一种中、低放射性废物核素检测装置及方法与流程

1.本发明涉及放射性检测技术，更具体地说，涉及一种中、低放射性废物核素检测装置及方法。


背景技术：

2.随着核电设施的迅速发展，以及核材料的大量使用，必然会产生大量的中低放射性废物，依据国家标准《放射性废物的分类》(gb9133-1995)要求，放射性根据其半衰期和放射性活度水平可以分为豁免废物、低水平放射性废物、中水平放射性废物和高水平放射性废物，而其中，中、低放射性废物占全部放射性废物体积的95％以上。这些放射性废物经过固化于减容后，存于水泥桶或钢桶中，被运入核电厂的废物暂存库等待最终处置。而根据国家标准《低中水平放射性固体废物暂时贮存规定》(gb11928-1989)要求，放射性废物桶在最终处置前要根据废物的放射性比活度、半衰期、毒性及废物处理要求进行分类，分别入库。
3.目前，对核废物进行检测的设备基本都是依靠进口设备，如堪培拉wm2200标准分段gamma扫描系统、wm2900tgs gamma废物桶断层扫描检测仪、antech探测系统系列g3250-220、wide range segmented gamma scanner、g3850 tomographic gamma scanner、堪培拉标准分段gamma扫描系统(sgs)等，这些进口设备都存在成本高、维护难、检测方法与技术单一、配件少、被测废物桶尺寸限制等需要直接面对的问题，因此迫切需要研发一套中、低放射性废物核素检测装置来取代这些进口设备。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种中、低放射性废物核素检测装置及方法，以解决现有的检验检测装置技术被国外限制、价格昂贵、检测方法与技术单一、被测废物桶尺寸限制、后期维护不便且成本较高等问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一方面，一种中、低放射性废物核素检测装置，包括废物桶旋转平移平台装置、分设于所述废物桶旋转平移平台装置两侧的探测器升降平台装置和放射源升降平台装置、以及电器操作控制柜；
7.所述探测器升降平台装置包括探测器升降平台主框架、探测器升降平台、探测器升降传动机构、电制冷辐射探测器和准直器；
8.所述探测器升降平台设于所述探测器升降平台主框架上并通过所述探测器升降传动机构沿所述探测器升降平台主框架作垂向运动，所述电制冷辐射探测器与所述准直器相连，均设于所述探测器升降平台上；
9.所述放射源升降平台装置包括放射源升降平台主框架、放射源升降平台、放射源升降传动机构和放射源贮存室；
10.所述放射源升降平台设于所述放射源升降平台主框架上并通过所述放射源升降传动机构沿所述放射源升降平台主框架作垂向运动，所述放射源贮存室设于所述放射源升
降平台上；
11.所述废物桶旋转平移平台装置包括固定框架、称重传感器、基座框架、平移平台、废物桶旋转机构、废物桶平移传动机构和废物桶承载盘；
12.所述称重传感器设于所述固定框架上，所述基座框架设于所述称重传感器上，所述平移平台设于所述基座框架上并通过所述废物桶平移传动机构沿所述基座框架作水平向运动，所述废物桶承载盘通过所述废物桶旋转机构设于所述平移平台上；
13.所述电器操作控制柜用以控制所述探测器升降传动机构、所述放射源升降传动机构、所述废物桶平移传动机构和所述废物桶旋转机构，以及采集所述电制冷辐射探测器、所述称重传感器的数据。
14.较佳的，所述探测器升降传动机构包括探测器升降伺服电机、探测器行星减速器、探测器传动丝杠和探测器轴承室；
15.所述探测器升降伺服电机的输出侧与所述探测器行星减速器相连并设于所述探测器升降平台主框架的底部位置，所述探测器轴承室内具有探测器轴承并通过探测器安装座设于所述探测器升降平台主框架的顶部位置，所述探测器传动丝杠的下端通过探测器联轴器与所述探测器行星减速器相连，上端与所述探测器轴承相连；
16.所述探测器传动丝杠上设有探测器传动丝母，所述探测器传动丝母与所述探测器升降平台相连；还包括
17.所述探测器升降平台主框架上还设有2条对称垂向设置的探测器直线导轨；
18.所述探测器升降平台的侧面还设有2个与所述探测器直线导轨相对应的探测器滑块，所述探测器滑块沿所述探测器直线轨道运动。
19.较佳的，所述探测器升降平台的上表面还设有定位脚座，所述定位脚座上设有调整座。
