ放射性廢物；α廢物等。第四頁，共75頁。按物理狀態(tài)分為氣載、液體和固體三類廢物：氣載放射性廢物根據(jù)放射性濃度分為低放、中放兩級(jí)；液體放射性廢物根據(jù)放射性濃度分為低放、中放和高放三級(jí)；固體放射性廢物分為低放、中放、高放和α廢物。第五頁，共75頁。放射性廢物中的核素一般有裂變產(chǎn)物、錒系核素、活化產(chǎn)物多種，化學(xué)組分多為強(qiáng)酸、高鹽、混合有機(jī)物等成份。放射性廢物的危害作用不能通過化學(xué)、物理或生物的方法消除。只能通過自身衰變或核反應(yīng)擅變來降低其放射性水平，最后達(dá)到無害化。放射性廢物處置的基本方法可概括為兩類：分散稀釋：放射性廢氣和廢液經(jīng)過凈化處理后，以氣載或液體流出物排放到大氣或水體中屬于“分散稀釋”。濃集隔離：放射性廢物經(jīng)過固化、整備，把放射性核素濃集在同化體中，實(shí)行近地表處置或深地質(zhì)處置，就屬于“濃集隔離”。

第六頁，共75頁。放射性廢物管理是包括廢物的產(chǎn)生、預(yù)處理、處理、整備、運(yùn)輸、貯存和處置在內(nèi)的所有的行政和技術(shù)活動(dòng)。

第七頁，共75頁。放射性廢氣：工藝廢氣和排風(fēng)系統(tǒng)；放射性廢液：系統(tǒng)、管道閥門泄露，設(shè)備疏水，離子交換再生液，地面沖洗水，去污廢液；固體廢物：蒸發(fā)濃縮廢液，廢樹脂，廢過濾芯，高校過濾器芯，廢設(shè)備部件，勞保用品。分類收集、處理和貯存：廢氣和廢液達(dá)標(biāo)排放；固體廢物減容、包裝后臨時(shí)庫內(nèi)存放不超過5年，送往低中放廢物處置場(chǎng)進(jìn)行處置。第八頁，共75頁。分為：干固體廢物、濕固體廢物干固體廢物包括：廢活性炭、石墨、吸附劑、廢高效過濾器芯、廢設(shè)備、部件、工具、勞保用品、擦試材料、鋪墊或覆蓋用的塑料，堆內(nèi)測(cè)量部件等；分為可壓實(shí)廢物和不可壓實(shí)廢物，可燃廢物和不可燃廢物。濕固體廢物包括：泥漿、濃縮廢液、廢樹脂和廢過濾器芯；濃縮廢液：硝酸鈉、硼酸或硼酸鹽，通常進(jìn)行水泥固化；廢樹脂：主要核素Cs-137、Cs-134、Co-60、Co-58，廢樹脂比活度很高、有機(jī)物、降解產(chǎn)生燃爆性氣體、不易焚燒、難直接處置。不破壞樹脂有機(jī)結(jié)構(gòu)處理方法：壓實(shí)、裝桶、低溫固化；破壞樹脂有機(jī)結(jié)構(gòu)處理方法：分解、降解、高溫固化；水泥固化體：樹脂溶脹龜裂和破碎，要限制廢樹脂包容量。廢過濾器芯：通過鉛屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器裝入混凝土容器中，注入水泥砂漿固定，裝在200L金屬桶中。第九頁，共75頁。鋼桶：200L、400L混凝土容器：自屏蔽效能好，抗腐蝕作用強(qiáng)，廢物包裝率低A型包裝：滲水試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、貫穿試驗(yàn)和1.2m自由墜落試驗(yàn)；B型包裝：增加高溫燃燒試驗(yàn)、9m墜落試驗(yàn)和水浸試驗(yàn)；第十頁，共75頁。秦山一期年發(fā)電量與固體廢物年產(chǎn)量第十一頁，共75頁。大亞灣年發(fā)電量與固體廢物年產(chǎn)量第十二頁，共75頁。100萬千瓦的核電站70~100m3

