一种放射性废物分类检测设备的制作方法

1.本实用新型涉及放射性废物分类检测技术领域，尤其涉及一种放射性废物分类检测设备。


背景技术：

2.放射性废物包括极短寿命放射性废物、极低水平放射性废物、低水平放射性废物、中水平放射性废物和高水平放射性废物。其中，低水平放射性废物和极低水平放射性废物的检测分类比较困难。
3.目前相关技术中对极低放射性废物检测和分类的有仅通过高纯锗谱仪测量放射性废物并进行分类，详见公开号为cn114019555a的专利申请。高纯锗探测器虽然具有高分辨率的特点，但探测效率极低，如果想要测量极低放射性废物、低放射性废物，则需要大幅延长测量时间，不利于快速大规模测量。并且其对样品的预处理也较为复杂，需要透射装置，成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种放射性废物分类检测设备。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种放射性废物分类检测设备，包括按设定传送方向传送待检测放射性废物的传送模块、依次在所述传送方向上设置的称重模块和探测单元、以及测量控制单元；
6.所述称重模块称重获得所述待检测放射性废物的重量信息，所述探测单元检测所述待检测放射性废物核信号，并且所述称重模块和所述探测单元与所述测量控制单元连接，以将所述重量信息和所述核信号传输至所述测量控制单元整合转化得到放射性信息。
7.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述探测单元包括依次在所述传送方向上设置的放射性总量探测晶体及放射性能谱探测晶体；
8.所述放射性总量探测晶体检测所述待检测放射性废物的总活度浓度的核信号及所述放射性能谱探测晶体检测所述待检测放射性废物的至少一个核素活度浓度的信号。
9.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述探测单元还包括用于屏蔽辐射干扰的准直器，所述准直器包裹在所述放射性总量探测晶体与所述待检测放射性废物相对面的邻面和背面，及包裹在所述放射性能谱探测晶体与所述待检测放射性废物相对面的邻面和背面。
10.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述准直器包括辐射屏蔽材料制成的壳体。
11.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述传送模块包括传送带及驱动所述传送带转动的调速电机；
12.所述称重模块设于所述传送带的重力下方，所述探测单元设于所述传送带的重力上方。
13.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述放射性废物分类检测设备还包括卸载模块，所述卸载模块设于所述传送模块在所述传送方向上的末端。
14.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述测量控制单元包括收集、记录和分析所述重量信息及所述核信号并转化为所述待检测放射性废物的放射性信息的伽玛能谱分析模块、调用效率刻度因子数据库里对应的效率刻度因子的无源效率刻度模块及整合、显示及管理所述重量信息、所述核信号及所述放射性信息的数据采集管理模块；
15.所述数据采集管理模块分别与所述探测单元及所述称重模块连接，所述伽玛能谱分析模块与所述数据采集管理模块连接。
16.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述放射性废物分类检测设备还包括设有刻度的废物检测盒，所述废物检测盒装载所述待检测放射性废物并整形成规则形状以便于获得体积信息；根据所述重量信息及所述体积信息计算获得密度信息；
17.所述无源效率刻度模块根据所述密度信息调用所述效率刻度因子数据库里对应的所述效率刻度因子。
18.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述放射性总量探测晶体包括至少16l的nai晶体。
19.优选地，在本实用新型所述的放射性废物分类检测设备中，所述探测单元还包括设有所述放射性能谱探测晶体的碲锌镉探测器或设有所述放射性能谱探测晶体的高纯锗探测器。
20.通过实施本实用新型，具有以下有益效果：
