CZT便攜式γ能譜儀

一、產(chǎn)品簡介

現(xiàn)有的伽瑪能譜探測器，如NaI等閃爍探測器，測量的劑量率上限大約為 25 到 70 μSv/h 時(shí)（具體依賴于探頭的尺寸）。對于核電廠，當(dāng)在反應(yīng)堆冷卻液管道附近的劑量率往往比較高，在對這些區(qū)域進(jìn)行精確的核素識別和劑量率測量時(shí)，用便攜式CZT譜儀是個好的選擇。CZT探測器在662ＫeV的能量分辨率可以做到１.５%，在高劑量率場合，甚至可以部分替代高純鍺譜儀。同樣，在表征電廠內(nèi)許多關(guān)鍵區(qū)域時(shí)，高純鍺測量系統(tǒng)提供極其精確和可靠的測量結(jié)果，但是，使用它們需要附加的部署時(shí)間（冷卻等），有些區(qū)域由于空間狹小很難進(jìn)入，因此用它作測量在實(shí)踐中并不總是可行、甚至是不可能的。
　　基于核電廠應(yīng)用中的兩個關(guān)鍵的要求：利用緊湊的小型譜儀大限度地減少部署時(shí)間；提供在高劑量率區(qū)域中執(zhí)行核素標(biāo)識測量的能力。中智核安科技有限公司推出了便攜式CZT譜儀。相對于閃爍探測器，CZT探測器具有好的分辨率，同時(shí)比閃爍探測器或HPGe探測器小得多而且能夠在室溫下操作。這些特性使它們適合于在狹窄的高劑量率區(qū)域中作gamma 譜學(xué)測量。

CZT 成套譜儀包括：4個不同靈敏體積探頭，分別是： 5 mm³ ，適合于劑量率從50 mSv/h 到 200 mSv/h， 20 mm³ ，適合于劑量率從10 mSv/h 到 50 mSv/h ， 60 mm³ ，適合于劑量率從 0.1mSv/h 到 10 mSv/h， 500 mm3 ，適合于劑量率< 3 mSv/h (300 mrem/h) 。前三個探頭(5, 20 和 60 mm3) 具有相同的外部尺寸，允許在必要時(shí)使用相同的可選準(zhǔn)直器。
–一條長為 20米的電纜 (可以根據(jù)用戶需求到２００米) ，用戶數(shù)據(jù)處理終端能夠離開測量地點(diǎn)足夠遠(yuǎn)、以滿足輻射防護(hù)優(yōu)化和一般的安全要求；
–能譜采集與數(shù)據(jù)處理終端及軟件；
–可裝入上面列出的所有材料和膝上計(jì)算機(jī)的攜帶箱；
–當(dāng)所測量的劑量率對未屏蔽的探頭太大時(shí)，還可提供與5, 20 和60 mm3 探頭適配的可選準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器可以聯(lián)接到標(biāo)準(zhǔn)三角架的頂上。一般只需選擇靈敏度適當(dāng)?shù)奶筋^。

Orion一如繼承了中智核安的其他核素識別產(chǎn)品，繼承了具有強(qiáng)大的核素識別功能的基因。軟件采用了時(shí)間序列分析、模糊聚類和能譜分析技術(shù)，使得其探測靈敏度比同類產(chǎn)品高數(shù)量級，能夠?qū)崿F(xiàn)人工放射源的實(shí)時(shí)識別，且誤報(bào)率極低。

Orion外觀和典型界面

• 應(yīng)用領(lǐng)域

核電廠每天都必須應(yīng)對操作過程中、停止運(yùn)行前或維修過程中的污染問題。失控的污染可能推遲停止運(yùn)行后重新啟動和延長維修操作的時(shí)間。污染對電廠的生命周期長度有很大的影響。這就是為什么大多數(shù)化學(xué)和保健物理隊(duì)伍都致力于搜索污染的原因。
我們可以確定4個主要焦點(diǎn)：
 1. 確定高放射性劑量的來源：有什么放射性核素，它們來自何處。
 2. 確定污染物的特征。
 3. 確定造成這些污染的原因。
 4. 提高后續(xù)的清污過程的效率。
　　清除污染并不是應(yīng)用譜儀的真正終目的。它們的全部工作不僅是確定和清除污染，而且也需要了解污染的來源、以便盡可能干脆地消除它。每個同位素/材料都有自己的化學(xué)屬性。它能夠隨水到處流動或者附著在管道的冷區(qū)域上，這使得分析污染來源成為一個真正的挑戰(zhàn)。這些同位素可以有各種來源、對回路的化學(xué)和劑量率有不同的影響。

