一种放射性废物分类检测方法与流程

1.本发明涉及放射性废物分类处理技术领域，尤其涉及一种放射性废物分类检测方法。


背景技术：

2.在2018年1月发布《放射性废物分类》明确了放射性废物的标准，包括低放射性废物、极低放射性废物等的标准，这意味着所有放射性废物产生单位可根据该办法及时对潜在的放射性废物进行归类和处理，为国家放废管理战略提供基础，为放射性废物的产生、处理、贮存、处置等全过程安全管理提供依据，确保放废产生单位以安全和经济的方式管理废物。
3.目前相关技术种对极低放射性废物检测和分类的有通过高纯锗谱仪测量放射性废物并进行分类，详见公开号为cn114019555a的专利申请。高纯锗探测器虽然具有高分辨率的特点，但探测效率极低，如果想要测量极低放射性废物、低放射性废物，则需要大幅延长测量时间，不利于快速大规模测量。并且其对样品的预处理也较为复杂，需要透射装置，成本高。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，提供一种放射性废物分类检测方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种放射性废物分类检测方法，包括以下步骤：
6.s10：获得所述放射性废物的重量信息及密度信息；
7.s20：获得所述放射性废物的总活度核信号，整合所述重量信息、所述密度信息及所述总活度核信号获得所述放射性废物的总活度浓度；
8.s30：判断所述总活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求；
9.若所述总活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，则进行步骤s40；若所述总活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为极低放射性水平废物并结束；
10.s40：获得所述放射性废物的至少一个核素活度的核信号，整合所述重量信息、所述密度信息及所述核信号获得所述放射性废物的至少一个所述核素的核素活度浓度；
11.s50：判断所述核素活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求；
12.若所述核素活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为低放射性水平废物；若所述核素活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为极低放射性水平废物。
13.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，步骤s20中：通过闪烁体探测器测量所述放射性废物的总活度核信号。
14.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，所述闪烁体探测器包括若
干个nai晶体单元。
15.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，若干个nai晶体单元的体积大于或等于16l。
16.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，步骤s40中：通过半导体探测器测量所述放射性废物核素活度的核信号。
17.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，所述半导体探测器为高纯锗探测器或碲锌镉探测器。
18.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，步骤s10中：将所述放射性废物装入整形容器中整形成规则形状测量获得体积信息并进行称重获得所述重量信息，使用所述体积信息和所述重量信息计算所述密度信息。
19.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，根据所述密度信息从无源效率刻度因子数据库中调用对应的效率刻度因子并结合所述总活度核信号和所述核素活度的核信号以获得所述总活度浓度及所述核素活度浓度。
20.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，通过伽玛能谱分析将所述总活度核信号转化为放射性总活度浓度及将所述核素活度的核信号转化为核素活度浓度。
21.优选地，在本发明所述的放射性废物分类检测方法中，所述核素包括
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zr。
22.通过实施本发明，具有以下有益效果：
23.本发明的放射性废物分类检测方法通过使用放射性废物的重量信息及密度信息，结合放射性废物的总活度核信号进行一级分类，初步快速判断出是否为极低放射性水平废物，未明确是极低放射性水平废物的，再结合放射性废物的核素活度的核信号进行二级分类，确定在一级分类中未明确的放射性废物是否为极低放射性水平废物，可以快速且批量对放射性废物进行分类，便于后续废物处理。
附图说明
24.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
25.图1是本发明一个实施例的放射性废物分类检测方法的流程示意图。
26.图2是本发明的探测器的无源效率刻度方法示意图。
具体实施方式
27.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