21.本实用新型的放射性废物分类检测设备通过设置传送模块，可实现快速及大批量的输送待检测放射性废物，再结合依次在传送方向上设置的称重模块和探测单元，快速进行待检测放射性废物的称重以获得重量信息及检测待检测放射性废物以获得核信号，经过测量控制单元整合转化得到放射性信息，可以快速及大批量地进行低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类。
附图说明
22.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
23.图1是本实用新型的放射性废物分类检测设备的结构示意图；
24.图2是本实用新型的探测器的无源效率刻度方法示意图。
具体实施方式
25.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
26.需要说明的是，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
27.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。
即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
28.在实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是化学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.可以理解地，图1中箭头所指方向为本实用新型的一个实施例设定的传送方向，该传送方向仅为了便于描述本实用新型的放射性废物分类检测设备的安装位置，并不代表实际使用时的方位。在其他一些实施例中，也可以定义其他方向为传送方向，同理本实用新型的放射性废物分类检测设备的安装位置相应改变。
31.参见图1，本实用新型的一个实施例公开了一种放射性废物分类检测设备，能够快速、大批量地进行低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类。该放射性废物分类检测设备包括按设定传送方向传送待检测放射性废物的传送模块1、依次在传送方向上设置的称重模块2和探测单元、以及测量控制单元。
32.称重模块2称重获得待检测放射性废物的重量信息，探测单元检测待检测放射性废物核信号，并且称重模块2和探测单元与测量控制单元连接，以将重量信息和核信号传输至测量控制单元整合转化得到放射性信息。优选地，放射性信息包括但不仅限于放射性总活度、总活度浓度、单一核素活度、单一核素活度浓度、计数率。
33.本实用新型的放射性废物分类检测设备通过设置传送模块1，可实现快速及大批量的输送待检测放射性废物，再结合依次在传送方向上设置的称重模块2和探测单元，按顺序快速进行待检测放射性废物的称重以获得重量信息及检测待检测放射性废物以获得核信号，经过测量控制单元整合转化得到放射性信息，可以快速及大批量地进行低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类。
34.具体地：
35.探测单元在一些实施例中包括依次在传送方向上设置的放射性总量探测晶体31及放射性能谱探测晶体32，放射性总量探测晶体31及放射性能谱探测晶体32均具有高探测效率。其中，放射性总量探测晶体31为放射性总活度探测晶体。放射性总量探测晶体31检测待检测放射性废物的总活度核信号及放射性能谱探测晶体32检测待检测放射性废物的至少一个核素的活度核信号。优选地，总活度核信号包括但不仅限于放射性总活度，核素的活度核信号包括但不仅限于单一核素活度。其中核素可以包括但不仅限于
60
co、
137
cs、
54
mn、
58
co、
95
nb、
51
cr、
95
zr及其他一些可能出现在放射性废物中的核素，至少一个核素可以是以上任一个核素、多个核素的组合或全部核素。
36.进一步地，探测效率由探测器选取和布局确定，为满足高探测效率需要，经过探索，在探测器选取方面，放射性总量探测晶体31在一些实施例中包括至少16l的nai晶体。优选地，当使用nai晶体单元时，nai晶体单元的数量可以是4个、8个、12个，只要满足加起来体积大于或等于16l即可。例如至少需要4个单个为4l的nai晶体单元，其尺寸可为40cm
×
20cm
×
5cm，或至少需要8个单个为2l的nai晶体单元，其尺寸可为40cm
×
10cm
×
5cm。需要注意的是，本实用新型并不对nai晶体单元的尺寸做限制，只要满足体积大于或等于16l即可。可以理解地，在其他一些实施例中，也可以使用labr3晶体替代nai晶体。
37.为满足高探测效率需要，经过探索，在布局确定方面，例如，nai晶体单元的数量是4个，则在传送单元的重力上方、下方各设置两个nai晶体单元，放射性废物的测量位则位于两层探测器之间。