20.较佳的，所述电制冷辐射探测器为高纯锗伽马谱仪。
21.较佳的，所述放射源升降传动机构包括放射源升降伺服电机、放射源行星减速器、放射源传动丝杠和放射源轴承室；
22.所述放射源升降伺服电机的输出侧与所述放射源行星减速器相连并设于所述放射源升降平台主框架的底部位置，所述放射源轴承室内具有放射源轴承并通过放射源安装座设于所述放射源升降平台主框架的顶部位置，所述放射源传动丝杠的下端通过放射源联轴器与所述放射源行星减速器相连，上端与所述放射源轴承相连；
23.所述放射源传动丝杠上设有放射源传动丝母，所述放射源传动丝母与所述放射源升降平台相连；还包括
24.所述放射源升降平台主框架上还设有2条对称垂向设置的放射源直线导轨；
25.所述放射源升降平台的侧面还设有2个与所述放射源直线导轨相对应的放射源滑块，所述放射源滑块沿所述放射源直线轨道运动。
26.较佳的，所述废物桶平移传动机构包括废物桶平移伺服电机、废物桶平移行星减速器、废物桶平移传动丝杠和废物桶平移轴承室；
27.所述废物桶平移伺服电机的输出侧与所述废物桶平移行星减速器相连并设于所述基座框架的后端位置，所述废物桶平移轴承室内具有废物桶平移轴承并通过废物桶平移安装座设于所述基座框架的前端位置，所述废物桶平移传动丝杠的一端通过废物桶平移联
轴器与所述废物桶平移行星减速器相连，另一端与所述废物桶平移轴承相连；还包括
28.所述基座框架的上表面还设有2条对称水平向设置的废物桶平移直线导轨；
29.所述平移平台的下表面还设有2条与所述废物桶平移直线导轨相对应的废物桶平移滑槽，所述废物桶平移滑槽沿所述废物桶平移直线轨道运动。
30.较佳的，所述废物桶旋转机构包括废物桶旋转伺服电机、废物桶旋转减速器、废物桶旋转主动齿轮和废物桶旋转带齿轴承；
31.所述废物桶旋转伺服电机的输出侧与所述废物桶旋转减速器相连并设于所述平移平台的下表面，所述废物桶旋转带齿轴承通过带齿轴承安装座设于所述平移平台的上表面，所述废物桶承载盘设于所述废物桶旋转带齿轴承上；
32.所述废物桶旋转主动齿轮设于所述废物桶旋转减速器的输出侧上并与所述废物桶旋转带齿轴承相啮合。
33.较佳的，所述放射源贮存室内具有透射源；
34.所述透射源设置有2种，一种为eu-152源，另一种co-60源。
35.较佳的，所述电器操作控制柜上带有操作平台。
36.另一方面，一种中、低放射性废物核素检测方法，通过所述的中、低放射性废物核素检测装置执行以下步骤：
37.s1、通过所述电器操作控制柜控制所述废物桶平移传动机构带动所述平移平台运动至待测废物桶取/放工位，等候待测废物桶落位至所述废物桶承载盘内；
38.s2、通过所述电器操作控制柜控制所述废物桶平移传动机构带动所述平移平台运动至测量工位，通过所述称重传感器获取废物桶的重量数据；
39.s3、通过所述电器操作控制柜控制所述探测器升降传动机构、所述放射源升降传动机构带动对应的所述探测器升降平台、所述放射源升降平台升降至初始测量位置；
40.s4、通过所述电器操作控制柜控制所述废物桶旋转机构带动所述废物桶承载盘旋转，所述探测器升降平台、所述放射源升降平台进行测量；
41.s5、完成初始工位测量后，循环步骤s3使所述探测器升降平台、所述放射源升降平台升降至第二测量位置后，所述探测器升降平台、所述放射源升降平台进行测量；
42.s6、完成测量后，所述电器操作控制柜控制所述废物桶平移传动机构带动所述平移平台运动至待测废物桶取/放工位，完成待测废物桶的换装工作。
43.本发明所提供的一种中、低放射性废物核素检测装置及方法，具有以下几点有益效果：
44.1)产品国产化程度高，成本控制可靠，系统性能稳定；
45.2)相较现有产品能够同时满足200l、400l废物桶测量；
46.3)控制系统满足在高盐高湿环境中稳定运行；
47.4)测量过程自动化高，一键完成一套测量动作；
48.5)系统运行及探测精度达到甚至超过国内外同类产品；
49.6)采用多种测量方法，满足不同精度及工作效率需求。
附图说明
50.图1是本发明中、低放射性废物核素检测装置的主视示意图；
51.图2是本发明中、低放射性废物核素检测装置的俯视示意图；
52.图3是本发明中、低放射性废物核素检测装置中探测器升降平台装置的主视示意图；
53.图4是本发明中、低放射性废物核素检测装置中探测器升降平台装置的左视示意图；
54.图5是本发明中、低放射性废物核素检测装置中探测器升降平台装置的俯视示意图；