28.需要说明的是，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
29.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
30.本发明的极低放射性水平上限值范围指的是2018年发布《放射性废物分类》中规
定的极低放射性水平上限值范围，具体见其中规定。可以理解地，该极低放射性水平上限值范围仅是一个判断放射性废物是否为极低放射性水平废物的一个依据，若在后续更新极低放射性水平上限值范围，本发明则适用更新后的极低放射性水平上限值范围进行判断。
31.本发明的一个实施例公开了一种放射性废物分类检测方法，能够快速、大批量地区分低水平放射性废物和极低水平放射性废物的分类方法。可以理解地，本发明的放射性废物可以是核电站的放射性废物，尤其是固体放射性废物。核电厂中很少有中高水平的放射性废物，且前期会对核电站的放射性废物进行一个剂量测量初步筛选是否属于中高水平的放射性废物，因此，本发明进行测量分类的放射性废物一般不属于中高水平的放射性废物，一般情况下不考虑中高水平的放射性废物的分类处理。
32.参见图1，本发明的放射性废物分类检测方法在一些实施例中包括以下步骤：
33.s10：获得放射性废物的重量信息及密度信息。其中，重量信息包括放射性废物的重量，重量为计算总活度浓度及核素活度浓度的其中一个要素，密度信息包括放射性废物的密度，可用于辅助计算总活度浓度及核素活度浓度。优选地，在一些实施例中，可以将放射性废物装入整形容器中整形成规则形状后，可以测量获得体积信息并进行称重获得重量信息，体积信息可以包括放射性废物的长度、宽度及高度，并计算得到体积，使用放射性废物的重量和体积计算密度。其中，整形容器指的装载放射性废物且设有一面开口的容器，容器可以为不锈钢材料，将放射性废物放入整形容器中，使用其他工具将放射性废物压实整形成规则形状，以便于计算体积。例如：整形容器的尺寸为60cm
×
60cm
×
10cm，盒厚2mm，装载放射性废物时，可轻松计算放射性废物体积。可以理解地，本发明所述的获得体积信息并进行称重获得重量信息计算密度信息的方法仅为一个示例，在其他一些实施例中，还可以使用其他方式获得重量信息及体积信息以计算密度信息，均属于本发明的保护范围。
34.相比相关技术，本发明不需要对放射性废物进行复杂的预处理，简单进行打包整形，可以批量处理放射性废物，减少设备投入，降低成本。
35.s20：获得放射性废物的总活度核信号，整合重量信息、密度信息及总活度核信号获得放射性废物的总活度浓度。优选地，放射性废物的总活度核信号可以通过闪烁体探测器测量放射性废物的总活度核信号获得，也可以使用其他的探测器测量。其中闪烁体探测器可以是高探测效率的大体积闪烁体探测器。优选地，闪烁体探测器包括若干个nai晶体单元，以及其他可以满足高探测效率的晶体单元，例如labr3、csi、zns。
36.进一步地，为了满足高探测效率，当使用nai晶体单元时，若干个nai晶体单元的体积大于或等于16l，nai晶体单元的数量可以是4个、8个、12个，只要满足加起来体积大于或等于16l即可。例如至少需要4个单个为4l的nai晶体单元，其尺寸可为40cm
×
20cm
×
5cm，或至少需要8个单个为2l的nai晶体单元，其尺寸可为40cm
×
10cm
×
5cm。可以理解地，在其他一些实施例中，也可以使用labr3、csi或zns晶体替代nai晶体，例如，当使用labr3晶体单元时，为了满足高探测效率，若干个labr3晶体单元同样满足体积大于或等于16l。需要注意的是，本发明并不对nai晶体单元的尺寸做限制，只要满足体积大于或等于16l即可。
37.优选地，为了辅助实现闪烁体探测器的探测功能，闪烁体探测器在一些实施例中还包括配套电子学系统，例如光电倍增管、前置放大器、主放大器、模数转换器及fpga，fpga为现场可编程门阵列，由于配套电子学系统在相关技术已发展非常成熟，可根据需要选用，在此不做赘述。
38.总活度核信号在一些实施例中可以通过伽玛能谱分析转化成放射性废物的放射性总活度，放射性废物的总活度浓度等于放射性总活度与放射性废物重量之比。优选地，关于放射性废物的总活度浓度的计算，可以将步骤s20中获得的总活度核信号、将步骤s10中获得的重量信息及密度信息输入计算机软件中，使用计算机软件自动收集、记录及计算获得放射性废物的总活度浓度，其中计算机软件至少包括伽玛能谱分析模块。
39.s30：判断总活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求，快速进行一级判断。优选地，目前适用的放射性废物总活度浓度极低放射性水平上限值范围是2018年发布《放射性废物分类》中规定的极低放射性水平上限值范围。若总活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，不能直接判定为极低放射性水平废物，但是也不能直接判定为非极低放射性水平废物，需要进行步骤s40和s50，进行二级探测判断。
40.若总活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定放射性废物为极低放射性水平废物并结束，可进行后续的分类处理。
41.s40：获得放射性废物的至少一个核素活度的核信号，整合重量信息、密度信息及核素活度的核信号获得放射性废物的至少一个核素的核素活度浓度，核素活度的核信号在一些实施例中可以通过伽玛能谱分析转化成放射性废物的放射性核素活度，放射性废物的核素活度浓度等于放射性核素活度与放射性废物重量之比。伽玛能谱分析原理同上述，在此不做赘述。