38.为具体实现放射性总量探测晶体31的高探测效率，探测单元在一些实施例中还包括光电倍增管、前置放大器、主放大器、模数转换器、fpga等电子学系统，与放射性总量探测晶体31一同组成闪烁体探测器，由于配套电子学系统在相关技术已发展非常成熟，可根据需要选用，在此不做赘述。
39.进一步地，为具体实现放射性能谱探测晶体32的高探测效率，探测单元在一些实施例中还包括前置放大器、模数转换器、fpga等电子学系统，与放射性能谱探测晶体32一同组成半导体探测器，由于配套电子学系统在相关技术已发展非常成熟，可根据需要选用，在此不做赘述。优选地，半导体探测器为设有放射性能谱探测晶体32的碲锌镉探测器或设有放射性能谱探测晶体32的高纯锗探测器。
40.进一步地，探测单元在一些实施例中还包括用于屏蔽辐射干扰的准直器33，准直器33包裹在放射性总量探测晶体31与待检测放射性废物相对面的邻面和背面，及包裹在放射性能谱探测晶体32与待检测放射性废物相对面的邻面和背面，即包裹覆盖在除了与待检测放射性废物相对面的其他所有面。优选地，准直器33包括高质量数元素为主的辐射屏蔽材料制成的壳体，壳体仅在与待检测放射性废物相对面上设有开口，便于检测。
41.为了实现数据自动收集、记录和分析以得到最终的放射性信息，测量控制单元在一些实施例中包括收集、记录和分析重量信息及核信号并转化为待检测放射性废物的放射性信息的伽玛能谱分析模块41、调用效率刻度因子数据库里对应的效率刻度因子的无源效率刻度模块42及整合、显示及管理重量信息、核信号及放射性信息的数据采集管理模块43。数据采集管理模块43分别与探测单元及称重模块2连接，伽玛能谱分析模块41与数据采集管理模块43连接。优选地，数据采集管理模块43分别与探测单元及称重模块2电连接，伽玛能谱分析模块41与数据采集管理模块43电连接。数据采集管理模块43包括可编程阵列控制器plc、上位机、串口服务器。可编程阵列控制器plc控制传送模块1传送。上位机连接伽玛能谱分析模块41、无源效率刻度模块42，串口服务器连接探测单元。可以理解地，伽玛能谱分析模块41与无源效率刻度模块42均为软件系统，可设于同一个处理器系统内。
42.其中，无源效率刻度模块42中包括无源效率刻度因子数据库，无源效率刻度因子数据库为自定义数据库，其具体如下：
43.如图2所示，是本实用新型的探测器的无源效率刻度方法示意图，其适用于上述提
到的闪烁体探测器、半导体探测器及其他探测器。定义v为任意体源，dv为源v的一个微元，s1为探测器端面相对于dv所张区域，s2为探测器侧面相对于dv所张区域。假设源dv的能量为e的粒子的发射率为τ
×
dv，τ为v中单位体积内向4π方向发射的能量为e的粒子的发射率。
44.令cos(ω)
×
φ为探测器端面对dv所张立体角，sin(ω)dω
×
dφ为cos(ω)
×
φ的小量。设在sin(ω)dω
×
dφ立体角内从dv发射出的粒子，未经过能量损失到达探测器上表面，在探测器内的全能峰探测效率为f
eff
(e,ω,φ)；设在sin(ω)dω
×
dφ立体角内从dv发射出的粒子穿透屏蔽层，包括源的自吸收层，且没有发生能量损失的穿透率为f
att
(e,ω,φ)。则源v发射出的能量为e的粒子在探测器端面的探测效率为：
[0045][0046]
同理，设cos(ω')
×
φ'为探测器侧面对dv所张立体角，sin(ω')dω'
×
dφ'为cos(ω')
×
φ'的无穷小量。则源v发射出的能量为e的粒子在探测器侧面的探测效率为：
[0047][0048]
探测器对源v的能量为e的粒子的探测效率为
[0049][0050]
从公式(1)、(2)和(3)可以看出，为了获得任意体源v发射出的能量为e的光子探测效率ε
eff
(e)，需要完成如下工作：
①
确定探测器和体源的几何模型和材料模型；
②
计算体积v中任意点dv向探测器发射的任意方向的能量为e的粒子的直穿穿透率f
att
(e,ω,φ)，即计算每条射线在到达探测器以前的路径上经过的材料长度和宏观截面；
③
计算体积v中任意点dv向探测器发射的任意方向的能量为e的粒子在探测器内的探测效率f
eff
(e,ω,φ)，即进行探测器表征；
④
计算公式(1)和(2)所示的积分。
[0051]
要实现对任意体源的无源效率刻度，则需要完成如下工作：建立探测器的几何模型和材料模型；表征探测器，即建立空间中任意点发射出的射线的探测效率的角分布；实现体源的计算机快速三维建模；实现公式(1)和(2)的快速积分。
[0052]