55.图6是本发明中、低放射性废物核素检测装置中放射源升降平台装置的主视示意图；
56.图7是本发明中、低放射性废物核素检测装置中放射源升降平台装置的左视示意图；
57.图8是本发明中、低放射性废物核素检测装置中废物桶旋转平移平台装置的主视示意图；
58.图9是图7中a-a向的示意图；
59.图10是本发明中、低放射性废物核素检测装置中废物桶旋转平移平台装置的俯视示意图；
60.图11是本发明中、低放射性废物核素检测装置中废物桶旋转平移平台装置的检测原理示意图。
具体实施方式
61.为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
62.结合图1至图2所示，本发明所提供的一种中、低放射性废物核素检测装置，包括废物桶旋转平移平台装置1、分设于废物桶旋转平移平台装置1两侧的探测器升降平台装置2和放射源升降平台装置3、以及电器操作控制柜。
63.结合图3至图5所示，探测器升降平台装置2包括探测器升降平台主框架201、探测器升降平台202、探测器升降传动机构、电制冷辐射探测器203和准直器204。
64.探测器升降平台202设于探测器升降平台主框架201上并通过探测器升降传动机构沿探测器升降平台主框架201作垂向上下运动，电制冷辐射探测器203与准直器204相连，均设于探测器升降平台202上。
65.探测器升降传动机构包括探测器升降伺服电机205、探测器行星减速器206、探测器传动丝杠207和探测器轴承室208。
66.探测器升降伺服电机205的输出侧与探测器行星减速器206的输入侧相连并一起设于探测器升降平台主框架201的底部位置，探测器轴承室208内具有探测器轴承209并通过探测器安装座210设于探测器升降平台主框架201的顶部位置，探测器传动丝杠207的下端通过探测器联轴器211与探测器行星减速器206的输出侧相连，上端与探测器轴承209相连。
67.探测器传动丝杠207上设有探测器传动丝母，探测器传动丝母上具有丝杠螺母连接座212，丝杠螺母连接座212与探测器升降平台202相连。还包括
68.探测器升降平台主框架201上还设有2条对称垂向设置的探测器直线导轨213。
69.探测器升降平台202的背侧面还设有2个与探测器直线导轨213相对应的探测器滑块，探测器滑块嵌入于探测器直线导轨213内并沿探测器直线轨道213上下运动，从而带动探测器升降平台202沿探测器升降平台主框架201上下运动，升降行程0至1.2m，精度1mm/m。
70.探测器升降平台202为水平台面，尺寸1.0m
×
0.5m，承重400kg，整体变形小于1mm，其上表面还设有定位脚座214，定位脚座214上设有调整座215，用以对电制冷辐射探测器203的调整定位和固定安装。
71.电制冷辐射探测器203为高纯锗伽马谱仪，普通p型，电制冷，探测效率30％，数字化多道谱仪大于16k道，能量分辨率小于10kev。
72.准直器204采用钢-铅材质，采用钢加工定型，中间铅浇注填充。钢衬厚度1cm，铅的厚度不低于6cm，准直口尺寸20cm
×
9cm，深度25cm。探测器晶体屏蔽，屏蔽孔直径9cm，深度15cm。
73.结合图6至图7所示，放射源升降平台装置3包括放射源升降平台主框架301、放射源升降平台302、放射源升降传动机构和放射源贮存室。
74.放射源升降平台302设于放射源升降平台主框架301上并通过放射源升降传动机构沿放射源升降平台主框架301作垂向上下运动，放射源贮存室设于放射源升降平台上302，放射源升降平台302的上下运动与探测器升降平台202的上下运动设置为同步。
75.放射源升降传动机构包括放射源升降伺服电机303、放射源行星减速器304、放射源传动丝杠305和放射源轴承室306。
76.放射源升降伺服电机303的输出侧与放射源行星减速器304的输入侧相连并一起设于放射源升降平台主框架301的底部位置，放射源轴承室306内具有放射源轴承307并通过放射源安装座308设于放射源升降平台主框架301的顶部位置，放射源传动丝杠305的下端通过放射源联轴器309与放射源行星减速器304的输出侧相连，上端与放射源轴承307相连。
77.放射源传动丝杠305上设有放射源传动丝母，放射源传动丝母上设有丝杠螺母连接座310，丝杠螺母连接座310与放射源升降平台302相连。还包括
