低、中放廢物桶γ無(wú)損測(cè)量NDA技術(shù)的應(yīng)用分析

任永 徐惠麗 李進(jìn)

摘? 要：目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)廢物桶測(cè)量裝置的需求逐漸增長(zhǎng)，對(duì)自主化、可維修性、全生命保障、成本率、技術(shù)可靠性、安全性等指標(biāo)要求都在逐步提高。但現(xiàn)階段該類(lèi)測(cè)量設(shè)備受制于無(wú)損測(cè)量技術(shù)也只是初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。作者對(duì)基于不同的測(cè)量原理形成的主流測(cè)量裝置做了技術(shù)分析描述，同時(shí)對(duì)當(dāng)前的市場(chǎng)應(yīng)用情況做了調(diào)查。結(jié)合NDA技術(shù)情況、當(dāng)前的市場(chǎng)應(yīng)用、未來(lái)的市場(chǎng)需要做了全面的應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：廢物桶;無(wú)損測(cè)量;核電站

中圖分類(lèi)號(hào)：TL941? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）36-0140-03

Abstract： At present， the domestic market has gradually increased the demand for radiative waste barrel measuring devices， and the requirements for self-dependence， maintainability， whole life support， cost rate， technical reliability， safety and other indicators are gradually improving. At present， however， this kind of measuring equipment is subject to the non-destructive measurement technology and is only preliminarily realized at home. The author made a technical analysis of mainstream measurement devices based on different measurement principles and conducted an investigation into the situation with current market application. This paper makes a comprehensive analysis of its application according to the situation of the NDA technology， the current market application， and the future market needs.

Keywords： radiative waste barrel; nondestructive measurement; nuclear power plant

1 概述

目前，在核探測(cè)和輻射監(jiān)測(cè)的前沿研究領(lǐng)域，已有大量的尖端技術(shù)和產(chǎn)品，但并不是最先進(jìn)、尖端的技術(shù)或產(chǎn)品就能直接在核電廠推廣和應(yīng)用?；趪?guó)內(nèi)外核電多年的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，核電廠更多是考慮設(shè)備的安全性、成熟性、高可靠性、易維護(hù)和備件通用性等。放射性廢物桶的γ無(wú)損測(cè)量技術(shù)（NDA）在核電及核設(shè)施放射性廢物管理、核材料管制和反恐以及核保障等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 裝置介紹及應(yīng)用分析

基于不同的應(yīng)用需求及測(cè)量原理，γ無(wú)損測(cè)量技術(shù)在放射性廢物桶檢測(cè)領(lǐng)域主要形成了移動(dòng)式廢物γ測(cè)量裝置、廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測(cè)量裝置、廢物桶分段γ掃描測(cè)量裝置、廢物桶層析γ掃描測(cè)量裝置等，在秦山一期、秦山二期、田灣核電、臺(tái)山核電等涉核場(chǎng)所均有應(yīng)用。

2.1 移動(dòng)式廢物γ測(cè)量裝置

移動(dòng)式廢物測(cè)量裝置是簡(jiǎn)便的廢物桶活度測(cè)量裝置，可滿(mǎn)足對(duì)各種尺寸放射性廢物包、沉積物，土壤的大面積放射性污染、核應(yīng)急監(jiān)測(cè)和退役現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等需要。移動(dòng)式廢物測(cè)量裝置是將高純鍺γ譜儀集成在一個(gè)小車(chē)或特制機(jī)架上，可用于各類(lèi)放射性廢物包裝體現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)、核素識(shí)別和活度的測(cè)量分析。該裝置針對(duì)廢物核素類(lèi)型已知，且活度分布均勻性好的測(cè)量對(duì)象，可現(xiàn)場(chǎng)快速給出相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，其引用較為廣泛。雖然該裝置在針對(duì)被測(cè)對(duì)象核素分布不均勻時(shí)，具有較大的測(cè)量誤差，但因其簡(jiǎn)潔高效，對(duì)核設(shè)施業(yè)主來(lái)說(shuō)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的測(cè)量手段。

2.2 廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測(cè)量裝置（RGS）

廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測(cè)量裝置RGS（Rotating gamma scanning），用于低放、低密度，且放射性廢物的密度和核素分布較為均勻的廢物桶的活度測(cè)量分析。RGS測(cè)量裝置基本原理將廢物桶置于一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，利用單個(gè)高純鍺γ探頭（為增加探測(cè)效率可設(shè)置多個(gè)探頭），也可采用NaI等其它γ探測(cè)器），對(duì)旋轉(zhuǎn)中的廢物桶進(jìn)行均勻掃描測(cè)量，基本原理如圖2。