中低水平放射性廢物25t高水平放射性廢物第十三頁，共75頁。我國的核工業(yè)已有50余年的發(fā)展歷史，積累了數(shù)萬立方米的低、中放廢物，主要來自核反應(yīng)堆、核武器制造廠、教學(xué)、科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等部門。根據(jù)2005年數(shù)據(jù)，我國中低放固體廢物的量粗略估計(jì)為：核技術(shù)應(yīng)用約8000立方米，研究開發(fā)約4200立方米，軍品遺留約32000立方米，核電站約3000立方米。據(jù)測(cè)算，一個(gè)100萬千瓦級(jí)的核電站，每年產(chǎn)生的中低放廢物大概為70-100立方米。根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，到2020年我國在運(yùn)核電裝機(jī)容量達(dá)到5800萬千瓦，在建3000萬千瓦，那么全國核電站一年產(chǎn)生的中低放廢物將達(dá)到5800立方米。第十四頁，共75頁。低、中水平放射性廢物包的檢測(cè)可歸納為三個(gè)方面的內(nèi)容：一是廢物產(chǎn)生單位對(duì)廢物包產(chǎn)生過程的質(zhì)量控制；二是監(jiān)管單位對(duì)廢物包特性實(shí)施的抽樣檢查；三是處置接收單位對(duì)送往處置場(chǎng)廢物包的質(zhì)量驗(yàn)收。在對(duì)廢物進(jìn)行處置之前，必須對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別與測(cè)量，獲得廢物中所含核素及其核素的量，為其暫存、運(yùn)輸和最終處置的方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。第十五頁，共75頁?！禛B14500-2002放射性廢物管理規(guī)定》規(guī)定了對(duì)不同種類的放射性廢物的不同處理和處置方式。《GB11928-1989低、中水平放射性固體廢物暫時(shí)貯存規(guī)定》中要求入庫廢物應(yīng)盡可能根據(jù)廢物的放射性比活度、半衰期、毒性及廢物處理的要求進(jìn)行分類，分別入庫貯存；《GB11806-2004放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》中規(guī)定了放射性核素的基本限值和貨包內(nèi)容物限值；《GB16933-1997放射性廢物近地表處置的廢物接收準(zhǔn)則》中規(guī)定了廢物包裝體中廢物的放射性比活度的限值，且主管部門或處置場(chǎng)營運(yùn)單位可授權(quán)某個(gè)有資格的部門或單位對(duì)廢物包裝體進(jìn)行破壞性或非破壞性抽檢，抽檢項(xiàng)目可包括總β-γ和總α放射性活度、主要放射性核素及其比活度等等。第十六頁，共75頁?，F(xiàn)有中低放處置場(chǎng)西北處置場(chǎng)(甘肅省玉門)南方處置場(chǎng)(廣東省北龍)

規(guī)劃中的處置場(chǎng)西北南部東部北部東北部第十七頁，共75頁。目錄第十八頁，共75頁。利用核輻射在氣體、液體或固體中引起的電離效應(yīng)、發(fā)光現(xiàn)象、物理或化學(xué)變化進(jìn)行核輻射探測(cè)的元器件稱為核輻射探測(cè)器核輻射進(jìn)入探測(cè)器靈敏體積后與探測(cè)介質(zhì)相互作用，探測(cè)器輸出能夠直接或間接的反映核輻射種類、強(qiáng)度、能量或核壽命等的信息常用的有三大類：氣體探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和閃爍探測(cè)器這三類探測(cè)器都是把核輻射轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，再由電信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行分析和處理第十九頁，共75頁。氣體探測(cè)器：電離室：脈沖電離室、電流電離室、累計(jì)電離室；正比計(jì)數(shù)器、G-M計(jì)數(shù)管；閃爍探測(cè)器：NaI（Tl）單晶γ譜儀；BGO（鍺酸鉍）探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器：金硅面壘半導(dǎo)體探測(cè)器、高純鍺（HPGe)探測(cè)器、鋰漂移硅探測(cè)器；其它探測(cè)器：原子核乳膠、固體徑跡探測(cè)器、氣泡室、火花放電室、多絲正比室、切倫科夫計(jì)數(shù)器、熱釋光探測(cè)器第二十頁，共75頁。氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器是一個(gè)內(nèi)部充有特定氣體、兩電極間（高壓極和收集極）加有電場(chǎng)的小室形探測(cè)器。利用收集輻射在氣體中產(chǎn)生的電離電荷來探測(cè)輻射。閃爍體探測(cè)器閃爍探測(cè)器是利用某些物質(zhì)在核輻射作用下會(huì)發(fā)光的特性探測(cè)核輻射的，這些物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)或閃爍體。光電器件（常用光電器件為光電倍增管，射線強(qiáng)時(shí)用光電管）將微弱的閃爍光轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮樱怆娮咏?jīng)多次倍增放大后，輸出一個(gè)電脈沖。半導(dǎo)體探測(cè)器20世紀(jì)60年代以后迅速發(fā)展起來的一種新型核輻射探測(cè)器，以半導(dǎo)體材料為探測(cè)介質(zhì)。半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理和氣體電離室的十分相似，故又稱固體電離室。第二十一頁，共75頁。半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理類似于電離室，但它比電離室有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體的密度比氣體密度大許多（三個(gè)數(shù)量級(jí)），半導(dǎo)體探測(cè)器和電離室輸出同樣大小脈沖時(shí)，半導(dǎo)體探測(cè)器體積可小很多；半導(dǎo)體的平均電離能（約3eV）比氣體的平均電離能（約30eV）小一個(gè)數(shù)量級(jí)，帶電粒子在半導(dǎo)體探測(cè)器內(nèi)損失同樣的能量產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)要多得多，電子-空穴對(duì)的統(tǒng)計(jì)漲落小得多，半導(dǎo)體探測(cè)器的能量分辨率要好得多；主要缺點(diǎn)：