78.放射源升降平台主框架301上还设有2条对称垂向设置的放射源直线导轨311。
79.放射源升降平台302的侧面还设有2个与放射源直线导轨311相对应的放射源滑块，放射源滑块嵌入于放射源直线导轨311内并沿放射源直线轨道311运动上下运动，从而带动放射源升降平台302沿放射源升降平台主框架301上下运动，升降行程0至1.2m，精度1mm/m。
80.放射源升降平台302为水平台面，尺寸0.5m
×
0.5m，承重200kg，整体变形小于1mm，用以放置放射源贮存室306，需要相关配件固定，防止倾斜跌落。部件带钣金进行外包装，运动部件需要油润滑，并有相关防尘罩。
81.放射源贮存室306内用以放置透射源，设计要求：10mci的co-60源，通过铅(厚7cm)及钢衬(厚1cm)等衰减，表面剂量低于25μsv/h。
82.透射源伽马射线发射控制采用旋转透射源实现，考虑到对不同密度介质的穿透性，计划采用双源模式，源1为eu-152，源2为co-60。当透射源与准直孔对准，射线射出。当透射源旋转，与准直孔错位，射线被阻挡，无射线射出。
83.透射源室背面有指针，指示源于准直孔的相对为准，如果指向关闭，源与准直孔错位，射线无法射出。如果指向源1，则源1与准直孔对准，源1的射线能射出。
84.结合图8至图10所示，废物桶旋转平移平台装置1包括固定框架101、称重传感器102、基座框架103、平移平台104、废物桶旋转机构、废物桶平移传动机构和废物桶承载盘105。
85.称重传感器102设于固定框架101上，基座框架103设于称重传感器102上，平移平台204设于基座框架103上并通过废物桶平移传动机构沿基座框架104作水平向往复运动，废物桶承载盘105通过废物桶旋转机构设于平移平台104上，用以放置废物桶并带动废物桶作旋转运动。
86.废物桶平移传动机构包括废物桶平移伺服电机106、废物桶平移行星减速器107、废物桶平移传动丝杠108和废物桶平移轴承室109。
87.废物桶平移伺服电机106的输出侧与废物桶平移行星减速器107的输入侧相连并一起设于基座框架103的后端位置，废物桶平移轴承室109内具有废物桶平移轴承110并通过废物桶平移安装座设于基座框架103的前端位置，废物桶平移传动丝杠108的一端通过废物桶平移联轴器111与废物桶平移行星减速器107的输出侧相连，另一端与废物桶平移轴承110相连，废物桶平移传动丝杠108上设有废物桶平移传动丝母，废物桶平移传动丝母通过丝母连接座118与平移平台104相连。还包括
88.基座框架103的上表面还设有2条对称水平向设置的废物桶平移直线导轨112。
89.平移平台104的下表面还设有2条与废物桶平移直线导轨112相对应的废物桶平移滑槽113，废物桶平移滑槽113沿废物桶平移直线轨道112运动，从而带动平移平台104的水平向运动。
90.废物桶旋转机构包括废物桶旋转伺服电机114、废物桶旋转减速器115、废物桶旋转主动齿轮116和废物桶旋转带齿轴承117。
91.废物桶旋转伺服电机114的输出侧与废物桶旋转减速器115的输入侧相连并一起设于平移平台104的下表面，平移平台104的下表面上设有用以安装固定废物桶旋转伺服电机114的电机座118，废物桶旋转带齿轴承117通过带齿轴承安装座119设于平移平台104的上表面，废物桶承载盘105设于废物桶旋转带齿轴承117上。
92.废物桶旋转主动齿轮116设于废物桶旋转减速器115的输出侧上并与废物桶旋转带齿轴承117相啮合。
93.电器操作控制柜上带有操作平台，用以控制探测器升降传动机构、放射源升降传动机构、废物桶平移传动机构和废物桶旋转机构，以及采集电制冷辐射探测器203、称重传感器102的数据、数据采集记录输出等。
94.本发明中、低放射性废物核素检测装置中探测器升降平台装置2和放射源升降平台装置3的驱动形式一致，均采用伺服电机连接行星齿轮减速器带动滚珠丝杠旋转，通过丝杠将电机的旋转运动转化为运动部件的直线运动。由于对运动部件有一定的定位要求，所以采用伺服电机以实现高精度定位。废物桶旋转平移平台装置1的平移驱动也为伺服电机连接行星齿轮减速器带动丝杠转动，旋转驱动采用伺服电机直连交叉滚子齿轮轴承，再由齿轮轴承连接旋转驱动部件带动废物桶自转，其速度、精度均由伺服电机控制。在此结构下，称重传感器102安装位置位于基座框架103底部，称重传感器102的下方与地面上的固定
