任永 徐惠麗 李進(jìn)

摘? 要：目前國內(nèi)市場對廢物桶測量裝置的需求逐漸增長，對自主化、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)階段該類測量設(shè)備受制于無損測量技術(shù)也只是初步實現(xiàn)國產(chǎn)化。作者對基于不同的測量原理形成的主流測量裝置做了技術(shù)分析描述，同時對當(dāng)前的市場應(yīng)用情況做了調(diào)查。結(jié)合NDA技術(shù)情況、當(dāng)前的市場應(yīng)用、未來的市場需要做了全面的應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：廢物桶;無損測量;核電站

中圖分類號：TL941? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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，在核探測和輻射監(jiān)測的前沿研究領(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?；趪鴥?nèi)外核電多年的設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗，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無損測量技術(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)用需求及測量原理，γ無損測量技術(shù)在放射性廢物桶檢測領(lǐng)域主要形成了移動式廢物γ測量裝置、廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測量裝置、廢物桶分段γ掃描測量裝置、廢物桶層析γ掃描測量裝置等，在秦山一期、秦山二期、田灣核電、臺山核電等涉核場所均有應(yīng)用。

2.1 移動式廢物γ測量裝置

移動式廢物測量裝置是簡便的廢物桶活度測量裝置，可滿足對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)測和退役現(xiàn)場測量等需要。移動式廢物測量裝置是將高純鍺γ譜儀集成在一個小車或特制機(jī)架上，可用于各類放射性廢物包裝體現(xiàn)場的快速檢測、核素識別和活度的測量分析。該裝置針對廢物核素類型已知，且活度分布均勻性好的測量對象，可現(xiàn)場快速給出相對準(zhǔn)確的測量結(jié)果，其引用較為廣泛。雖然該裝置在針對被測對象核素分布不均勻時，具有較大的測量誤差，但因其簡潔高效，對核設(shè)施業(yè)主來說是一種經(jīng)濟(jì)實惠的測量手段。

2.2 廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測量裝置（RGS）

廢物桶旋轉(zhuǎn)γ掃描測量裝置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量分析。RGS測量裝置基本原理將廢物桶置于一個旋轉(zhuǎn)平臺上，利用單個高純鍺γ探頭（為增加探測效率可設(shè)置多個探頭），也可采用NaI等其它γ探測器），對旋轉(zhuǎn)中的廢物桶進(jìn)行均勻掃描測量，基本原理如圖2。

2.3 廢物桶分段γ掃描測量裝置（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年代初由美國洛斯阿拉莫斯（LANL）實驗開發(fā)的，我國原子能科學(xué)院（401）從上世紀(jì)90年代初就已開始該技術(shù)的研發(fā)，并取得了較為豐富的研究成果。其測量原理示意如圖3所示。

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

2.4 廢物桶層析γ掃描測量裝置（TGS）

廢物桶層析掃描測量技術(shù)TGS可用于測量低、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)大了測量樣品密度的介質(zhì)范圍，是廢物桶分段掃描（SGS）測量技術(shù)的發(fā)展。TGS技術(shù)采用的是對被測物體進(jìn)行三維立體掃描，可精確測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樣品進(jìn)行軸向分段掃描，并且對分段后的每一層進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)掃描。通過透射掃描測量、發(fā)射掃描測量，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，然后用測得的γ射線線性吸收衰減系數(shù)對測得的放射性活度進(jìn)行逐點精確校正，最終得出樣品中核素的放射性活度值。該技術(shù)沒有基于某種分布情況來擬合代替所有情況這種假定，而是基于實際的放射性核素和衰減介質(zhì)的分布。因此，對非均勻介質(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量精度得到大大提高。該技術(shù)特點是適用于中高密度且非均勻分布廢物測量，缺點是耗時比SGS長。

3 結(jié)束語

目前，隨著我國核電廠廢物產(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)主對廢物的精確測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)未實現(xiàn)自主化，目前國內(nèi)核電廢物桶裝置均是采用了國外技術(shù)，導(dǎo)致實際應(yīng)用情況較差，同時采購成本和后續(xù)運(yùn)行維護(hù)成本高昂。對于廢物桶測量技術(shù)RGS、SGS和TGS等，國內(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)行單位實現(xiàn)了初步應(yīng)用，這為后續(xù)廢物桶測量裝置國產(chǎn)化應(yīng)用提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

從寧德核電廠3、4號開始，CPR1000核電廠固廢處理系統(tǒng)TES已成功實現(xiàn)自主化和國產(chǎn)化的開端。近幾年來，各核電設(shè)計單位和科研單位都在積極推進(jìn)固廢處理系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化，后續(xù)自主化三代堆型華龍一號、CAP1000和CAP14000新建核電項目的上馬，將為固廢處理系統(tǒng)和廢物桶測量裝置的國產(chǎn)化應(yīng)用，提供廣闊的市場基礎(chǔ)。

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