對(duì)輻射損傷較靈敏，受強(qiáng)輻照后性能變差； 常用的鍺探測(cè)器，需要在低溫（液氮）條件下工作，甚至要求在低溫下保存，使用不便。第二十二頁，共75頁。高純鍺探測(cè)器是在20世紀(jì)70年代研制出來的一種新型半導(dǎo)體探測(cè)器；本質(zhì)上也是PN結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器；高純鍺雜質(zhì)濃度可以降低到（109~1010）原子/cm3，相應(yīng)的電阻率很高，使偏壓不到1000V時(shí)耗盡深度就可以達(dá)到10mm，所以可獲得較大的靈敏體積；第二十三頁，共75頁。平面型高純鍺探測(cè)器靈敏區(qū)厚度一般在5～10mm，可以用于測(cè)量E<220MeV的α粒子，E<60MeV的質(zhì)子，E<10MeV的電子和能量E<300keV的低能X和γ射線。同軸型HPGe探測(cè)器靈敏區(qū)體積可達(dá)約400cm3，用于E<10MeV的γ射線能量測(cè)量。（1）一般平面型 （2）溝槽式平面型（3）P型同軸型 （4）N型同軸型第二十四頁，共75頁。廢物桶內(nèi)主要存在的核素：0.3~0.5MeV：Cr-51（0.32MeV）0.5~1.0MeV：Sb-122（0.5639MeV） Sb-124（0.6027MeV）Cs-137（0.6617MeV） Zr-95（0.7242MeV）Nb-95（0.7653MeV） Co-58（0.8108MeV）Mn-54（0.8348MeV）1.0~2.0MeV：Co-60（1.1732MeV，1.3325MeV） Eu-152（1.408MeV）第二十五頁，共75頁。全能峰：入射γ射線的能量全部損失在探測(cè)器靈敏體積內(nèi)時(shí)，探測(cè)器輸出的脈沖形成的譜峰為全能峰。全能峰第二十六頁，共75頁。能量刻度就是確定譜儀測(cè)得的譜峰值所對(duì)應(yīng)的γ射線的能量。能量刻度的方法是在一定試驗(yàn)條件下，利用幾個(gè)已知能量的γ放射源，測(cè)出對(duì)應(yīng)能量的全能峰峰位

(一般為道址)，得出一組數(shù)據(jù)。然后用作圖法或數(shù)據(jù)擬合法做出全能峰位置與γ射線能量的關(guān)系曲線。第二十七頁，共75頁。目標(biāo)：找出被測(cè)樣品所發(fā)射的γ射線能量，從而確定樣品中含有什么核素及其活度。步驟：譜光滑，尋峰，劃分峰區(qū)，重峰分解，計(jì)算峰面積，核素識(shí)別，γ射線發(fā)射率或核素含量的計(jì)算等第二十八頁，共75頁。探測(cè)效率用全能峰面積求γ射線輻射量，必須先進(jìn)行效率刻度?？刹捎脤?shí)驗(yàn)方法結(jié)合蒙特卡羅計(jì)算方法進(jìn)行效率刻度。第二十九頁，共75頁。目錄第三十頁，共75頁。放射性廢物桶從結(jié)構(gòu)上講由桶殼、填充物質(zhì)、放射性核素組成。相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在廢物桶處置前需要測(cè)量：放射性核素的含量，包括核素種類和比活度，以及表面輻射水平。桶內(nèi)物質(zhì)，包括廢物桶的殼體會(huì)對(duì)射線產(chǎn)生衰減，需要獲得桶內(nèi)物質(zhì)的密度以及對(duì)射線產(chǎn)生的衰減系數(shù)。中低放廢物桶特點(diǎn)：非均勻、大體積。第三十一頁，共75頁。3232中低放廢物活度測(cè)量方法中低放廢物活度測(cè)量方法破壞性取樣分析法無損檢測(cè)法中子分析法γ射線分析法量熱法分段γ掃描（SGS）Segmentedgammascanning層析γ掃描（TGS）Tomographicgammascanning旋轉(zhuǎn)γ掃描（RGS）Rotatinggammascanning第三十二頁，共75頁。

