【摘要】：在乏燃料后處理中,U、Np、Pu濃度的準(zhǔn)確測量對核材料衡算和控制分析具有重要意義。放射性測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于U、Np、Pu濃度的非破壞性分析。它是通過測量待測對象發(fā)出α射線、γ射線以及特征X射線的能量、強度進行定性、定量分析。常用的放射性測量方法有α計數(shù)/能譜法、γ能譜法、γ吸收法、X射線熒光分析法和混合式K邊界/X熒光法。α計數(shù)/能譜法是利用钚同位素的α放射性,通過測量不同同位素產(chǎn)生的不同能量α射線的強度確定钚同位素比,它是定性或定量分析錒系元素的有力手段。但是,α計數(shù)/能譜法容易受α放射性核素的干擾,而且需要與質(zhì)譜分析聯(lián)合使用才能確定钚含量。γ能譜法是通過钚同位素產(chǎn)生不同能量γ射線的強度確定钚含量;γ吸收法則是利用同位素放射源照射待測對象,通過測量透射γ射線的強度確定待測對象濃度。γ能譜法需要專門的同位素分析軟件,如PC/FRAM和MGA計算钚同位素豐度,γ吸收法一般用于在線分析,而且不能對待測對象進行定性分析。X射線熒光分析法是通過測量待測對象自發(fā)或激發(fā)產(chǎn)生的特征X射線強度確定U、Np、Pu濃度。X射線熒光分析法雖然能準(zhǔn)確、快速地測量樣品中U、Np、Pu濃度,但它不能用于高濃度樣品(如100g/L)的分析。混合式K邊界/X熒光法常被用于1AF中U、Pu濃度分析,它不僅能夠準(zhǔn)確測量高濃度的U樣品,而且能夠測量U、Pu混合樣品中U、Pu濃度,是常用的核材料衡算和控制分析方法。論文在K邊界測量技術(shù)基礎(chǔ)上,采用FAST-SDD探測器,自主研制了數(shù)字化L邊界密度計,應(yīng)用于乏燃料后處理中U、Np、Pu濃度分析。在硬件電路設(shè)計上,測量系統(tǒng)簡化了MCA中的核脈沖信號處理電路,采用ADC、FPGA和MCU組合方式實現(xiàn)核脈沖信號的數(shù)字采集和脈沖成形處理。探測器輸出信號首先經(jīng)過C-R電路轉(zhuǎn)換為指數(shù)衰減型核脈沖信號;然后,在前端電路中進行幅度放大,使之適合于ADC采樣;經(jīng)ADC數(shù)字化后的核脈沖信號被送入FPGA中完成數(shù)字濾波成形處理和幅度甄別,生成譜數(shù)據(jù);最后,譜數(shù)據(jù)通過MCU上傳至上位機軟件。數(shù)字電路設(shè)計采用快、慢雙通道并行處理結(jié)構(gòu),快通道用于獲取探測器產(chǎn)生的真實計數(shù)率,慢通道采用12.8μs梯形脈沖成形用于生成高能量分辨率能譜。同時,為了實現(xiàn)核脈沖信號的偏置和幅度數(shù)字可調(diào),在前端電路中設(shè)計了偏置調(diào)節(jié)電路和程控增益放大電路。通過MCU與DAC協(xié)同工作實現(xiàn)偏置、增益數(shù)字調(diào)節(jié)�？紤]到將數(shù)字化L邊界密度計拓展應(yīng)用于U、Np、Pu濃度的在線分析中,MCU對外提供適用于遠距離傳輸?shù)腃AN總線通訊接口。在核脈沖信號數(shù)字處理技術(shù)上,采用梯形脈沖成形算法,兼顧測量系統(tǒng)的能量分辨率和計數(shù)率。為改善梯形脈沖成形效果,將硬件電路中分布電阻、分布電容對核脈沖信號上升沿的影響等效為R-C電路作用,根據(jù)建立的R-C電路數(shù)學(xué)模型,采用逆變換方法消除分布電阻、分布電容對核脈沖信號上升沿的影響。針對成形后仍然存在堆積的脈沖,通過成形脈沖下降沿變化趨勢判斷是否發(fā)生堆積,結(jié)合成形脈沖上升時間和寬度測量方法,對成形后仍然存在堆積,但第二個脈沖幅度已經(jīng)恢復(fù)的堆積脈沖進行識別,提高計數(shù)率。基于快、慢雙通道并行處理結(jié)構(gòu),在快通道中采用反演變換方法得到入射射線在探測器中產(chǎn)生的單位沖激信號,并以單位沖激信號的總計數(shù)率作為探測器產(chǎn)生的真實計數(shù)率對慢通道中的脈沖丟失進行校正。與采用較短成形時間常數(shù)的梯形脈沖相比,單位沖激信號具有更小的寬度,因此它能夠減小快通道中堆積脈沖所引起的快通道總計數(shù)率偏小對校正結(jié)果的影響。配制不同濃度的水相U、Np、Pu標(biāo)準(zhǔn)樣品,建立了適用于水相、有機相樣品的U、Np、Pu濃度測量工作曲線。通過標(biāo)準(zhǔn)樣品本身和配制的有機相U、Np、Pu樣品驗證了數(shù)字化L邊界密度計的重復(fù)性、準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明,數(shù)字化L邊界密度計對U、Np、Pu樣品測量相對誤差絕對值小于4%,對于濃度高于10g/L的樣品測量精密度優(yōu)于0.5%,滿足核材料控制分析要求。
【圖文】：

Canberra公司生產(chǎn)的HKED結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2-7 電荷靈敏前置放大器對于阻容反饋型電荷靈敏前置放大器，探測器輸出電荷在Cf上累積過程中，通過 Rf釋放部分電荷，使得輸出信號的幅度小于電荷在 Cf上的積分。由此引起的信號幅度虧損稱為彈道虧損。由于探測器的極間電容以及電荷收集時間的影響其輸出信號表現(xiàn)為較小的上升沿，一般為納秒級；為避免熱噪聲對信號的影響同時增加反饋深度，Rf通常取 109Ω 以上，Cf常取 0.1 至幾個 pf，因此 τf較大，輸出脈沖信號表現(xiàn)為較大的下降沿，，如圖 2-8 所示。幅度時間圖 2-8 阻容反饋型電荷靈敏前置放大器輸出信號
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL24

【參考文獻】

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本文編號：2621754