光子能譜裝置和方法，校準該裝置的方法以及該裝置的用途
【專利摘要】一種光子能譜裝置（2），包括多個相同的能譜儀（6），所述多個光子能譜儀（6）中的每一個能譜儀（6）都包括輻射傳感器（12）并能夠提供與所述傳感器（12）在一時段內的測量結果相對應的測量能譜，所述多個能譜儀（6）能夠對同一放射性產品（4）同時執行測量并且能夠提供針對同一時段的多個測量能譜；以及處理器件（8，16），能夠根據多個所述能譜儀（6）在同一時段內提供的每個測量能譜來確定凈能譜，并且能夠將同一時段確定的凈能譜相加得到的總體能譜。
【專利說明】光子能譜裝置和方法，校準該裝置的方法以及該裝置的用途
【技術領域】
[0001]本發明涉及能譜測量領域。
【背景技術】
[0002]生產或回收核燃料導致副產品、廢料或核廢料的產生。必須驗證這些副產品、廢料或核廢料中的放射性物質的含量相對于監控閾值是可接受的。
[0003]例如，鈾的氧化物(UxOy)尤其是二氧化鈾(UO2)被用作核燃料。例如通過將六氟化鈾(UF6)轉換為鈾的氧化物來獲得鈾的氧化物。轉化在爐中進行，例如通過六氟化鈾粉和水(H2O)的逆向循環。FR2，771，725中描述了該生產過程。
[0004]該轉化生成了作為可回收利用副產品的鹽酸(HF)。必須控制鹽酸中鈾的濃度不超過核安全機構規定的監控閾值。
[0005]為此，可進行定期采樣并利用實驗室(例如，使用質譜儀、分子吸收能譜儀等)進行分析。
[0006]然而，這種分析需要由有資質的人員使用精細的實驗室設備，購買、維護和操作這些設備的成本很高。基于必要的準備工作和待執行的測量類型，這種分析需要從幾十分鐘至一天不等的時間。分析在定期但分離的時段進行。這些分析方法不適合連續工業生產過程的監測，因而必定需要中間存儲器且不適合在工業生產過程的特定步驟中進行批量處理。
【發明內容】
[0007]本申請的一個目的在于提出一種適合用于工業生產過程監測的光子能譜裝置。
[0008]為此，本申請提出一種光子能譜裝置，包括:
[0009]多個相同的光子能譜儀，每個能譜儀包括輻射傳感器并能夠提供與在時段內所述傳感器的測量結果相對應的測量能譜，所述能譜儀能夠對同一放射性產品同時進行測量并且能夠提供同一時段的測量能譜；以及處理器件，所述處理器件能夠根據在同一時段內由能譜儀提供的每個測量能譜來確定凈能譜，并且能夠確定將對同一時段確定的凈能譜相加得到的總體能譜。
[0010]根據其他實施例，所述光子能譜裝置包括以下的、僅單獨考慮或根據全部技術上可能的結合的、一個或多個特征:
[0011]每個能譜儀包括檢測模塊，所述檢測模塊能夠將所述傳感器發射的關于光子檢測的且與檢測到的光子的能量成比例的電信號轉化為表示所述檢測到的光子的能量的數字
信號;
[0012]每個檢測模塊是可調節的，以根據由相關的傳感器發射的信號來調節所述檢測模塊提供的所述數字信號；
[0013]通過校準所述檢測模塊來初調每個能譜儀，從而使得各個所述能譜儀的所述傳感器/檢測模塊對在同一輻射源的情況下發射基本相同的數字信號；
[0014]至少一個由所述多個能譜儀共用的放射性校準源，所述能譜儀的每個傳感器在同一時段內接收來自所述校準源或每個校準源的光子的統計數量基本相同；
[0015]能譜儀的傳感器沿圓形設置；
[0016]所述傳感器規則地分布在圓周上；
[0017]至少兩個由所述多個能譜儀共用的不同的校準源；
[0018]所述兩個校準源各自的基準譜線位于待測元素特征譜線的兩端，尤其在鈾235的特征譜線的兩端；
[0019]所述處理器件能夠以下述方式為多個測量能譜中的每一個確定出凈能譜:通過與所述校準源或與每個校準源對應的測量能譜的特征譜線并相對于所述校準源或每個校準源的基準線對每個測量能譜進行校正；
[0020]所述光子能譜裝置，用于測量伽馬射線或用于測量X射線；
[0021]本申請還涉及一種光子能譜測定法，包括:
[0022]使用相同的能譜儀提供測量能譜，每個測量能譜由各個能譜儀在同一時段內對同一放射性產品進行測量而得到；
[0023]根據每個測量能譜確定凈能譜；
[0024]確定由所述凈能譜相加而得到的總體能譜。