探測(cè)器計(jì)數(shù)率：C：探測(cè)器計(jì)數(shù)率，即單位時(shí)間的光子計(jì)數(shù)；I：放射性核素的活度，單位Bq；e：某空間位置放射性核素相對(duì)于探測(cè)器的探測(cè)效率；α：分支比，即核素衰敗時(shí)發(fā)出一定能量γ射線的概率。沒有物質(zhì)衰減的探測(cè)效率分布在獲得核素空間位置后，得到其探測(cè)效率，即可重建放射性核素活度：第三十三頁，共75頁。探測(cè)器計(jì)數(shù)率：μ：射線經(jīng)過物質(zhì)的衰減系數(shù)，m-1；L：射線經(jīng)過物質(zhì)的徑跡長度，m；在獲得核素空間位置、射線在物質(zhì)中的徑跡長度、物質(zhì)的衰減系數(shù)后，可重建放射性核素活度：e’：經(jīng)過物質(zhì)衰減校正的探測(cè)效率；第三十四頁，共75頁。放射性核素發(fā)出γ射線，經(jīng)物質(zhì)衰減后被探測(cè)器測(cè)得，通過對(duì)γ能譜分析得到全能峰對(duì)應(yīng)的核素種類和特征能量，利用測(cè)得的γ射線計(jì)數(shù)重建各核素對(duì)應(yīng)的活度。重建關(guān)鍵問題包括：1、核素與探測(cè)器的相對(duì)幾何位置，確定幾何探測(cè)效率、γ射線在物質(zhì)中的徑跡長度；2、物質(zhì)的密度或?qū)ι渚€的衰減系數(shù)，對(duì)探測(cè)效率進(jìn)行衰減校正。第三十五頁，共75頁。假設(shè)整個(gè)廢物桶內(nèi)物質(zhì)與核素均勻分布；測(cè)量時(shí)桶相對(duì)于中軸線勻速旋轉(zhuǎn)。探測(cè)器計(jì)數(shù)率：α為分支比，e’為整桶為體源時(shí)經(jīng)桶內(nèi)物質(zhì)衰減修正的探測(cè)效率。由于效率刻度時(shí)的物質(zhì)密度和實(shí)際密度存在差異，需要進(jìn)行修正：因此，放射性核素活度：整桶均勻假設(shè)會(huì)造成很大探測(cè)誤差。第三十六頁，共75頁。將廢物桶分為若干層，假設(shè)整桶物質(zhì)密度均勻，各層核素均勻分布；測(cè)量時(shí)桶相對(duì)于中軸線勻速旋轉(zhuǎn)。各層探測(cè)器計(jì)數(shù)率：α為分支比，eC’為各層為體源時(shí)效率刻度時(shí)經(jīng)桶內(nèi)物質(zhì)衰減修正的探測(cè)效率，εe為密度修正系數(shù)。第i層的活度Ii：依次獲得各層的放射性核素活度后，廢物桶總活度：第三十七頁，共75頁。將廢物桶分為若干層，假設(shè)各層物質(zhì)密度、核素均勻分布；測(cè)量時(shí)桶相對(duì)于中軸線勻速旋轉(zhuǎn)。要考慮各層物質(zhì)密度差異，就需要分別測(cè)出各層物質(zhì)的密度或?qū)ι渚€的衰減系數(shù)。通過桶外放射源測(cè)量桶內(nèi)物質(zhì)密度的過程，被稱為透射掃描；測(cè)量桶內(nèi)放射性核素活度的過程被稱為發(fā)射掃描。各層放射性核素活度：沒有物質(zhì)時(shí)外源測(cè)量計(jì)數(shù)：穿透廢物桶時(shí)外源測(cè)量計(jì)數(shù)：第i層廢物桶物質(zhì)對(duì)射線衰減系數(shù)：L為射線穿透廢物桶長度。第三十八頁，共75頁。受準(zhǔn)直器視野的限制，探測(cè)器不僅能測(cè)得來自當(dāng)前層的射線，也可以測(cè)得相鄰若干層的射線，這就是分段γ掃描中的層串?dāng)_問題。第i層探測(cè)器計(jì)數(shù)率：Ij為第j層的放射性核素活度，eji’為第j層體源相對(duì)于處于第i層高度探測(cè)器的帶物質(zhì)衰減的探測(cè)效率。完成各層的測(cè)量后，相當(dāng)于獲得如下線性方程組，求解后，可得各層放射性核素的活度。第三十九頁，共75頁。SGS關(guān)鍵技術(shù)自吸收校正效率刻度層間串?dāng)_修正透射校正法平均密度法峰比值法實(shí)驗(yàn)方法蒙特卡羅方法StandardsPointsourceShellsource解矩陣方程分段γ掃描技術(shù)（