對于確定高放射性劑量的來源，下面是在主回路中存在的一些典型同位素的例子：

⁶⁰Co 來自⁵⁹Co 的活化，⁵⁹Co 用于閥門或泵，也存在于用于構(gòu)建蒸汽發(fā)生器管道等主回路部件的合金（如不銹鋼）雜質(zhì)中。它可以作為鈷合金的機(jī)械磨損而產(chǎn)生的顆粒，也可能是由于鈷合金腐蝕而以離子形式存在。這些鈷粒子是非常小的(70 μm直徑的粒子重量一般為約2 μg)、很容易在50 cm (20 in.) 距離產(chǎn)生10 mSv/h (1 rem/h)的劑量率。它們會自己遷移到回路中水平面較低的地方（或者死區(qū)中），但也是可移動、能夠隨著水流在管道中移動。
⁵⁸Co作為可溶和不可溶粒子存在。它來自⁵⁸Ni 的活化，⁵⁸Ni用于被腐蝕的鎳合金中。⁵⁸Co 的存在經(jīng)常表明清洗回路的氧氣注入流程可能有問題，
　　¹¹⁰mAg 來自¹⁰⁹Ag的中子活化，¹⁰⁹Ag存在于銀-銦-鎘合金或其它專門合金制成的控制棒中。這一同位素可以說明更換了鎘過濾器或者使用了有問題的樹脂。
　　⁵¹Cr 來自高級的鉻合金，如主回路中的不銹鋼。這一同位素通常說明主回路中氧化劑注入有問題，也可能是過濾器退化的結(jié)果。通常認(rèn)為它對劑量率的影響是非常低的，因?yàn)樗话l(fā)射低能gamma射線和半衰期較短。

　　定性地表征污染(污染物)和確定造成這些污染的原因：

一次gamma 譜學(xué)分析就能提供有關(guān)沉積組分的足夠信息、從而在管道上實(shí)施正確污染清除、也能夠調(diào)查該污染的原因。這些儀器不需要作可能對工作人員造成較大輻射劑量的污染采樣。譜儀的探頭直接放置在管道上且容易遠(yuǎn)程操作。

提高后續(xù)的清污過程的效率：

當(dāng)去污過程聚焦于特定同位素時(shí)，譜學(xué)系統(tǒng)提供很好的有關(guān)清污效率的結(jié)果信息。核素相對貢獻(xiàn)的測量將能夠證明對特定同位素的操作結(jié)果（例如，在清污過程中清除了管道中的¹¹⁰mAg 后，成功地消除⁶⁰Co熱點(diǎn)等）。
　　便攜式CZT譜儀如何解決這些問題?
　　當(dāng)不需要量化電廠中不同組分時(shí)，CZT 譜儀是現(xiàn)場同位素混合相對分析的優(yōu)質(zhì)工具。

PWR 電廠中主回路冷卻液分析：

對主回路冷卻液分析，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通常通過采取液體樣品來分析可溶的同位素。但是，這僅僅給出部分描述，因?yàn)檫€有不可溶同位素沉積在冷卻液管道內(nèi)。因此，不管樣品管道是空的還是滿的，測量工作都必需考察管道本身。
　    對管道的直接測量給出同位素對劑量率的貢獻(xiàn)，也可以作把屏蔽材料（管道材料和圍繞管道的任何其它材料）考慮在內(nèi)的自吸收計(jì)算。這種類型的測量能夠?yàn)榛瘜W(xué)家提供管道內(nèi)部沉積的同位素貢獻(xiàn)。管道內(nèi)殘留污染的同位素分析也提供有關(guān)各種元素遷移到系統(tǒng)中的關(guān)鍵信息。這一信息對于確定反應(yīng)堆容器和散熱系統(tǒng)部件的狀態(tài)和相對的正常程度經(jīng)常是有用的，它也能夠?yàn)楣收暇S修隊(duì)伍提供氧氣
　　注入階段的高去污工作效率（這是作好清洗的關(guān)鍵工作）。很好地了解同位素混合物有助于正確地定義去污流程和聚焦于感興趣的同位素、以降低它們在工作區(qū)域產(chǎn)生的化學(xué)影響。
例如，閥門的反常⁶⁰Co污染可以通過改變過濾水平、更好地截獲被Gammasharp分析標(biāo)識的同位素來消除。同樣，我們已經(jīng)看到氧氣注射過程中的樹脂破裂可能會造成明顯的¹¹⁰mAg 污染。清洗流程包括使用專門的多孔樹脂吸收膠體形式的同位素。如果保健物理隊(duì)伍不能事先標(biāo)識流程中的¹¹⁰mAg，同位素的轉(zhuǎn)移可能嚴(yán)重污染整個冷卻系統(tǒng)、工作人員也會受到巨大的劑量影響。后。¹²⁴Sb 和 ⁵¹Cr 能夠揭示系統(tǒng)中存在某種類型的腐蝕，雖然它們通常只對劑量率有較弱的影響。