[0025]根據一個實施例，通過相對于所述各能譜儀的與至少一個校準源對應的測量能譜的譜線并相對于標準源或每個標準源的基準線對由該能譜儀提供的測量能譜進行校正來確定每個凈能譜。
[0026]本申請還涉及一種校準光子能譜裝置的方法，包括:
[0027]調節檢測模塊，所述檢測模塊能夠將每個能譜儀的傳感器輸出的電信號轉化為表示每個檢測到的光子的能量的數字信號，從而使得各個所述能譜儀在同一輻射源的情況下提供基本相同的能譜。
[0028]本申請還涉及上述光子能譜裝置的用途，包括:
[0029]用于測量因生產鈾的氧化物而產生的氫氟酸中的鈾的含量；
[0030]用于測量來自回收放射性物質的設備的核廢料中至少一種放射性同位素的含量；或者
[0031]用于在排放之前測量來自處理放射性物質的設備的核廢料中至少一種放射性同位素的含量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]通過結合附圖閱讀下述僅作為示例提供的【具體實施方式】，本申請的優點將更易理解。
[0033]圖1示出了根據本申請的光子能譜裝置的示意圖；
[0034]圖2示出了圖1的光子能譜裝置的能譜儀的示意圖；
[0035]圖3和圖4示出了圖1的光子能譜裝置的檢測組件的截面圖和俯視圖；
[0036]圖5示出了使用圖1的光子能譜裝置的能譜儀所獲得的能譜的示意圖；
[0037]圖6至圖8示出了用于生產或回收核燃料的包含有根據本申請的光子能譜裝置的設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0038]圖1示出的光子能譜裝置2能夠測量產品4發出的輻射。
[0039]光子能譜裝置2包括多個能譜儀6和電子處理模塊8(下文稱為“處理模塊”)。光子能譜裝置2包括數據交換總線10，所述數據交換總線10將處理模塊8連接至每個所述能譜儀的6的輸出端。
[0040]每個能譜儀6能夠根據檢測到的光子的能量產生在一段時間內或測量時段內檢測到的光子數量的能譜。每個能譜儀6被設計為確保與輸入數據(每個光子的能量)相關的能譜儀的響應(能譜)的線性精度。
[0041]每個能譜儀6包括單個的輻射傳感器12、相關的電子檢測和量化模塊14 (下文稱為“檢測模塊”)以及相關的電子分析模塊16 (下文稱為“分析模塊”)。
[0042]傳感器12能夠檢測伽馬光子(也稱為伽馬射線)和/或X光子(也稱為X射線)，并且能夠針對每個檢測到的光子發射與所檢測到的光子的能量成比例的電子輸出信號。傳感器12由高壓電源18供電。
[0043]檢測模塊14在其輸入端接收來自與其相關聯的傳感器12的輸出信號，并且輸出表示傳感器12檢測到的每個光子的能量值的數字信號。檢測模塊14由低壓電源20供電。
[0044]分析模塊16能夠對檢測模塊14發出的信號進行計數(其中，每個信號對應于傳感器12檢測到的一個光子)，并且根據測量時段內的能量(keV)產生傳感器12檢測到的光子數量的測量能譜。
[0045]傳感器12、檢測模塊14和分析模塊16相互分離并通過數據傳輸線相互連接。傳感器12輸出電子信號。檢測模塊14的輸入端通過線路22連接至傳感器12的輸出端。檢測模塊14發射光數字輸出信號。分析模塊16的輸入端通過一般是光纖的光鏈路24連接至檢測模塊14的輸出端。
[0046]所述多個能譜儀6能夠同時運行并且能夠同時對產品4發出的光子進行處理。
[0047]處理模塊8通過總線10連接至每個能譜儀6的輸出端。處理模塊8被配置為:對在相同時段同時獲得的且由所述多個能譜儀6產生的測量能譜進行特定處理，從而能夠傳送根據全部測量能譜確定的代表性的總體能譜。
[0048]處理模塊8連接至人機界面26以顯示結果和/或接收指令。
[0049]處理模塊8連接至操縱單元28，操縱單元28能夠利用由處理模塊8提供的結果來操縱設備30(例如用于生產或回收核燃料的設備或者用于從生產和/或回收核燃料的設備排出核廢料的裝置)。
[0050]各能譜儀6是相同的。各能譜儀6的傳感器12是相同的，各能譜儀6的檢測模塊14是相同的，以及各能譜儀6的分析模塊16也是相同的。