SegmentedGammaScanning,SGS）

，LANL實(shí)驗(yàn)室（LosAlamosNationalLaboratory）的J.L.Parker等人于上世紀(jì)七十年代初提出，假設(shè)每層內(nèi)的填充物質(zhì)和放射性核素都均勻分布；層與層間的填充物質(zhì)可以一致也可以不同。掃描過程為：廢物桶均勻旋轉(zhuǎn)，單層掃描后探測(cè)器抬升一層繼續(xù)掃描。第四十頁，共75頁。SGS的誤差主要來自于：

1、放射性核素的非均勻分布；2、桶內(nèi)填充物質(zhì)的非均勻分布；3、放射性物質(zhì)本身自吸收影響。技術(shù)成熟、已有商業(yè)化系統(tǒng)在國外核電廠使用廣泛。我國秦山一期的德國GME系統(tǒng)也是SGS。Canberra公司的WM2200型SGS系統(tǒng)第四十一頁，共75頁。ρ=0.3g/cm3ρ=1.5g/cm3均勻介質(zhì)SGS重建結(jié)果ρ=0.6g/cm3第四十二頁，共75頁。第四十三頁，共75頁。TGS繼承了SGS分層測(cè)量的方法，但不再假設(shè)各層內(nèi)物質(zhì)和核素均勻分布。它將各層又劃分為若干網(wǎng)格，假定網(wǎng)格內(nèi)物質(zhì)均勻分布，如果采用體源進(jìn)行效率刻度則認(rèn)為核素在網(wǎng)格內(nèi)均勻分布，如果以點(diǎn)源進(jìn)行效率刻度則假定核素處于網(wǎng)格幾何中心。TGS透射掃描即利用CT技術(shù)通過外放射源重建各網(wǎng)格內(nèi)物質(zhì)密度的過程。TGS發(fā)射掃描即利用PAT-CT技術(shù)重建各網(wǎng)格內(nèi)放射性核素活度的過程。第四十四頁，共75頁。層析γ掃描技術(shù)透射掃描過程透射掃描，第i次測(cè)量計(jì)數(shù)率（含衰減）：C0未放置廢物桶時(shí)探測(cè)器對(duì)透射源的計(jì)數(shù)率，lij為第i次測(cè)量時(shí)的連接透射源與探測(cè)器的射線在第j個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的徑跡長度，uj為第j個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的物質(zhì)在某一能量下的線性衰減系數(shù)。上式取對(duì)數(shù)：

經(jīng)旋轉(zhuǎn)、平移等多次測(cè)量后：第四十五頁，共75頁。發(fā)射掃描，第i次測(cè)量計(jì)數(shù)率（含衰減）：

α為分支比，Ij為第j個(gè)網(wǎng)格內(nèi)放射性核素活度（無核素活度為零），eij為不考慮桶內(nèi)物質(zhì)衰減時(shí)第i次測(cè)量時(shí)探測(cè)器對(duì)第j個(gè)網(wǎng)格的探測(cè)效率，lijk為第i次測(cè)量連接第j個(gè)網(wǎng)格至探測(cè)器直線穿過第k個(gè)網(wǎng)格的徑跡長度。第i次測(cè)量第j個(gè)網(wǎng)格對(duì)探測(cè)器的衰減校正因子：

