核设施退役项目中的无损检测分析技术探索

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1、核设施退役项目中的无损检测分析技术探索杨柳余金书夏良树谢小龙中国核电工程有限公司中核四川环保工程有限公司南华大学华龙国际核电技术有限公司摘要：核设施退役去污、清理和拆除常遇到需事先掌握残留在系统、设备内的放射性盘存量和分布情况，这对于核安全和环境保护至关重要。木文介绍了核设施退役现场放射性检测的一种方法一一无损检测(NDA),该方法通过源项建模计算，能够解决传统的取样实验室不能开展退役放射性特性调查的难题，且数据结果能够满足退役对数据质量精度的要求，对我国核设施退役及废物管理有一定的借鉴作用。关键词：无损检测;现场Y谱仪

2、;无源效率刻度;一、概述Non-DestructiveAssay(NDA)即无损检测分析技术，是指在不损伤被测材料、不改变其物理、化学性能的情况下，检查材料的内在或表面缺陷，或测定材料的某些物理量、性能、组织状态等的检测技术。本文中所提到的无损分析技术(NDA)特指在放射性同位素测量屮，利用射线与物质的相互作用关系、射线能量与放射性同位素之间的关系等特性，进行放射性同位素的非破坏性检测。二、NDA技术原理和实现途径(一)NDA原理介绍。Non-DestructiveAssay(NDA)即无损检测分析技术，是指在不损伤被测

3、材料、不改变其物理、化学性能的情况下，检查材料的内在或表面缺陷，或测定材料的某些物理量、性能、组织状态等的检测技术。本文中所提到的无损分析技术(NDA)特指在放射性同位素测量中，利用射线与物质的相互作用关系、射线能量与放射性同位素之间的关系等特性，进行放射性同位素的非破坏性检测。NDA技术主要用于传统的取样实验室分析不能解决的放射性特性调查的难题，例如在线设备中放射性核素滞留量的测量等。近年来，国外先进实验室（如美国LosAlamos,法国CEA，英国BNFL等）也做丫大量的科研工作，无论是从测量性能指标，还是从项目经济

4、性角度，NDA技术已经成为退役项目中不可或缺的重要手段。在可以搜索到的国外文献中可以发现，在各种退役项目中，NDA技术已经得到了广泛的认可并且被大量运用。NDA依靠一种数值模拟计算方法蒙特卡罗随机过程模拟方法，利用在前期易于获得的数据作为基础，通过经验计算得到一个模拟值，再经过基于经验的理论计算过程，最终得到一个估计值。NDA无损分析方法的作用体现在：当取样测量无法实现或实现困难;或者在由于介质放射性活度的不均匀异致取样的代表性难以说明的情况下，给出了一个模拟结果合乎逻辑关系的一种定量分析的技术方法。辐射源样品的放射性活

5、度计算公式如下：由上式可知，要想通过探测器的探测结果得到辐射源的真值（Bq），最重要的是测量仪器刻度。刻度就是把观察到的辐射与一种或几种核素的质量关联起来的测量方法。因为无损分析测量的误差主要来源于刻度与被测对象的不匹配，即模拟测量对象的刻度，模拟的越逼近，测量误差就越小。（二）NDA技术的实现方式。1.NDA技术分解。无损检测的效率刻度建模分两个步骤进行:第一步，在谱仪制造厂，对每个独立的探测器表征，即便规格相同，用可溯源到W家标准的标准源对探测器进行效率刻度，刻度在多个位置上进行，在这一阶段，探测器针对任何位置的辐射

6、源（能量从45keV~7MeV）的响应特性被建模，探测器的详细结构和测量对象利用蒙卡方法建立模型进行计算和优化。第二步，用户在使用探测器时，根据待测的特定源，以及辐射源在现场测量的几何衰减，选择一种合理的几何模型，输入相应的物理参数来描述粒子输运径迹及免间分布，以及源和探测器之间的距离及介质材料引起的衰减。将以上特性数据组合起来，就可以通过效率以及积累在探测器上的辐射源丫衰变的能量，计算出总的样品活度。现场测量的数据包括:辐射源的位置及几何形状、辐射源的丫能谱，测量对象与探测器之间的距离，以及计算结果自洽所需的周围剂量率

7、。它们分别对应由Y和机，现场丫谱仪及测距仪完成数据采集任务。用于无源效率刻度计算儿何效率的有：ISOCS（堪培拉）、MECURAD（堪培拉）、NARVE0S（阿海珐）或MCNP（蒙特卡罗计算方法）建模。简单的几何形状的源用TSOCS（无源效率刻度软件）建模，多个源的复杂几何体用MECURAD、NARVEOS建模，更为复杂的用MCNP建模。1.y相机的应用。对于放射性物质的位罝和分布情况的初步测量可以由丫和机完成。Y和机采用小孔成像的原理对放射性物质在场景中进行准确的定位。对于现场的放射性活度的确定由探测器现场获取丫能谱，

8、再用无源效率刻度软件建模，对特定测量对象的几何效率进行理论计算。2.无源效率刻度。传统的丫射线能谱刻度是有源效率刻度。对于厂房内庞大的工艺系统设备、现场较大的容器或面积较大的区域，这种方法是无法实施的。无源效率刻度方法是一种基于点源积分或蒙特卡罗计算方法，用于作为刻度效率的非常便捷的建模工具，适用于多种类型的Y辐射源