[0051]如示出能譜儀6的圖2所示，每個能譜儀6的傳感器12是閃爍傳感器(scintillation sensor)。傳感器12包括:閃爍晶體32和光稱合至晶體32的光電倍增管34，所述閃爍晶體32為例如摻雜堿金屬鹵化物的無機閃爍體(例如NaI(TI))，或者為礦物復合型的無機閃爍體(例如LaBrf (Ce))。當光子被晶體32吸收時，晶體32發出光信號，該光信號的能量與所吸收的光子的能量成比例。光電倍增管34輸出與晶體32發出的光能量成比例的電子信號。
[0052]因此，傳感器12輸出與晶體32中的光子所釋放的能量成比例的模擬電信號。
[0053]檢測模塊14包括模擬/數字轉換器36，以將輸入的模擬信號轉換為輸出的數字信號。
[0054]檢測模塊14是可調節的，以調節檢測模塊14的與檢測模塊14接收到的輸入信號有關的輸出信號。為此，檢測模塊14包括比例調節器38，比例調節器38能夠將倍增系數施加于檢測模塊14所接收的信號上。所述比例調節器38是可調節的，從而能夠調節所述倍增系數。
[0055]返回圖1，光子能譜裝置2包括至少一個校準源，并優選地包括與多個能譜儀6相關的至少兩個校準源SI，S2。校準源SI，S2中的每個發射確定的光子能譜。校準源S1，S2發射不同的能譜。優選地，校準源SI，S2中的每個發射的能譜具有在基準能量或基準線附近的特征譜線，且校準源SI，S2具有一個或多個不同基準能量處的基準線。
[0056]校準源SI，S2被布置為:確保每個能譜儀6的每個傳感器12受到相同的輻照。例如，為確保相同輻照，校準源S1，S2中的每個被布置為距能譜儀6的傳感器12的距離相同。也就是說，多個能譜儀6使用至少一個共用校準源SI，S2，優選的使用兩個共用校準源SI，S2。
[0057]校準源SI，S2與能譜儀6隔開，具體地，與每個能譜儀6的傳感器12隔開。因而每個能譜儀6與和該能譜儀6的傳感器12隔開的至少一個校準源SI，S2相關聯，優選地，與和該能譜儀6的傳感器12隔開的兩個校準源SI，S2相關聯。
[0058]處理模塊8能夠單獨地分析在給定測量時段內的每個測量能譜，從而為每個能譜儀6將與校準源SI，S2中的每個相對應的測得的特征譜線與對應的基準線進行比較；所述處理模塊8能夠計算將被使用的仿射函數的常量以使校準源S1、S2的測得的特征譜線與其基準線一致；所述處理模塊8能夠將仿射函數應用到譜域的所有點以校正測量能譜，從而確定相應的凈能譜；以及最后所述處理模塊8能夠對來自于每個能譜儀6的凈能譜求和，以獲得總體能譜。
[0059]校正是基于能量和/或效率的。能量校正包括:確定仿射函數，以使得與校準源
S1、S2或校準源S1，S2中的每個對應的所測得的特征譜線的能量與校準源S1、S2或校準源SI，S2的每個的基準線的能量一致。效率校正包括:確定仿射函數，以使得與校準源S1、S2或校準源SI，S2中的每個對應的檢測到的光子的數量的測得的特征譜線與在測量時段中的預期的光子數量(即，有關的能譜儀6的傳感器12的初始檢測效率)一致。
[0060]有利地，接收測量能譜的處理模塊8和/或產生測量能譜的分析模塊16能夠至少臨時存儲測量能譜。這樣可以查閱測量能譜(例如為了評定的目的，或為了在發生異常或操作事故的情況下進行控制)。
[0061]處理器件由處理模塊8形成，所述處理模塊8能夠根據多個能譜儀6所提供的每個測量能譜來確定凈能譜，并且能夠確定凈能譜相加形成的總體能譜。
[0062]在一變形中，每個能譜儀6的分析模塊16能夠確定測量能譜并且對所述測量能譜進行處理以確定對應的凈能譜。因此，所述處理器件由每個能譜儀6的分析模塊16以及接收由所述分析模塊16確定的凈能譜并將其相加從而獲得總體能譜的處理模塊8形成。
[0063]如圖3和圖4所示，傳感器12規則地分布在以對稱軸A為中心的傳感器的虛擬圓Cl上。如圖4所示，傳感器12的總數為8個并且這8個所述傳感器12以相同的度量半徑值和相等的45°的角節距圍繞軸12分布。
[0064]校準源S1、S2被布置在傳感器圓Cl的中心。因而校準源SI，S2中的每個到這些傳感器12的距離相等。因此，在相同的測量時段中，每個傳感器12所接收的來自校準源S1、S2的的光子的統計數量基本相同。