本实用新型使用无源效率刻度相对于实验刻度具有以下的优点：无需使用放射源进行效率刻度，无需管理和处置放射源，无需放射源许可证。避免污染实验室，节省经费；精度高，快速省时，可以在短时间内得到可靠的结果。强大的几何建模能力，适用于任意几何形状。除适用于常规样品外，还适于刻度非常规或难处理的样品，如：水泥、钢铁、气体、土壤、空气、过滤器、树脂等，适于任意材料、任意密度、任意外形尺寸大小的样品。适用于任意基底材料和屏蔽材料，适用于任意准直器33和屏蔽，节省样品制备时间，由软件根据样品情况精确建模、刻度，不用花大量时间制备样品。可进行大尺度样品测量，避免采样过程可能导致的样品不具有代表性的问题。快速测量，可节省采样、包装、运输、制备样品、实验室测量的时间和费用。
[0053]
本实用新型的放射性废物分类检测方法中，使用无源效率刻度模块42可根据密度信息从无源效率刻度因子数据库中调用对应的效率刻度因子并结合总活度核信号和核素
活度的核信号以获得总活度浓度及核素活度浓度，大大方便了本实用新型对放射性废物的批量处理，节省大量的前期处理时间，且其测量精度高，快速省时，可以在短时间内得到可靠的结果。
[0054]
为了获得密度信息，放射性废物分类检测设备在一些实施例中还包括设有刻度的废物检测盒6，废物检测盒6装载待检测放射性废物并整形成规则形状以便于获得体积信息；根据重量信息及体积信息计算获得密度信息；无源效率刻度模块42根据密度信息调用效率刻度因子数据库里对应的效率刻度因子。优选地，废物检测盒6的尺寸在一些实施例中可以是60cm
×
60cm
×
10cm。
[0055]
为了实现传送功能，传送模块1包括传送带及驱动传送带转动的调速电机。优选地，为了便于称重及传送，称重模块2设于传送带的重力下方。
[0056]
为了快速处理分类完成的放射性废物，放射性废物分类检测设备在一些实施例中还包括卸载模块5，卸载模块5设于传送模块1在传送方向上的末端，根据分类结果决定放射性废物去向。例如，卸载模块5包括可变换至少两个方向的传送带，当废物检测盒6传送至卸载模块5时，卸载模块5可根据分类结果决定传送带的传送方向以将不同类别的放射性废物分类处理。优选地，卸载装置5与测量控制单元连接，测量控制单元可根据分类结果控制卸载模块5工作。
[0057]
本实用新型的放射性废物分类检测设备的使用方法如下：首先将待检测放射性废物装入废物检测盒6中压实整形成规则形状并计算体积信息。其次，传送带按照设定传送方向转动，按设定传送方向传送废物检测盒6至称重模块2，对废物检测盒6及进行称重，获得重量信息并可计算密度信息，记录废物检测盒6编号，将重量信息、体积信息、废物检测盒6编号等信息传送到数据采集管理模块43。然后，继续传送废物检测盒6至探测单元，探测单元依次在传送方向上设置有放射性总量探测晶体31及放射性能谱探测晶体32，先经过放射性总量探测晶体31测量废物检测盒6内的放射性废物的总活度浓度的核信号，进行第一次快速分类检测，通过伽玛能谱分析模块41与无源效率刻度模块42计算获得总活度浓度，若符合极低放射性废物分类标准，则判定为极低水平放射性废物，直接输送至卸载模块5决定放射性废物去向，其中判定及判定后续处理均在测量控制单元内自动进行。最后，若不符合极低水平放射性废物分类标准，则继续进行第二次分类检测，放射性能谱探测晶体32测量废物检测盒6内的放射性废物的至少一个核素活度浓度的核信号，通过伽玛能谱分析模块41与无源效率刻度模块42计算获得核素活度浓度，根据核素活度浓度结果分类为极低水平放射性废物或低水平放射性废物，最终传输至卸载单元决定放射性废物去向。其中，数据采集模块设于显示终端内，可全程显示上述信息。
[0058]
通过实施本实用新型，具有以下有益效果：
[0059]
本实用新型的放射性废物分类检测设备通过设置传送模块，可实现快速及大批量的输送待检测放射性废物，再结合依次在传送方向上设置的称重模块和探测单元，快速进行待检测放射性废物的称重以获得重量信息及检测待检测放射性废物以获得核信号，经过测量控制单元整合转化得到放射性信息，可以快速及大批量地进行低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类。
[0060]
