隨著我國核能與核技術的大力發(fā)展,對中低放射性桶裝固體核廢物的檢測需求逐漸增加。層析γ掃描（Tomographic Gamma Scanning,TGS）能夠對非均勻分布的較高密度桶裝核廢物樣品進行定性（核素種類）、定量（活度）和定位（活度分布）分析,較分層γ掃描（Segmented Gamma Scanning,SGS）更精確。然而,傳統(tǒng)基于單探測器的TGS系統(tǒng)掃描檢測效率低、耗時長,基于探測器陣列的掃描方式,可以顯著提高檢測效率。本文針對探測器陣列TGS檢測的自動控制和數(shù)據分析方法開展研究,基于探測器陣列檢測平臺開發(fā)TGS自動檢測軟件系統(tǒng),為整個系統(tǒng)的研發(fā)提供重要支撐。主要研究內容及成果如下:（1）根據TGS技術原理,基于NaI探測器陣列構建核廢物桶TGS自動檢測系統(tǒng)。以團隊自主研發(fā)的機械裝置和PLC構成系統(tǒng)的機械控制模塊,將多通道采集卡和NaI探測器陣列結合一次性采集多個測量位置的核脈沖。（2）為提高核脈沖峰值檢測速度、降低重疊脈沖帶來的誤差,分析系統(tǒng)采集到的核脈沖幅度與時間寬度特征,改進傳統(tǒng)的單閾值峰值檢測方法并驗證其可行性與合理性。改進之后的單閾值法由于在一個周期中閾值隨幅度上... 

【文章來源】：西南科技大學四川省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2.1分層Fig2.1Layering

2TGS檢測原理及系統(tǒng)搭建9個體素的活度，iD表示第i個測量點的光子計數(shù)率。衰減矯正之后，發(fā)射方程為：jjijiSFD1j（2-7）ijijijAEF（2-8）k)exp(Akijkijt（2-9）式中ijF為衰減矯正后的效率刻度矩陣；ijA表示在第i個測量點，第j個體素內核素發(fā)出的γ射線衰減因子；ijkt表示在第i個探測點，第j個體素內核素發(fā)出的γ射線在進入探測器前在第k個體素內的線衰減厚度；k表示第k個體素的線衰減系數(shù)。發(fā)射重建就是通過γ光子計數(shù)率求公式2.7的解，因此γ能譜的測量和分析是圖像重建的基礎，也是TGS檢測的關鍵。2.3陣列式TGS自動檢測系統(tǒng)結構TGS自動檢測系統(tǒng)物理上由探測器陣列、多通道采集卡、機械裝置和計算機四個部分組成，系統(tǒng)結構如圖2.2所示。其中，自主研發(fā)的機械裝置和PLC構成了系統(tǒng)的機械控制模塊，多道采集卡和NaI探測器陣列則主要負責數(shù)據采集。通過在PC端的編程，使機械運動、數(shù)據采集與數(shù)據處理的協(xié)同作業(yè)完成整個廢物桶探測流程。圖2.2系統(tǒng)結構Fig2.2SystemStructure2.3.1NaI探測器陣列放射性測量必然離不開探測器，現(xiàn)有的探測器主要有閃爍體探測器、氣體探測器、熱釋光探測器和半導體探測器。閃爍體探測器主體是閃爍體和光電倍增管，按化學性質不同可以分為有機和無機晶體兩大類：無機晶體閃爍體大多由碘化物構成，有機晶體閃爍體由有機氫化物構成。閃爍探測器性能穩(wěn)定，使用方便，成本低。氣體探測器能量分辨率差，結構簡單。熱釋光探測器測量對象廣泛、靈敏度高、體積小，在劑量