[0065]光子能譜裝置2包括用于循環待控制的產品4的腔體40，所述腔體40具有圍繞對稱軸A對稱的回轉體。因此，各傳感器12所接收的來自于腔體40中的產品4的光子的統計數量基本相同。
[0066]傳感器12被布置在腔體40上，從而使得用于容納腔體40中產品4的空間位于傳感器12之間并圍繞著傳感器12。這樣確保產品4發射的光子對傳感器12的良好輻照。
[0067]如圖3和圖4所示，腔體40包括槽42以及蓋44，沿著對稱軸A延伸的所述槽42具有圓形截面，如果必要的話，具有圓形輪廓的蓋44可密封槽42。
[0068]蓋44具有大體為圓形的形狀。蓋44包括至少一個充填裝置48以及至少一個排出裝置46，所述充填裝置48靠近蓋44中心軸線A，并確保腔體40的快速填充；所述排出裝置46位于蓋44的周緣并確保罐部40溢流的排放。如圖3和圖4所示，當有多個充填裝置48時，所述充填裝置48相互隔開并按照以軸A為中心的圓規則地分布。基于設備30的構造，充填裝置48還可被布置在槽42的側面或底面。
[0069]槽42包括至少一個設置在槽42最低點的卸料裝置56，用以確保由排出閥58控制的罐部40的卸料。如圖3所示，槽42包括設置在槽42底部中心處的卸料裝置56。
[0070]蓋44包括多個傳感器室50，所述多個傳感器室50伸入腔體40內部并且開口朝向腔體40的外側。每個傳感器室50限定蓋44中用于容納傳感器12的空腔。傳感器室50沿著傳感器圓Cl布置。傳感器室50圍繞軸A以等間隔角分布。
[0071]蓋44包括多個用于檢測模塊14并且開口朝向腔體40外側的保持裝置52。在蓋44外側上伸出的每個保持裝置52限定用于容納檢測模塊14的空腔。保持裝置52沿著以軸A為中心的檢測模塊的虛擬圓C2布置。保持裝置52圍繞軸A以等間隔角分布。
[0072]蓋44包括用于以軸A為中心的校準源的室54。校準源室54被布置在充填裝置48之間。校準源SI，S2被布置在校準源室54中。校準源SI，S2中的每個都位于傳感器的圓Cl (傳感器12被圍繞著圓Cl布置)的中心。
[0073]腔體40布置在設備30附近。待控制的產品4經由直通線或支線(并聯線)被供給到由檢測腔體40、傳感器12以及與它們相關的檢測模塊14構成的檢測組件。
[0074]腔體40被布置在諸如生產鈾和氫氟酸的爐的排出口處、液態氫氟酸排出口上以及在密閉室中。
[0075]檢測模塊14布置在傳感器12附近，這樣可在檢測模塊14和傳感器12之間使用短的有線線路22，從而使檢測期間的信噪比最小化。
[0076]與檢測模塊14和傳感器12相關的分析模塊16可置于密閉室外部。光纖鏈路24經由光纖確保快速且可靠地在長距離(例如，數十米)上傳輸數據。
[0077]在操作期中，在確定的時段中，多個能譜儀6同時測量位于測量腔體40中的產品4發射的光子。每個能譜儀6都提供測量能譜。在對每個測量能譜進行單獨校正以確定凈能譜之后，處理模塊8將這些凈能譜相加以確定凈能譜之和的總體能譜。根據該總體形能譜，處理模塊8確定一個或多個測量結果，例如產品4中的鈾235的濃度。
[0078]光子能譜裝置2使得:在時段T內由實驗室設備對產品4的樣本進行的測量可由通過多個能譜儀6完成的、對設備30排出口處的產品4的η (η>1)個同步測量代替，并且能夠保證在較短時段(例如，可減少為Τ/η)內獲得相同統計精度的結果。
[0079]光子能譜裝置2使得可在數分鐘(例如，1-5分鐘)的測量時段中進行符合要求的測量；取決于被采樣的產品，現有的使用實驗室設備進行取樣和分析的技術則需要數十分鐘甚至數小時，并且還需要操作者在潛在危險的環境(例如密閉區域)中工作。
[0080]因此，光子能譜裝置2可以使得在測量時段內快速進行的測量與工業生產的監測或操縱相匹配。
[0081]然而，能譜是統計類型的測量。在測量時段內產品4發出的所有光子未必都被檢測到。每個傳感器12僅檢測到達該傳感器12上的那部分光子。
[0082]如果光子能譜裝置2驗證了遍歷性原則，則將不同能譜儀6的測試結果相加的原則僅被認為是物理調整。
[0083]在實踐中，這意味著同一量級的不同測量路徑被認為是相同的或基本相同的，以致在相同的測量條件下提供相同或基本相同的結果。