可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述实施例或技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围，即“在一些实施例”所描述的实施例可与上下任一实施例进行自由组合；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种放射性废物分类检测设备，其特征在于，包括按设定传送方向传送待检测放射性废物的传送模块(1)、依次在所述传送方向上设置的称重模块(2)和探测单元、以及测量控制单元；所述称重模块(2)称重获得所述待检测放射性废物的重量信息，所述探测单元检测所述待检测放射性废物核信号，并且所述称重模块(2)和所述探测单元与所述测量控制单元连接，以将所述重量信息和所述核信号传输至所述测量控制单元整合转化得到放射性信息。2.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述探测单元包括依次在所述传送方向上设置的放射性总量探测晶体(31)及放射性能谱探测晶体(32)；所述放射性总量探测晶体(31)检测所述待检测放射性废物的总活度浓度的核信号及所述放射性能谱探测晶体(32)检测所述待检测放射性废物的至少一个核素活度浓度的核信号。3.根据权利要求2所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述探测单元还包括用于屏蔽辐射干扰的准直器(33)，所述准直器(33)包裹在所述放射性总量探测晶体(31)与所述待检测放射性废物相对面的邻面和背面，及包裹在所述放射性能谱探测晶体(32)与所述待检测放射性废物相对面的邻面和背面。4.根据权利要求3所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述准直器(33)包括辐射屏蔽材料制成的壳体。5.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述传送模块(1)包括传送带及驱动所述传送带转动的调速电机；所述称重模块(2)设于所述传送带的重力下方，所述探测单元设于所述传送带的重力上方。6.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述放射性废物分类检测设备还包括卸载模块(5)，所述卸载模块(5)设于所述传送模块(1)在所述传送方向上的末端。7.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述测量控制单元包括收集、记录和分析所述重量信息及所述核信号并转化为所述待检测放射性废物的放射性信息的伽玛能谱分析模块(41)、调用效率刻度因子数据库里对应的效率刻度因子的无源效率刻度模块(42)及整合、显示及管理所述重量信息、所述核信号及所述放射性信息的数据采集管理模块(43)；所述数据采集管理模块(43)分别与所述探测单元及所述称重模块(2)连接，所述伽玛能谱分析模块(41)与所述数据采集管理模块(43)连接。8.根据权利要求7所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述放射性废物分类检测设备还包括设有刻度的废物检测盒(6)，所述废物检测盒(6)装载所述待检测放射性废物并整形成规则形状以便于获得体积信息；根据所述重量信息及所述体积信息计算获得密度信息；所述无源效率刻度模块(42)根据所述密度信息调用所述效率刻度因子数据库里对应的所述效率刻度因子。9.根据权利要求2所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述放射性总量探测
晶体(31)包括至少16l的nai晶体。10.根据权利要求2所述的放射性废物分类检测设备，其特征在于，所述探测单元还包括设有所述放射性能谱探测晶体(32)的碲锌镉探测器或设有所述放射性能谱探测晶体(32)的高纯锗探测器。

技术总结
本实用新型公开了一种放射性废物分类检测设备，该放射性废物分类检测设备包括按设定传送方向传送待检测放射性废物的传送模块、依次在所述传送方向上设置的称重模块和探测单元、以及测量控制单元；所述称重模块称重获得所述待检测放射性废物的重量信息，所述探测单元检测所述待检测放射性废物核信号，并且所述称重模块和所述探测单元与所述测量控制单元连接，以将所述重量信息和所述核信号传输至所述测量控制单元整合转化得到放射性信息。使用本实用新型的放射性废物分类检测设备能够快速、大批量地进行低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类。放射性废物的分类。放射性废物的分类。


技术研发人员：曾金炜 常康 谭术均 单陈瑜 谢文章 刘峰 陈光明 雷青欣
受保护的技术使用者：广西防城港核电有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/16