西南科技大學碩士學位論文10測量領域應用廣泛。半導體探測器的主要優(yōu)點是能量分辨率高、固有統(tǒng)計漲落小，對于氣體探測器而言尺寸孝響應時間快，主要缺點在于抗輻照性能不夠好，而且常用的HPGe(高純鍺)探測器受溫度條件限制，需要液氮制冷，使用非常不便。采用探測器陣列可以顯著提高TGS檢測效率，但陣列式的HPGe探測器的成本過高，并且需要配備制冷設備不便于現(xiàn)場裝配。系統(tǒng)使用北京濱松公司生產的NaI探測器構建探測器陣列，主要參數(shù)如表2.1。NaI探測器能量分辨率不及半導體探測器（NaI探測器分辨率大約為7%，HPGe小于0.3%，CdZnTe小于3%)，但是性價比更高且便攜性更好。NaI探測器已經實現(xiàn)了國產化，購買、維修都比進口更方便。與其他的閃爍體探測器相比較，從價格、性能綜合來看，NaI探測器都適合用來組成探測器陣列。表2.1探測器參數(shù)Tab2.1Detectorparameters項目范圍探測器參數(shù)閃爍體尺寸7575mm能量分辨率(137Cs)≤8.5％本底計數(shù)率(50KeV～2MeV）≤300min-1輸入參數(shù)輸入電壓11.5~12.5V輸入電流≤60mA輸出參數(shù)輸出信號極性負極性輸出信號幅度(Max)6V環(huán)境參數(shù)工作溫度0~40℃保存溫度-20~+55℃濕度≤95%探測器主要組成部分如圖2.3，γ粒子進入位于探測器前端的閃爍體，粒子損失的部分能量會電離或激發(fā)閃爍體的原子、分子。退激過程中發(fā)射出的光子穿過閃爍體、光導，然后在光電倍增管的陰極被轉化成光電子，經由倍增極倍增后的光電子在光電倍增管陽極形成電脈沖。最后，這些微小的電脈沖通過前置放大電路作為探測器的信號輸出。圖2.3NaI探測器結構圖Fig2.3NaIdetectorstructurediagram

【參考文獻】：
期刊論文
[1]PLC控制技術在工業(yè)自動化中的應用分析[J]. 劉耀武.  化工管理. 2020(11)
[2]基于蒙卡模擬的分段γ掃描無源效率刻度方法[J]. 鄭洪龍,庹先國,茍家元,吳耀,左偉,郭雨非,何琳,劉艷芳,黃聰,陽林鋒,劉偉.  強激光與粒子束. 2020(04)
[3]低本底伽馬能譜儀閃爍探測器的智能化溫控系統(tǒng)設計[J]. 武旭東,王瑋,李婷,段金松,麻金龍.  世界核地質科學. 2020(01)
[4]基于Matlab GUI的數(shù)字化伽馬能譜儀實驗設計[J]. 吳和喜,張慶,徐輝,劉義保.  實驗技術與管理. 2019(12)
[5]基于自適應閾值的心音分段算法研究[J]. 曾勁云,何培宇,潘帆.  四川大學學報(自然科學版). 2019(05)
[6]一種基于微分閾值法的脈搏波特征點提取優(yōu)化算法[J]. 周瑩,曹美媛,谷紅霞,曾麗萍.  工業(yè)控制計算機. 2019(08)
[7]蒙特卡羅法模擬γ譜儀無源效率刻度[J]. 姚劍鋒,馬英杰,劉易鑫.  核電子學與探測技術. 2019(04)
[8]一種實時核脈沖信號峰值檢測方法及能譜分析[J]. 袁源,張流強,羅小麗,李盈霖.  核技術. 2019(02)
[9]桶裝核廢物在線檢測控制系統(tǒng)操控軟件設計[J]. 陳林,庹先國,張貴宇,彭英杰,李杉.  核電子學與探測技術. 2018(05)
[10]廢物桶活度測量的半層析γ掃描技術[J]. 饒開源,顧衛(wèi)國,唐新海,王德忠,馬元巍.  核技術. 2018(05)

博士論文
[1]基于壓縮感知理論的核廢物桶TGS圖像重建技術研究[D]. 鄭洪龍.中國工程物理研究院 2019
[2]中低放射性廢物改進型γ掃描技術及活度重建算法研究[D]. 劉誠.上海交通大學 2013

碩士論文
[1]基于FPGA的數(shù)字多道脈沖幅度分析器關鍵技術與系統(tǒng)實現(xiàn)[D]. 任印權.東華理工大學 2019
[2]基于FPGA的數(shù)字化伽馬能譜測量系統(tǒng)[D]. 湯建文.東華理工大學 2019
[3]核廢物桶SGS檢測無源效率刻度修正技術研究[D]. 李志剛.成都理工大學 2019
[4]層析γ掃描透射圖像迭代重建算法的改進研究[D]. 何艾靜.成都理工大學 2019
[5]低本底γ能譜分析軟件的開發(fā)[D]. 羅瓊.成都理工大學 2019
[6]體源效率刻度及污染物快速檢測方法研究[D]. 姚劍鋒.成都理工大學 2019
[7]基于SiPM讀出的緊湊型溴化鈰伽馬能譜儀研制[D]. 胡天宇.成都理工大學 2018
[8]核電廠低中放廢物桶改進型伽馬掃描技術研究[D]. 饒開源.上海交通大學 2018
[9]基于FPGA的數(shù)字多道脈沖幅度分析器[D]. 孫尚清.東華理工大學 2017
[10]基于探測效率刻度提高分段伽馬掃描探測精度的研究[D]. 熊潔梅.上海交通大學 2017



本文編號：3217733