[0084]測量同尺寸的不同路徑必須能夠被認為是相同的或基本相同的，以在相同的測量條件下提供相同或基本相同的結果。
[0085]為了滿足該條件或者至少基本接近滿足該條件，光子能譜裝置2包括多個相同的能譜儀6。
[0086]在實踐中，由于不可避免的制造公差，盡管傳感器12是同樣的，但是傳感器12具有制造上的離差，因此在相同的條件下會提供不同的測量結果。
[0087]由一個傳感器12輸出的信號值還取決于它的高壓電源。然而,相對于該高壓電源的值而言很小的變化都會實質上改變產生的信號的值。單獨調節每個傳感器12的電壓在理論上能夠校準傳感器12，但是該單獨的調節使得每個傳感器12都需要特定的高壓電源18，且由于該單獨的調節難以維護因而不能工業化。為了滿足工業生產的限制，優選地保持單一的高壓值，這樣所有傳感器12可使用單一的高壓電源18。由于對每個傳感器12的增益和檢測量存在差異，因此由相同高壓值供電的所有傳感器12傳送的信號將會不同。
[0088]根據本申請的一個方面，每個能譜儀6的傳感器12耦接至與該能譜儀6相關的檢測模塊14。傳感器12以及與其相關的檢測模塊14被共同校準。
[0089]根據一個實施例，每個能譜儀6的檢測模塊14被初調，從而使得在相同測量條件下由不同傳感器12/檢測模塊14對(sensorl2/detection modulel4pair)給出的信號是相同和線性的或者基本上相同和線性的。
[0090]有利地，通過調整耦接至傳感器12的晶體32的光電倍增管34的增益系數，然后再通過調節檢測模塊14(例如調節檢測模塊14的比例調節器38)，從而調節每個傳感器12/檢測模塊14對。
[0091]因此，根據本申請，對每個傳感器12/檢測模塊14對來進行調節，而不是對每個傳感器12進行調節。這樣能夠考慮到傳感器12之間的離差以及檢測模塊14之間的離差，并能夠確保在相同輻射源的情況下每個能譜儀6產生基本相同的凈能譜。
[0092]每個能譜儀6的初調是例如在存在至少一個校準源SI或S2的情況下進行的。調節檢測模塊14的比例調節器38，使得在存在校準源S1、S2情況下來自檢測模塊14的輸出
信號與期望值一致。
[0093]因此，每個傳感器12以及與其相關的檢測模塊14形成不可分割的一對。在相關的傳感器12沒有互換的情況下，兩個檢測模塊14不能互換，且傳感器12在與其相關的檢測模塊14未被更換的情況下不能被更換。
[0094]傳感器12由相同高壓值供電且有利地由相同高壓電源18供電。這樣簡化了傳感器12的供電和維護操作。由于其它原因(例如如圖1所示的核設備的原理或多重性)，可以提供例如由兩個傳感器12共用的高壓電源18。在圖1中，能譜儀6以兩個進行分組，每組中的能譜儀6的兩個傳感器12由相同的高壓電源18供電。
[0095]每個傳感器12可在時間上漂移，且傳感器12可具有不同的漂移。
[0096]根據本申請的一個方面，光子能譜裝置2包括由不同的能譜儀6共用的至少一個校準源SI，S2，以校正傳感器12的漂移。傳感器12圍繞校準源SI，S2中的每個對稱地布置。因此，通過相同的校準源SI，S2來校正傳感器12的漂移，從而提供額外保證來符合遍歷原則。
[0097]通過對與所述校準源SI，S2對應的測得的特征譜線以及對所述校準源SI，S2的相關的基準線進行校正，或通過對與校準源SI，S2中的每個對應的測得的特征譜線以及對校準源SI，S2中的每個的相關的基準線進行校正，從而校正每個傳感器12的漂移，以確定產品4所輻射的以及所述校準源S1、S2或校準源SI，S2中的每個所輻射的凈能譜。
[0098]根據本申請的一個方面，光子能譜裝置2包括至少一個校準源SI，該校準源SI的基準能量高于待測元素的基準能量。
[0099]鈾同位素235尤其具有185.7keV值處的特征伽馬光子輻射。適合檢測鈾同位素235的光子能譜裝置2可包括由例如具有662keV值處的基準特征伽馬光子輻射的銫137校準源，該校準源對于在185.7keV能量處計數的影響(即，對在測量時段內分析模塊16輸出的計數結果的影響)可忽略不計。
