任永 徐惠丽 李进

摘  要：目前国内市场对废物桶测量装置的需求逐渐增长，对自主化、可维修性、全生命保障、成本率、技术可靠性、安全性等指标要求都在逐步提高。但现阶段该类测量设备受制于无损测量技术也只是初步实现国产化。作者对基于不同的测量原理形成的主流测量装置做了技术分析描述，同时对当前的市场应用情况做了调查。结合NDA技术情况、当前的市场应用、未来的市场需要做了全面的应用分析。

关键词：废物桶;无损测量;核电站

中图分类号：TL941         文献标志码：A         文章编号：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，在核探測和辐射监测的前沿研究领域，已有大量的尖端技术和产品，但并不是最先进、尖端的技术或产品就能直接在核电厂推广和应用。基于国内外核电多年的设计和运行经验，核电厂更多是考虑设备的安全性、成熟性、高可靠性、易维护和备件通用性等。放射性废物桶的γ无损测量技术（NDA）在核电及核设施放射性废物管理、核材料管制和反恐以及核保障等方面具有广阔的应用前景。

2 装置介绍及应用分析

基于不同的应用需求及测量原理，γ无损测量技术在放射性废物桶检测领域主要形成了移动式废物γ测量装置、废物桶旋转γ扫描测量装置、废物桶分段γ扫描测量装置、废物桶层析γ扫描测量装置等，在秦山一期、秦山二期、田湾核电、台山核电等涉核场所均有应用。

2.1 移动式废物γ测量装置

移动式废物测量装置是简便的废物桶活度测量装置，可满足对各种尺寸放射性废物包、沉积物，土壤的大面积放射性污染、核应急监测和退役现场测量等需要。移动式废物测量装置是将高纯锗γ谱仪集成在一个小车或特制机架上，可用于各类放射性废物包装体现场的快速检测、核素识别和活度的测量分析。该装置针对废物核素类型已知，且活度分布均匀性好的测量对象，可现场快速给出相对准确的测量结果，其引用较为广泛。虽然该装置在针对被测对象核素分布不均匀时，具有较大的测量误差，但因其简洁高效，对核设施业主来说是一种经济实惠的测量手段。

2.2 废物桶旋转γ扫描测量装置（RGS）

废物桶旋转γ扫描测量装置RGS（Rotating gamma scanning），用于低放、低密度，且放射性废物的密度和核素分布较为均匀的废物桶的活度测量分析。RGS测量装置基本原理将废物桶置于一个旋转平台上，利用单个高纯锗γ探头（为增加探测效率可设置多个探头），也可采用NaI等其它γ探测器），对旋转中的废物桶进行均匀扫描测量，基本原理如图2。

2.3 废物桶分段γ扫描测量装置（SGS）

废物桶分段γ扫描装置SGS（Segmented gamma scanning）在核电及核设施废物管理、核材料管制和反恐及核保障等方面具有较广的应用前景。SGS分段γ扫描技术是由上世纪70年代初由美国洛斯阿拉莫斯（LANL）实验开发的，我国原子能科学院（401）从上世纪90年代初就已开始该技术的研发，并取得了较为丰富的研究成果。其测量原理示意如图3所示。

SGS测量技术相对废物桶直接测量均匀扫描测量具有更高的测量精度，但前提是被测废物桶物质径向相对均匀，轴向不均匀的情况。若桶内存在较多热点，或者物质密度径向分布均匀性较差，SGS的测量误差仍然会异常大。SGS技术在国外核电的应用较多，在国内核电目前尚未有正式应用先例。国内核电厂目前主要的废物桶是200L/400L金属桶、HIC桶（目前仅海阳核电和阳江3/4号采用）。由于200L/400L桶为水泥灌浆固化体，物质密度较大，因此对SGS的透射源存在一定影响，从而造成测量误差。

2.4 废物桶层析γ扫描测量装置（TGS）

废物桶层析扫描测量技术TGS可用于测量低、中密度、较高密度的非均匀桶装废物。它的准确度较高，扩大了测量样品密度的介质范围，是废物桶分段扫描（SGS）测量技术的发展。TGS技术采用的是对被测物体进行三维立体扫描，可精确测量废物中放射性活度值以及核素的三维分布。它采用的扫描方式是对样品进行轴向分段扫描，并且对分段后的每一层进行平移和旋转扫描。通过透射扫描测量、发射扫描测量，分别得到样品的介质线衰减系数分布图、放射性强度分布图，然后用测得的γ射线线性吸收衰减系数对测得的放射性活度进行逐点精确校正，最终得出样品中核素的放射性活度值。该技术没有基于某种分布情況来拟合代替所有情况这种假定，而是基于实际的放射性核素和衰减介质的分布。因此，对非均匀介质和放射性核素非均匀分布的物体，其放射性核素的含量测量精度得到大大提高。该技术特点是适用于中高密度且非均匀分布废物测量，缺点是耗时比SGS长。

3 结束语

目前，随着我国核电厂废物产生量不断增加，废物最小化、废物精细化管理、以及废物相关法规及标准的不断完善，核电业主对废物的精确测量需求和紧迫性逐渐增强。之前因核电固体废物处理系统未实现自主化，目前国内核电废物桶装置均是采用了国外技术，导致实际应用情况较差，同时采购成本和后续运行维护成本高昂。对于废物桶测量技术RGS、SGS和TGS等，国内很多科研单位和高校已积累了众多的研究成果，部分形成了工程样机，也在核设施运行单位实现了初步应用，这为后续废物桶测量装置国产化应用提供了坚实的技术基础。

从宁德核电厂3、4号开始，CPR1000核电厂固废处理系统TES已成功实现自主化和国产化的开端。近几年来，各核电设计单位和科研单位都在积极推进固废处理系统的全面国产化，后续自主化三代堆型华龙一号、CAP1000和CAP14000新建核电项目的上马，将为固废处理系统和废物桶测量装置的国产化应用，提供广阔的市场基础。

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