經(jīng)旋轉(zhuǎn)、平移等多次測(cè)量后：第四十六頁，共75頁。固定網(wǎng)格透射重建的密度分布固定網(wǎng)格發(fā)射重建的活度分布透射重建，求解方程組：發(fā)射重建，求解方程組：第四十七頁，共75頁。Canberra公司的WM2900型TGS系統(tǒng)層析γ掃描技術(shù)(TomographicGammaScanning,TGS)：1994年，美國LANL的R.J.Estep和T.H.Prettyman等人首次開發(fā)研制成功TGS原型裝置。掃描動(dòng)作：靜止?fàn)顟B(tài)測(cè)量，通過轉(zhuǎn)動(dòng)、平動(dòng)、升降改變測(cè)量位置。層析γ掃描技術(shù)（TGS）第四十八頁，共75頁。一個(gè)橫截面衰減系數(shù)分布圖一個(gè)橫截面的放射性核素（Cs137）分布圖整桶衰減系數(shù)分布圖整桶放射性核素分布圖（3個(gè)Cs137源）層析γ掃描技術(shù)重建結(jié)果第四十九頁，共75頁。SGS與TGS技術(shù)的總結(jié)對(duì)比兩種比較典型的放射性廢物無損測(cè)量技術(shù)，測(cè)量γ光子，均由美國LANL開發(fā)。系統(tǒng)由三部分組成：機(jī)械裝置（含電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量動(dòng)作）、數(shù)據(jù)獲取裝置（探測(cè)器及解譜技術(shù)）、圖像重建系統(tǒng)（透射和發(fā)射重建）第五十頁，共75頁。分段γ掃描技術(shù)（SGS）——測(cè)量迅速、精度低改進(jìn)方向：在不明顯降低測(cè)量速度的情況下，提高測(cè)量精度層析γ掃描技術(shù)（TGS）——測(cè)量時(shí)間長、精度高改進(jìn)方向：在不明顯降低測(cè)量精度的情況下，減少測(cè)量時(shí)間第五十一頁，共75頁。假定各層內(nèi)物質(zhì)、核素均勻分布是引起分段γ掃描技術(shù)測(cè)量精度低的主要原因。實(shí)際上，核素非均勻分布，多數(shù)是以“熱點(diǎn)”形式存在，準(zhǔn)確測(cè)量這些大活度“熱點(diǎn)”是提高測(cè)量精度的主要途徑。對(duì)于廢物桶內(nèi)的填充物質(zhì)，在不含有大塊金屬物件的情況下，經(jīng)壓實(shí)或固化后的物質(zhì)密度變化不大。因此，改進(jìn)型分段γ掃描技術(shù)一般假定各層內(nèi)物質(zhì)、核素不均勻分布。如何應(yīng)對(duì)“核素不均勻分布”的假定，建立測(cè)量和重建模型，是改進(jìn)型分段γ掃描技術(shù)的技術(shù)核心。第五十二頁，共75頁。廢物桶勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)源可等效為環(huán)形線源

針對(duì)一個(gè)段層，探測(cè)器測(cè)到光子計(jì)數(shù)率為：

α為分支比；R為廢物桶半徑；I為層內(nèi)放射性核素總活度；pr為該核素活度在半徑r上概率密度函數(shù)，E為該半徑環(huán)源對(duì)探測(cè)器的探測(cè)效率。如果假設(shè)核素均勻分布，概率密度函數(shù)為：

因此探測(cè)器測(cè)到光子計(jì)數(shù)率為：

第五十三頁，共75頁。雙探測(cè)器改進(jìn)型分段γ掃描技術(shù)在某一段層內(nèi)，存在點(diǎn)源（一個(gè)環(huán)形線源），找到點(diǎn)源半徑則能精確計(jì)算出該點(diǎn)源的活度。設(shè)定A、B兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行掃描，得到的計(jì)數(shù)率分別為CA和CB，則：如果該探測(cè)效率比值F隨半徑r單調(diào)分布，則可根據(jù)計(jì)數(shù)率比值反推出點(diǎn)源半徑r。令：第五十四頁，共75頁。在某一段層內(nèi)，存在多個(gè)點(diǎn)源（多個(gè)環(huán)形線源），找到點(diǎn)源的等效半徑也能計(jì)算出該點(diǎn)源的活度。A、B兩個(gè)探測(cè)器得到的計(jì)數(shù)率分別為CA和CB，則：由柯西中值定理，在F(r)曲線上存在一點(diǎn)，使得