[0100]通過確保每個能譜路徑具有響應線性特性，可根據為校準源測得的值與校準源的基準值之間的差異來校正測量能譜。校準源的基準值的測量結果上的誤差x% (相對值)會導致全部測得的值χ% (相對值)的校正。
[0101]因此，校準源的基準能量的絕對值的測量中的小漂移導致對高于校準源能量測量結果的所有能量測量結果的絕對值的較大校正，以及對低于校準源能量測量結果的所有能量測量結果的絕對值的較小校正。這意味著造成測量的不確定性，對于高于校準源能量測量結果的所有能量測量結果而言不確定性較高，對于低于校準源能量測量結果的所有能量測量結果而言不確定性較低。
[0102]選擇其能量高于待測元素能量的校準源可使得與待測元素能量范圍對應的能量范圍上的絕對值的測量不確定性最小化。
[0103]根據本申請的一個方面，光子能譜裝置2包括兩個校準源SI和S2，該兩個校準源S1、S2的特征譜線具有不同的基準能量。
[0104]優選地，選擇校準源SI，S2的基準能量以使得其中一個校準源的發射能量位于一個能譜儀6的能量譜分析帶兩端之一處，另一個校準源的發射能量位于相同能譜儀6的能量譜分析帶另一端。因此，具有提供兩個不同能量且在能譜分析范圍上相隔最遠的源，所以對于在該能量分析帶上所有可檢測的光子的校正是最佳的。
[0105]鈾同位素235尤其具有在185.7keV值處的特征伽馬光子輻射。適于檢測鈾235的光子能譜裝置2包括:例如镅241校準源以及銫137校準源；所述镅241校準源具有59.5keV基準能量，因而能譜基準能量線在橫坐標60keV附近；所述銫137校準源具有662keV基準能量，因而能譜基準能量線在橫坐標662keV附近。
[0106]圖5示出使用镅241校準源、銫137校準源與含鈾235的樣本情況下可獲得的能譜的一個示例。橫坐標表示接收的光子的能量(單位為keV),縱坐標表示檢測到的光子的數量。
[0107]通過基于測得的特征譜線和基于校準源SI，S2中的每個的基準線對每個測量能譜的校正來進行漂移校正，這樣可保證更準確的校正。
[0108]確定用于校正的仿射函數(affine recalibration functions)使得所使用的校準源SI，S2的測得的特征譜線在能量和計數上與校準源SI，S2各自的基準線一致，然后將所使用的校準源SI，S2的測得的特征譜線應用于測量能譜的每個點。
[0109]大多數光子傳感器包括在生產過程中被置于在密封的傳感器中甚至密封在晶體中的校準源(例如镅241校準源)。依據對密封源的規定，校準源具有有限的受控的使用壽命。因此，無論傳感器的狀況如何，源必須在受控的使用壽命結束時被毀掉，因而傳感器也必須在源的監管使用壽命結束時被銷毀掉，這樣限制了傳感器的使用壽命。同樣地，如果某傳感器是出現故障，要更換整個傳感器，且該傳感器的校準源和該傳感器會被一起銷毀掉。
[0110]與傳感器相關聯但物理上與傳感器相隔離的校準源的使用，使得可通過限制傳感器的更換成本來限制該組件的運行成本，以及可在即使必須更換校準源的情況下保留傳感器，反之亦然，即可在即使必須更換傳感器的情況下保留校準源。另外，這就允許多個傳感器使用同一校準源，這樣不僅可限制測量組件的成本，而且還可確保與同時使用多個傳感器的裝置的遍歷性約束之間的更好相配性。
[0111]在一個實施方式中，對于由能譜儀6確定的每個測量能譜確定至少一個用于校正能譜儀6的測量能譜的校正函數。可選地，根據能譜儀6的至少一個基準測量能譜來確定至少一個用于校正能譜儀6的測量能譜的校正函數，以使得每個校準源SI，S2的基準測量能譜的特征譜線與對應的校準源SI，S2的基準譜線一致。該校正函數或每個校正函數被用于對能譜儀6的多個連續測量能譜進行校正。該校正函數或每個校正函數是以基于能譜儀6穩定度的周期而周期性地確定的。該周期可大約為一天、一星期或更多。
[0112]圖6至圖8概略地示出了使用了本申請的光子能譜裝置2以控制副產品和排放的核廢料中的放射性同位素的含量的工業設備30。
[0113]圖6示出了將UF6轉化為UxOy的設備，該設備包括爐60，爐60 (尤其在輸入端)接收UF6并且在該爐60中逆向循環的H2O,并且該爐60輸出作為產品的UxOy以及作為副產品的HF。