BWR電廠中的渦輪檢查：

相對同位素混合比測量能夠通過觀察高壓渦輪管道中與低壓渦輪管道中不同的同位素比例、揭示BWR電廠中的電鍍問題。分析濕氣分離器和觀察⁵⁴Mn 與 ⁶⁰Co 的比例是所作的常規(guī)檢查，這一檢查觀察活度是否被逐步吸附到低壓一側(cè)。

更換蒸汽發(fā)生器后污染的明確增加：

更換回路中的蒸汽發(fā)生器可能造成明顯的⁵⁸Co污染，規(guī)定緊接著適當(dāng)?shù)厍逑催@一同位素能夠防止整個回路被污染。因此，當(dāng)用戶預(yù)感有問題發(fā)生時(shí)，可以前瞻性地使用Orion譜儀實(shí)施預(yù)防性的去污計(jì)劃、消除負(fù)面影響。

劑量率的定性分析：

      測量同位素對劑量率的貢獻(xiàn)為保健物理隊(duì)伍提供定性分析信息。這幫助保健物理隊(duì)伍作出較好的反應(yīng)，根據(jù)“剛剛足夠”的原則來構(gòu)建防護(hù)屏蔽來屏蔽熱點(diǎn)。CZT 譜分析是大限度地減少優(yōu)化防護(hù)工作量的優(yōu)秀工具。

Orion如何滿足核電廠中的應(yīng)用需求?

Orion覆蓋 30 keV–1.9 MeV 能量范圍，高可達(dá)200 mSv/h的劑量率，可以利用直接與測量點(diǎn)接觸方式進(jìn)行測量。典型的獲取時(shí)間是1,000 秒。用戶在相連接的數(shù)據(jù)終端上使用GammaSharp軟件執(zhí)行分析，該軟件是專門供保健物理隊(duì)伍使用的，不需要擁有任何程度的譜學(xué)專門知識。其用戶界面是非常便于使用，已經(jīng)創(chuàng)建了多個自動分析序列、支持以少的用戶干預(yù)同時(shí)獲得全面的結(jié)果。GammaSharp屏幕顯示3個關(guān)鍵段。從上到下，它們是：
1. 包含找到的所有同位素的初始譜學(xué)分析結(jié)果。
2. 同位素對劑量率的貢獻(xiàn)（左邊）以及對沉積的貢獻(xiàn)，中間有選擇的掩蔽材料。
3. 用以確保正確執(zhí)行峰標(biāo)識的譜顯示。
4. 自動生成測量報(bào)告，報(bào)告格式可定制。

• CZT便攜式γ能譜儀Orion性能指標(biāo)

• ●可探測的劑量率范圍3mSv/h到200mSv/h；

• ●探測器能量分辨率：小于1.5%（662KeV）；
• ●能量范圍：3 keV-3 MeV；
• ●典型測量時(shí)間，<1000秒；
• ●核素庫與可識別核素種類：來自ENSF（Evaluated nuclear structure data file）的新核素庫，有3000多種放射性同位素的譜線系；
• ●多道分析器：4096道（可選配8192道）；
• ●電源：7.2V、3600 mAh可充電電池組，一次充電可以工作約70小時(shí)；
• ●全中文界面；
• ●重量：<3Kg，可以長時(shí)間攜帶。

• Orion技術(shù)特點(diǎn)

• ●系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，不需要液氮致冷，使用非常靈活方便；
• ●能量分辨率高，對于662KeV，能量分辨率小于1.5%；
• ●具有防水功能，不僅可以測量空氣、建材、金屬、食品等答案放射性，也可以測量水等液體　得而復(fù)失放射性；
• ●同時(shí)測量γ劑量率和γ放射性核素識別；
• ●Founder綜合采用了時(shí)間序列分析、模糊聚類和能譜分析技術(shù)，使得人工放射性核素識別靈敏度比傳統(tǒng)能譜分析方法高數(shù)量級，能夠?qū)崟r(shí)識別放射性核素，且誤報(bào)警率極低；
• ●軟件和硬件結(jié)合穩(wěn)譜，滿足長時(shí)間測量要求；
• ●有全自動分析功能，對專業(yè)要求低；
• ●用戶界面友好，操作簡單，多種界面之間的切換非常方便。