42.优选地，可以通过半导体探测器探测放射性废物核素活度的核信号，其中核素可以包括但不仅限于
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zr及其他一些可能出现在放射性废物中的核素。半导体探测器可以为高分辨率的高纯锗探测器，也可以是碲锌镉探测器，或者其他具有高分辨率特征的探测器。
43.优选地，为了辅助实现半导体探测器的探测功能，半导体探测器在一些实施例中还包括配套电子学系统，例如前置放大器、模数转换器及fpga，由于配套电子学系统在相关技术已发展非常成熟，可根据需要选用，在此不做赘述。
44.s50：判断核素活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求，将每一个核素活度浓度与该核素的极低放射性水平上限值范围作比较。若核素活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，则判定放射性废物为低放射性水平废物，可进行后续处理。若核素活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定放射性废物为极低放射性水平废物，可进行后续处理。
45.本发明的放射性废物分类检测方法，针对极低放射性废物的特点，设置两级测量，对待测废物进行高效分类。第一级测量，设置具有高探测效率的大体积闪烁体探测器，将大流量废物实现短时间测量；第二级测量，设置高分辨率的半导体探测器，对闪烁体探测器测量出总活度浓度超过极低放射性水平上限值范围的放射性废物，进行更精细的能谱测量，可实现待测废物核素级别的核素活度浓度测量，在大多数放射性废物活度较低的情况下，大幅度提高分类检测效率。本发明的放射性废物分类检测方法科学高效，可实现极低放废物简单快速、大批量自动化分类，具有极强的推广应用前景。
46.进一步地，计算机软件还可包括无源效率刻度模块，无源效率刻度模块可根据密度信息从无源效率刻度因子数据库中调用对应的效率刻度因子并结合总活度浓度的核信号和至少一个核素活度浓度的核信号以获得总活度浓度及核素活度浓度。
47.其中，无源效率刻度模块中包括无源效率刻度因子数据库，无源效率刻度因子数据库为自定义数据库，其具体如下：
48.如图2所示，是本发明的探测器的无源效率刻度方法示意图，其适用于上述提到的闪烁体探测器、半导体探测器及其他探测器。定义v为任意体源，dv为源v的一个微元，s1为探测器端面相对于dv所张区域，s2为探测器侧面相对于dv所张区域。假设源dv的能量为e的粒子的发射率为τ
×
dv，τ为v中单位体积内向4π方向发射的能量为e的粒子的发射率。
49.令cos(ω)
×
φ为探测器端面对dv所张立体角，sin(ω)dω
×
dφ为cos(ω)
×
φ的小量。设在sin(ω)dω
×
dφ立体角内从dv发射出的粒子，未经过能量损失到达探测器上表面，在探测器内的全能峰探测效率为f
eff
(e,ω,φ)；设在sin(ω)dω
×
dφ立体角内从dv发射出的粒子穿透屏蔽层，包括源的自吸收层，且没有发生能量损失的穿透率为f
att
(e,ω,φ)。则源v发射出的能量为e的粒子在探测器端面的探测效率为：
[0050][0051]
同理，设cos(ω')
×
φ'为探测器侧面对dv所张立体角，sin(ω')dω'
×
dφ'为cos(ω')
×
φ'的无穷小量。则源v发射出的能量为e的粒子在探测器侧面的探测效率为：
[0052][0053]
探测器对源v的能量为e的粒子的探测效率为
[0054][0055]
从公式(1)、(2)和(3)可以看出，为了获得任意体源v发射出的能量为e的光子探测效率ε
eff
(e)，需要完成如下工作：
①
确定探测器和体源的几何模型和材料模型；
②
计算体积v中任意点dv向探测器发射的任意方向的能量为e的粒子的直穿穿透率f
att
(e,ω,φ)，即计算每条射线在到达探测器以前的路径上经过的材料长度和宏观截面；
③
计算体积v中任意点dv向探测器发射的任意方向的能量为e的粒子在探测器内的探测效率f
eff
(e,ω,φ)，即进行探测器表征；
④
计算公式(1)和(2)所示的积分。
[0056]
要实现对任意体源的无源效率刻度，则需要完成如下工作：建立探测器的几何模型和材料模型；表征探测器，即建立空间中任意点发射出的射线的探测效率的角分布；实现体源的计算机快速三维建模；实现公式(1)和(2)的快速积分。
[0057]
本发明使用无源效率刻度相对于实验刻度具有以下的优点：无需使用放射源进行效率刻度，无需管理和处置放射源，无需放射源许可证。避免污染实验室，节省经费；精度高，快速省时，可以在短时间内得到可靠的结果。强大的几何建模能力，适用于任意几何形状。除适用于常规样品外，还适于刻度非常规或难处理的样品，如：水泥、钢铁、气体、土壤、空气、过滤器、树脂等，适于任意材料、任意密度、任意外形尺寸大小的样品。适用于任意基底材料和屏蔽材料，适用于任意准直器和屏蔽，节省样品制备时间，由软件根据样品情况精确建模、刻度，不用花大量时间制备样品。可进行大尺度样品测量，避免采样过程可能导致的样品不具有代表性的问题。快速测量，可节省采样、包装、运输、制备样品、实验室测量的
时间和费用。
[0058]
本发明的放射性废物分类检测方法中，使用无源效率刻度模块可根据密度信息从无源效率刻度因子数据库中调用对应的效率刻度因子并结合总活度核信号和核素活度的核信号以获得总活度浓度及核素活度浓度，大大方便了本发明对放射性废物的批量处理，节省大量的前期处理时间，且其测量精度高，快速省时，可以在短时间内得到可靠的结果。
[0059]
通过实施本发明，具有以下有益效果：