[0114]如圖所示，光子能譜裝置2的腔體40被布置為與冷凝至液態HF后的氫氟酸的輸出端串聯，以驗證鈾235中氫氟酸的含量低于監控閾值。
[0115]圖7示出放射性物質的回收設備，該回收設備包括反應器62，反應器62被輸入包含放射性物質WMF的廢料以及能夠沉積該放射性物質的試劑R，并且該反應器62輸出回收的放射性物質RMF和核廢料E。[0116]如圖所示，光子能譜裝置2的腔體40被布置為核廢料輸出物E的(并行的)支線，以驗證核廢料E的放射性同位素(例如，釷、鈾235、鉛212的某些放射性同位素)含量或由例如使用處理輻照燃料(稱為再加工鈾、钚等)獲得鈾而產生的放射性雜質低于監控閾值。
[0117]回收設備包括在光子能譜裝置2的測量腔體40的輸出端與廢料WMF輸入端之間延伸的再循環管64，從而使得只要核廢料E包含的一個或多個放射性同位素的含量過高，核廢料E就被再次循環。
[0118]圖8示出了用于處理放射性物質66的組件，該組件包括多個處理設備68，所述設備68用于對產生核廢料E的放射性物質進行處理，所述核廢料E被收集在排放回路中以便被排放。
[0119]光子能譜裝置2被設置在排放回路中，以驗證所收集的核廢料E的放射性同位素含量符合監控排放閾值。
[0120]光子能譜裝置2被安裝在主管70中以對所有核廢料E進行測量，或者安裝在支管上以對所收集的核廢料E的一部分進行測量。
[0121]可使用光子能譜裝置2以確定核廢料的污染源和放射性物質。產生污染的工業生產過程(例如鈾污染源)，所使用的加工的化學元素特征可能與鈾相關。例如，與鈾235相關的鉛212的出現表示污染來自于使用再加工鈾的設備。
[0122]因此，根據本申請的一個方面，光子能譜裝置2的處理模塊8被配置以根據總體能譜來確定另外的放射性同位素(例如鈾235)的存在。
[0123]一般地，基于設備30以及輸出線路上產品的流量來選擇將光子能譜裝置2串聯到待監測的產品4的輸出端或并聯到待監測的產品4的輸出端。
[0124]可選地，處理模塊8包括存儲器，該存儲器中存儲有某些類型污染的特征基準能譜，且處理模塊8被配置以在凈能譜與預存的基準能譜匹配時發出警告或觸發中斷。
[0125]通過本申請，可實施與工業生產方法的監測或操縱相容的伽馬和/或X射線快速測量。光子能譜裝置可由市售的元件生產，且可布置在設備附近或在設備中以控制該設備輸出的產品和/或操縱該設備。
[0126]本申請具體可應用于測量生產鈾基核燃料的加工或回收鈾的加工中的輸出端處鈾235的含量。一般地，本申請可應用于測量任何放射性元素的含量。
[0127]本申請可應用于測量任何伽馬射線或X射線。根據本申請的能譜儀為基于使用閃爍體的伽馬和/或X射線能譜儀。
【權利要求】
1.一種光子能譜裝置(2)，其特征在于，包括: 多個相同的光子能譜儀(6)，所述多個光子能譜儀(6)中的每一個能譜儀(6)都包括輻射傳感器(12)并能夠提供與所述傳感器(12)在一時段內的測量結果相對應的測量能譜，所述多個能譜儀(6)能夠對同一放射性產品(4)同時執行測量并且能夠提供針對同一時段的多個測量能譜；以及 處理器件(8，16)，所述處理器件(8，16)能夠以下述方式為所述多個能譜儀(6)在同一時段內提供的多個測量能譜中的每一個確定出凈能譜:通過相對于所述各能譜儀(6)的與至少一個校準源(S1，S2)對應的測量能譜的譜線并相對于所述校準源(S1，S2)或每個校準源(SI，S2)的基準線對由該能譜儀(6)提供的測量能譜進行校正， 所述處理器件(8，16)還能夠通過對所確定的針對同一時段的所述凈能譜進行相加而得到總體能譜。
2.根據權利要求1所述的光子能譜裝置，其中，每個能譜儀(6)包括: 檢測模塊(14)，能夠將所述傳感器(12)發射的關于光子檢測的且與檢測到的光子的能量成比例的電信號轉化為表示所檢測到的光子的能量的數字信號。
3.根據權利要求2所述的光子能譜裝置，其中，每個檢測模塊(14)是可調節的，以根據由相關的傳感器(12)發射的信號來調節所述檢測模塊(14)提供的數字信號。
