计数率校正技术在乏燃料检测中的应用研究
发布时间：2020-03-29 07:33
【摘要】：核电站在产生电力的同时,会产生大量的乏燃料,其中含有U(95%)、Pu(1%)、次要锕系元素(1%)和长寿命裂变产物(3%)。次要锕系元素(Np、Am、Cm)和长寿命裂变产物对环境构成了巨大威胁。同时,U和Pu的分离提纯对核燃料的重复利用具有重大的意义。由于乏燃料的高放射性和剧毒性,在乏燃料的分离提纯过程中,需要对U、Np、Pu的含量进行实时、快速、准确地检测。与中国原子能科学研究院合作研发的新一代石墨预衍射X射线荧光光谱样机可以实现快速测量乏燃料中U、Np、Pu的含量,经初步实验验证,证明了该仪器的可行性和有效性。但用该仪器测量高浓度样品时,由于堆积脉冲增多,造成脉冲丢失严重,使高浓度测量时结果不够准确,从而造成整个测量线性区间变小。乏燃料检系统是基于数字化核能谱测量系统开发设计的,而能量分辨率和计数率是衡量核能谱测量系统性能的两个重要指标。能量分辨主要受探测器固有分辨率、堆积脉冲、弹道亏损和噪声等因素的影响;计数率则与堆积脉冲和脉冲丢失有关。论文结合国家自然科学基金项目——核脉冲信号的高分辨率数字分离方法与高速实现技术研究(批准号:11475036)的主要研究内容,针对乏燃料在分离提纯时U、Np、Pu含量检测所存在的测量线性区间较小的问题,以数字化核能谱测量系统结构和数字滤波成形算法为出发点,在保证能量分辨率的前提下,研究乏燃料检测中堆积脉冲分离和计数率校正的方法技术,以扩大检测系统测量线性区间。在数字化核能谱测量系统结构方面,以前端电路为研究对象,主要包括C-R电路、R-C电路、极零相消电路,通过模拟核信号研究它们在前端电路中作用。利用数值微分方法分析低通Sallen-Key电路,建立高斯滤波器数学模型,通过研究它对带噪声信号的滤波能力,得出最优参数。建立由C-R电路、线性放大电路和低通Sallen-Key滤波电路构成的前端电路,实现对探测器输出信号滤波成形,提高信号信噪比。再结合高速ADC采样单元、FPGA数字信号处理单元以及MCU控制单元,设计数字化核能谱测量系统。在数字滤波成形算法方面,主要对高斯滤波算法和梯形成形算法进行了研究,并对梯形成形算法在堆积脉冲分离方面进行了讨论。由于梯形成形算法在处理带噪声的、连续核信号时存在基线漂移的问题,本文从理论方法入手,提出将输入信号第一个数据点赋0的解决方案;在此基础上,采用快、慢双通道核信号采集方案。快通道采用窄梯形成形(成形脉冲宽度较小),主要用于系统总计数的获取,为慢通道计数率校正提供准确总计数;慢通道采用宽梯形成形(成形脉冲宽度较大),其主要功能是获得保证能量分辨率的能谱。利用快、慢通道中的总计数比值对慢通道产生的能谱进行脉冲丢失校正,解决由于高浓度时堆积脉冲造成的脉冲丢失问题,从而提高计数率。基于以上方法技术的研究,首先在X射线荧光分析系统上对计数率校正方法进行了可行性实验,并和经典的死时间校正方法作对比研究,证明了该方法的可行性。最终,将该方法用于解决乏燃料检测系统中由于高浓度测量造成的脉冲丢失问题,扩大测量线性区间。
【图文】：
研究［２４］。由于我们团队在核电子学与核测量方面的研究特色，中国原子能科学逡逑研究院化学所与我们合作，基于原有的ＸＲＦ设备研制技术及数字化多道谱仪技逡逑术，，研发了新一代石墨预衍射Ｘ射线荧光光谱仪样机，测量系统如图１－１所示，逡逑实现了液态乏燃料中Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ含量的快速、非接触式、高灵敏度、高精度分逡逑析。系统采用全密封测量，所需样品量小，无排放，避免有毒有害物质对操作人逡逑员的伤害及泄露污染。初步的研究结果表明，样机分析浓度范围在逡逑１０ｍｇ／Ｌ－５００ｍｇ／Ｌ，基本达到预期要求。但是，在测量高浓度时由于堆积脉冲增逡逑加，脉冲丢失严重，影响定量结果，系统测量线性区间还稍小。所以还需对关键逡逑技术开展进一步研究，以扩大分析范围和应用范围，更好地服务于乏燃料的后处逡逑理。逡逑：广￣、ｉ逡逑ｉ、＿＾邋；逦逦逡逑Ｉ邋＾样品池逦「劳光ｆ一￣衍射器探测器逡逑激；Ｉ邋＼逦Ｖ邋ｙ邋｜逡逑３０Ｓ水邋ｈ邋ＸP澹湾澹蓿掊澹″危慑澹卞义侠浠五味五澹哄问郑肯湄问中藕佩义襄未砥麇义细哐瑰危苠义霞扑慊义贤迹保笔ぱ苌洌厣湎哂夤馄紫低晨蛲煎义媳疚慕岷瞎易匀豢蒲
本文编号：2605668
【图文】：
研究［２４］。由于我们团队在核电子学与核测量方面的研究特色，中国原子能科学逡逑研究院化学所与我们合作，基于原有的ＸＲＦ设备研制技术及数字化多道谱仪技逡逑术，，研发了新一代石墨预衍射Ｘ射线荧光光谱仪样机，测量系统如图１－１所示，逡逑实现了液态乏燃料中Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕ含量的快速、非接触式、高灵敏度、高精度分逡逑析。系统采用全密封测量，所需样品量小，无排放，避免有毒有害物质对操作人逡逑员的伤害及泄露污染。初步的研究结果表明，样机分析浓度范围在逡逑１０ｍｇ／Ｌ－５００ｍｇ／Ｌ，基本达到预期要求。但是，在测量高浓度时由于堆积脉冲增逡逑加，脉冲丢失严重，影响定量结果，系统测量线性区间还稍小。所以还需对关键逡逑技术开展进一步研究，以扩大分析范围和应用范围，更好地服务于乏燃料的后处逡逑理。逡逑：广￣、ｉ逡逑ｉ、＿＾邋；逦逦逡逑Ｉ邋＾样品池逦「劳光ｆ一￣衍射器探测器逡逑激；Ｉ邋＼逦Ｖ邋ｙ邋｜逡逑３０Ｓ水邋ｈ邋ＸP澹湾澹蓿掊澹″危慑澹卞义侠浠五味五澹哄问郑肯湄问中藕佩义襄未砥麇义细哐瑰危苠义霞扑慊义贤迹保笔ぱ苌洌厣湎哂夤馄紫低晨蛲煎义媳疚慕岷瞎易匀豢蒲
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