2.3 廢物桶分段γ掃描測(cè)量裝置（SGS）

廢物桶分段γ掃描裝置SGS（Segmented gamma scanning）在核電及核設(shè)施廢物管理、核材料管制和反恐及核保障等方面具有較廣的應(yīng)用前景。SGS分段γ掃描技術(shù)是由上世紀(jì)70年代初由美國(guó)洛斯阿拉莫斯（LANL）實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的，我國(guó)原子能科學(xué)院（401）從上世紀(jì)90年代初就已開(kāi)始該技術(shù)的研發(fā)，并取得了較為豐富的研究成果。其測(cè)量原理示意如圖3所示。

SGS測(cè)量技術(shù)相對(duì)廢物桶直接測(cè)量均勻掃描測(cè)量具有更高的測(cè)量精度，但前提是被測(cè)廢物桶物質(zhì)徑向相對(duì)均勻，軸向不均勻的情況。若桶內(nèi)存在較多熱點(diǎn)，或者物質(zhì)密度徑向分布均勻性較差，SGS的測(cè)量誤差仍然會(huì)異常大。SGS技術(shù)在國(guó)外核電的應(yīng)用較多，在國(guó)內(nèi)核電目前尚未有正式應(yīng)用先例。國(guó)內(nèi)核電廠目前主要的廢物桶是200L/400L金屬桶、HIC桶（目前僅海陽(yáng)核電和陽(yáng)江3/4號(hào)采用）。由于200L/400L桶為水泥灌漿固化體，物質(zhì)密度較大，因此對(duì)SGS的透射源存在一定影響，從而造成測(cè)量誤差。

2.4 廢物桶層析γ掃描測(cè)量裝置（TGS）

廢物桶層析掃描測(cè)量技術(shù)TGS可用于測(cè)量低、中密度、較高密度的非均勻桶裝廢物。它的準(zhǔn)確度較高，擴(kuò)大了測(cè)量樣品密度的介質(zhì)范圍，是廢物桶分段掃描（SGS）測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。TGS技術(shù)采用的是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行三維立體掃描，可精確測(cè)量廢物中放射性活度值以及核素的三維分布。它采用的掃描方式是對(duì)樣品進(jìn)行軸向分段掃描，并且對(duì)分段后的每一層進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)掃描。通過(guò)透射掃描測(cè)量、發(fā)射掃描測(cè)量，分別得到樣品的介質(zhì)線衰減系數(shù)分布圖、放射性強(qiáng)度分布圖，然后用測(cè)得的γ射線線性吸收衰減系數(shù)對(duì)測(cè)得的放射性活度進(jìn)行逐點(diǎn)精確校正，最終得出樣品中核素的放射性活度值。該技術(shù)沒(méi)有基于某種分布情況來(lái)擬合代替所有情況這種假定，而是基于實(shí)際的放射性核素和衰減介質(zhì)的分布。因此，對(duì)非均勻介質(zhì)和放射性核素非均勻分布的物體，其放射性核素的含量測(cè)量精度得到大大提高。該技術(shù)特點(diǎn)是適用于中高密度且非均勻分布廢物測(cè)量，缺點(diǎn)是耗時(shí)比SGS長(zhǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著我國(guó)核電廠廢物產(chǎn)生量不斷增加，廢物最小化、廢物精細(xì)化管理、以及廢物相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，核電業(yè)主對(duì)廢物的精確測(cè)量需求和緊迫性逐漸增強(qiáng)。之前因核電固體廢物處理系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)自主化，目前國(guó)內(nèi)核電廢物桶裝置均是采用了國(guó)外技術(shù)，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用情況較差，同時(shí)采購(gòu)成本和后續(xù)運(yùn)行維護(hù)成本高昂。對(duì)于廢物桶測(cè)量技術(shù)RGS、SGS和TGS等，國(guó)內(nèi)很多科研單位和高校已積累了眾多的研究成果，部分形成了工程樣機(jī)，也在核設(shè)施運(yùn)行單位實(shí)現(xiàn)了初步應(yīng)用，這為后續(xù)廢物桶測(cè)量裝置國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

從寧德核電廠3、4號(hào)開(kāi)始，CPR1000核電廠固廢處理系統(tǒng)TES已成功實(shí)現(xiàn)自主化和國(guó)產(chǎn)化的開(kāi)端。近幾年來(lái)，各核電設(shè)計(jì)單位和科研單位都在積極推進(jìn)固廢處理系統(tǒng)的全面國(guó)產(chǎn)化，后續(xù)自主化三代堆型華龍一號(hào)、CAP1000和CAP14000新建核電項(xiàng)目的上馬，將為固廢處理系統(tǒng)和廢物桶測(cè)量裝置的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，提供廣闊的市場(chǎng)基礎(chǔ)。

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