框架101用螺栓连接，上方与基座框架103螺钉连接，称重传感器102具有4个，分布于基座框架103的四个角位置。
95.结合图11所示，本发明中、低放射性废物核素检测装置实现如下动作：
96.1)放射源升降平台302沿y轴方向上下移动，用以放置透射源；
97.2)废物桶旋转平移平台装置1能够带动废物桶400绕y轴旋转，并能沿z轴来回移动；
98.3)探测器升降平台202沿y轴方向上下移动，用以放置电制冷辐射探测器203。
99.放射源升降平台装置3设计参数如下：
100.1)透射源的中心线始终与电制冷辐射探测器203的中心线的连线平行于x轴并垂直于z轴，放射源升降平台302在y轴方向上的有效行程范围为1200mm；
101.2)放射源升降平台主框架301连同放射源升降平台302的自重在300kg以下(主要为屏蔽用铅重量)。
102.探测器升降平台装置2设计参数如下：
103.1)探测器升降平台202沿y轴方向上的有效行程范围为1200mm，能够做到y轴方向上的精确定位，定位精度为1mm/m。探测器升降平台202处于y轴方向上最低点时，电制冷辐射探测器203的端面中心点在废物桶的底面所在平面上，探测器升降平台202处于y轴方向上最高点时，电制冷辐射探测器203的端面中心点在废物桶的顶面所在平面上；
104.2)探测器升降平台主框架201在x轴方向上可根据需要进行手动调节；
105.3)探测器升降平台主框架201连同探测器升降平台202的自重在600kg以下；
106.4)探测器升降平台202的升降速度最大为50mm/s。
107.废物桶旋转平移平台装置1设计参数如下：
108.1)废物桶旋转平移平台装置1主要用以放置废物桶400，称重设计为2000kg，以实现废物桶400的匀速旋转或旋转一定角度两种运行模式，最大旋转速度为4rpm；将废物桶旋转一定角度，如12
°
、24
°
36
°
等，定位精度为360
°±1°
。
109.2)废物桶旋转平移平台装置1在旋转停留期间可以沿z轴平移，z轴有效平移行程为1000mm，定位精度为1mm/m；
110.3)废物桶旋转平移平台装置1在z轴方向最大平移速度为50mm/s，定位精度为1mm/m。
111.本发明还提供了一种中、低放射性废物核素检测方法，通过本发明中、低放射性废物核素检测装置执行以下步骤：
112.s1、人员操控操作平台，通过电器操作控制柜(柜内具有plc)控制废物桶平移传动机构(废物桶平移伺服电机106经废物桶平移行星减速器107减速、通过联轴器111连接废物桶平移传动丝杠108)带动平移平台104运动至待测废物桶取/放工位，等候待测废物桶落位至废物桶承载盘105上的限位槽内；
113.s2、人员操控操作平台，通过电器操作控制柜控制废物桶平移传动机构(废物桶平移伺服电机106经废物桶平移行星减速器107减速、通过联轴器111连接废物桶平移传动丝杠108)带动平移平台104运动至测量工位，通过称重传感器102获取废物桶的重量数据(经由称重传感器102的集线盒上传重量数据至电脑终端)；
114.s3、人员操控操作平台，通过电器操作控制柜控制探测器升降传动机构(探测器升
降伺服电机205经探测器行星减速器206减速后，通过探测器联轴器211连接探测器传动丝杠207)、放射源升降传动机构(放射源升降伺服电机303经放射源行星减速器304减速后，通过放射源联轴器309连接放射源传动丝杠305)带动对应的探测器升降平台202、放射源升降平台302升降至初始测量位置；
115.s4、人员操控操作平台，通过电器操作控制柜控制废物桶旋转机构(废物桶旋转伺服电机114经废物桶旋转减速器115带动废物桶旋转主动齿轮116及废物桶旋转带齿轴承117)带动废物桶承载盘105(连同废物桶)旋转，探测器升降平台202上的电制冷辐射探测器203、放射源升降平台302上的透射源进行初始工位测量；
116.s5、完成初始工位测量后，循环步骤s3经电器操作控制柜控制使探测器升降平台202、放射源升降平台302升降至第二测量位置后，探测器升降平台202上的电制冷辐射探测器203、放射源升降平台302上的透射源进行第二工位测量；
117.s6、完成测量后，电器操作控制柜控制废物桶平移传动机构带动平移平台104运动至待测废物桶取/放工位，完成待测废物桶的换装工作。
118.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。