[0060]
本发明的放射性废物分类检测方法通过使用放射性废物的重量信息及密度信息，结合放射性废物的总活度核信号进行一级分类，初步快速判断出是否极低放射性水平废物，未明确是极低放射性水平废物的，再结合放射性废物至少一个核素活度浓度的核信号进行二级分类，确定在一级分类中未明确的放射性废物是否为极低放射性水平废物，可以快速且批量对放射性废物进行分类，便于后续废物处理。
[0061]
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述实施例或技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，即“在一些实施例”所描述的实施例可与上下任一实施例进行自由组合；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种放射性废物分类检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s10：获得所述放射性废物的重量信息及密度信息；s20：获得所述放射性废物的总活度核信号，整合所述重量信息、所述密度信息及所述总活度核信号获得所述放射性废物的总活度浓度；s30：判断所述总活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求；若所述总活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，则进行步骤s40；若所述总活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为极低放射性水平废物并结束；s40：获得所述放射性废物的至少一个核素活度的核信号，整合所述重量信息、所述密度信息及所述核信号获得所述放射性废物的至少一个所述核素的活度浓度；s50：判断所述核素活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求；若所述核素活度浓度超过极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为低放射性水平废物；若所述核素活度浓度低于或等于极低放射性水平上限值范围要求，则判定所述放射性废物为极低放射性水平废物。2.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，步骤s20中：通过闪烁体探测器测量所述放射性废物的总活度核信号。3.根据权利要求2所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，所述闪烁体探测器包括若干个nai晶体单元。4.根据权利要求3所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，若干个nai晶体单元的体积大于或等于16l。5.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，步骤s40中：通过半导体探测器测量所述放射性废物核素活度的核信号。6.根据权利要求5所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，所述半导体探测器为高纯锗探测器或碲锌镉探测器。7.根据权利要求1所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，步骤s10中：将所述放射性废物装入整形容器中整形成规则形状测量获得体积信息并进行称重获得所述重量信息，使用所述体积信息和所述重量信息计算所述密度信息。8.根据权利要求1-7任一项所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，根据所述密度信息从无源效率刻度因子数据库中调用对应的效率刻度因子并结合所述总活度核信号和所述核素活度的核信号以获得所述总活度浓度及所述核素活度浓度。9.根据权利要求1-7任一项所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，通过伽玛能谱分析将所述总活度核信号转化为放射性总活度浓度及将所述核素活度的核信号转化为核素活度浓度。10.根据权利要求1-7任一项所述的放射性废物分类检测方法，其特征在于，所述核素包括
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zr。

技术总结
本发明公开了一种放射性废物分类检测方法，包括以下步骤：S10：获得放射性废物的重量信息及密度信息；S20：获得待测放射性废物的总活度的核信号，整合重量信息、密度信息及总活度的核信号获得放射性废物的总活度浓度；S30：判断总活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求，并进行分类；S40：获得待测放射性废物的至少一个核素活度的核信号，整合重量信息、密度信息及核素活度的核信号获得放射性废物的至少一个核素的核素活度浓度；S50：判断核素活度浓度是否超过极低放射性水平上限值范围要求，并进行分类。本发明通过总量探测及判断进行一级分类，通过核素探测及判断进行二级分类，可以快速且批量对放射性废物进行分类，便于后续废物处理。便于后续废物处理。便于后续废物处理。


技术研发人员：曾金炜 常康 谭术均 单陈瑜 谢文章 刘峰 陈光明 雷青欣
受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13