r’為等效半徑，可根據(jù)計(jì)數(shù)率比值反推，再計(jì)算活度：第五十五頁，共75頁。密度為0.3g/cm3時(shí)的EA(r)曲線密度為0.3g/cm3時(shí)的EB(r)曲線密度為0.3g/cm3時(shí)的F(r)曲線不同密度下的F(r)曲線（L=17.5cm）線性環(huán)源的探測(cè)效率比值單調(diào)性第五十六頁，共75頁。如果考慮層串?dāng)_，針對(duì)A、B探測(cè)器可建立兩個(gè)方程組；核心問題：當(dāng)前層的探測(cè)器光子計(jì)算率、等效半徑、探測(cè)效率三者存在耦合，如何確定各層的等效半徑。采用循環(huán)迭代的方法求解耦合問題。第五十七頁，共75頁。ρ=0.3g/cm3

ρ=0.6g/cm3

ρ=1.5g/cm3

雙探測(cè)器改進(jìn)型SGS重建結(jié)果第五十八頁，共75頁。雙探測(cè)器改進(jìn)型SGS重建結(jié)果第五十九頁，共75頁。將SGS中“假定各層核素均勻”分布改為“各層內(nèi)核素根據(jù)其分布等效為環(huán)形線源”；利用兩個(gè)探測(cè)器在兩個(gè)偏心位置進(jìn)行測(cè)量，在F為單調(diào)分布的情況下，根據(jù)探測(cè)器計(jì)數(shù)率反推等效半徑；在獲得等效半徑后，實(shí)現(xiàn)對(duì)核素比較準(zhǔn)確的刻度（探測(cè)效率計(jì)算），提高重建精度。對(duì)比SGS，重建后的核素活度誤差大大降低。如果采用一個(gè)探測(cè)器兩個(gè)位置測(cè)量，測(cè)量時(shí)間多出一倍。第六十頁，共75頁。層析γ掃描技術(shù)的主要問題是測(cè)量時(shí)間長，原因是各層劃分了若干網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)待求解的物理量（即未知數(shù)）個(gè)數(shù)的增加必然引起方程組個(gè)數(shù)（及探測(cè)次數(shù)）增加。為了減少TGS的測(cè)量時(shí)間，在不能減少單個(gè)位置測(cè)量時(shí)間時(shí)，只能減少測(cè)量的次數(shù)，這樣必然減少網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量。如何在采用較少的網(wǎng)格重建，又保持較高的測(cè)量精度是層析γ掃描技術(shù)改進(jìn)的核心問題。采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，在放射性核素（即熱點(diǎn)）附近采用加密網(wǎng)格，在其它區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格，是保持重建精度減少網(wǎng)格數(shù)量的有效途徑。第六十一頁，共75頁。TGS動(dòng)網(wǎng)格重建單層84個(gè)網(wǎng)格單層22個(gè)網(wǎng)格放射性核素在廢物桶內(nèi)往往以多點(diǎn)源形式存在，在無法獲知點(diǎn)源位置時(shí)，依靠劃分網(wǎng)格和多位置測(cè)量，通過求解方程來重建。TGS動(dòng)網(wǎng)格重建為：發(fā)射重建時(shí)，自動(dòng)根據(jù)重建結(jié)果識(shí)別點(diǎn)源位置，并自適應(yīng)網(wǎng)格加密，再反復(fù)重建、加密再重建的過程。第六十二頁，共75頁。主要采用網(wǎng)格由疏向密逐漸增加的方法。最小網(wǎng)格劃分初始網(wǎng)格劃分網(wǎng)格加密規(guī)則：依據(jù)前一次重建結(jié)果，按活度大小排序，由大至小依次對(duì)各網(wǎng)格進(jìn)行判斷，如果同時(shí)滿足如下條件，則對(duì)該網(wǎng)格進(jìn)行分解加密：（1）該網(wǎng)格活度重建值大于某一閾值。（2）增加的網(wǎng)格數(shù)量小于規(guī)定值；（3）總網(wǎng)格數(shù)量小于規(guī)定值；（4）該網(wǎng)格為最小網(wǎng)格，無法分解。一分三一分四第六十三頁，