4.根據權利要求3所述的光子能譜裝置，其中，通過校準所述檢測模塊(14)來初調每個能譜儀，從而使得各個所述能譜儀(6)的各個所述傳感器(12) /檢測模塊(14)對在同一輻射源的情況下發射基本相同的數字信號。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的光子能譜裝置，包括: 至少一個由所述多個能譜儀(6)共用的放射性校準源(SI，S2)； 其中，所述能譜儀(6)的每個傳感器(12)在同一時段內接收來自于所述校準源(SI，S2)或來自于每個校準源(SI，S2)的光子的統計數量基本相同。
6.根據權利要求5所述的光子能譜裝置，包括: 至少兩個由所述多個能譜儀(6)共用的不同的校準源(SI，S2)。
7.根據權利要求6所述的光子能譜裝置，包括: 兩個校準源(SI，S2)，所述兩個校準源(SI，S2)各自的基準譜線位于待測元素特征譜線的兩端，尤其在鈾235的特征譜線的兩端。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的光子能譜裝置，其中，所述處理器件(8，16)能夠以下述方式為多個測量能譜中的每一個確定出凈能譜:通過與所述校準源(SI，S2)或與每個校準源(S1，S2)對應的測量能譜的特征譜線并相對于所述校準源(S1，S2)或每個校準源(SI，S2)的基準線對每個測量能譜進行校正。
9.根據權利要求1-7中任一項所述的光子能譜裝置，其中，所述處理器件(8，16)能夠確定至少一個校正函數以使用能譜儀(6)的基準測量能譜來校正所述能譜儀(6)的測量能譜，所述校正函數或每個校正函數被確定，以使得每個校準源(S1，S2)的基準測量能譜的特征譜線與對應的校準源(SI，S2)的基準譜線一致。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的光子能譜裝置，用于測量伽馬射線或用于測量X射線。
11.一種光子能譜測定法，包括:使用多個相同的能譜儀(6)提供測量能譜，每個測量能譜由各個能譜儀(6)在同一時段內對同一放射性的產品(4)進行測量而得到； 通過對與所述能譜儀(6)提供的測量能譜的至少一個譜線相關的測量能譜進行校正，從而根據每個測量能譜確定凈能譜；所述譜線或每個譜線對應于校準源(SI，S2)并且與所述校準源(SI，S2)或各校準源(SI，S2)的基準線相關； 確定由所述凈能譜相加得到的總體能譜。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，通過對與能譜儀(6)提供的所述測量能譜的譜線相關的測量譜線進行校正，從而根據由能譜儀(6)提供的每個測量能譜來確定每個凈能譜；所述譜線對應于至少一個校準源(SI，S2)并且與所述校準源(SI，S2)或各校準源(SI，S2)的基準線相關。
13.根據權利要求11所述的方法，其中，確定至少一個校正函數以根據能譜儀(6)提供的基準測量能譜來校正所述能譜儀(6)的測量能譜；所述校正函數或每個校正函數被確定，以使得所述校準源(SI，S2)或每個校準源(SI，S2)的基準測量能譜的特征譜線與對應的校準源(SI，S2)的基準譜線一致。
14.一種校準根據權利要求3或4所述的光子能譜裝置的方法，包括步驟: 調節檢測模塊(14)，所述檢測模塊(14)能夠將每個能譜儀(6)的傳感器(12)輸出的電信號轉化為表示每個檢測到的光子的能量的數字信號，從而使得各個所述能譜儀(6)在同一輻射源的情況下提供基本相同的能譜。
15.根據權利要求1至10中任一項所述的光子能譜裝置的用途，包括: 用于測量因生產鈾的氧化物而產生的氫氟酸中的鈾235的含量； 用于測量來自回收放射性物質的設備的核廢料中至少一種放射性同位素的含量；或者 用于在排放之前測量來自處理放射性物質的設備的核廢料中至少一種放射性同位素的含量。
【文檔編號】G01T1/36GK103534611SQ201280023309
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月12日 優先權日:2011年3月14日
【發明者】埃里克·布利亞 申請人:阿海琺核能公司
專業數控銑床產品供應商
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