[发明专利]一种放射性核素最小可探测活度浓度的测算方法及系统

说明书

本发明涉及一种放射性核素最小可探测活度浓度的测算方法，包括步骤：获取选定核素的源峰探测效率；获取选定核素的本底计数；计算选定核素的最小可探测活度浓度；根据选定核素的最小可探测活度浓度，形成拟合公式，以计算同一核能体系中其他核素的最小可探测活度浓度。本发明还提供一种放射性核素最小可探测活度浓度的测算系统，采用本发明所述的放射性核素最小可探测活度浓度的测算方法及系统可利用拟合公式对该核能体系中其他核素的最小可探测活度浓度做出快速地满足工程应用精度要求的计算，减少了模拟计算的工作量，节省了人力和时间成本。

技术领域

本发明属于核反应堆放射性核素测算技术领域，具体涉及一种放射性核素最小可探测活度浓度的测算方法及系统。

背景技术

21世纪初期，核能面临着前所未有的发展机遇，许多发达国家以及部分发展中国家都在积极筹划建造新型核电站，以应对可能发生的能源危机。国际原子能机构(International Atomic Energy Agency，IAEA)专家预测，世界核电装机量到2030年最低值可达5.1亿千瓦，最高可达8.1亿千瓦。核安全是核电可持续发展的前提，核辐射安全是核安全中至关重要的一个组成部分。反应堆冷却剂中的放射性源项主要由裂变产物和活化产物构成。完整的反应堆燃料元件在反应堆正常运行和事故情形下可以滞留绝大部分的放射性裂变产物。但是，燃料元件在制造工艺上可能存在缺陷，并且在反应堆堆芯高温、高压、强辐照等诸多恶劣条件下长期工作，也可能发生破损。进入一回路的裂变产物，使得一回路的放射性水平显著增加，影响反应堆的正常运行和辐射安全，对工作人员造成辐射照射风险。通过的一定的监测手段，监测回路中的裂变产物和活化产物，既可以对反应堆的辐射安全进行评估，又可以及时获得堆芯燃料元件性能信息，指导工作人员做出相应的应急响应。

在确定监测系统之前，需要对探测系统和分析方法是否能够可靠地监测待测核素的可能性进行评估，确定在某一置信水平下探测系统和分析方法的放射性核素的最小可探测活度浓度(Minimum Detectable Activity Concentration,MDAC)。对于MDAC，可以通过实验测定，也可以结合或单独通过模拟计算确定。实验测量容易受到装置、环境、经费等多方面的限制，而模拟计算可以突出重要因素，忽略次要因素，获得与实验测量值相吻合并满足工程应用精度要求的结果，已得到广泛应用。大气、海洋、土壤低放射性环境中的MDAC计算更为普遍，然而反应堆上的MDAC计算较少。2017年的“Preliminary investigation forquali-quantitative characterization of soils contaminated with ²⁴¹Am and ¹⁵²Euby low-altitude unmanned aerial vehicles(UAVs)equipped with small sizeγ-rayspectrometer:detection efficiency and minimum detectable activity(MDA)concentration assessment”一文将¹⁵²Eu和²⁴¹Am作为模拟土壤污染物，通过实验测量无人机上小型CdTe探测器的探测效率，并根据不同高度和倾斜角下测量的本底谱计算¹⁵²Eu和²⁴¹Am的MDAC。2020年的“Research on minimum detectable activity(MDA)of underwatergamma spectrometer for radioactivity measurement in the marine environment”一文利用蒙卡模拟软件计算不同尺寸、结构材料的探测器在海洋中的探测效率，通过实验测量海洋中不同深度处的本底辐射，最后计算获得不同海底深度处⁴⁰K和¹³⁷Cs的MDAC。在真实环境中进行探测效率和本底谱的测量具有局限性，并不是所有情况下都能进行；使用简单源项模拟获取的本底谱与真实环境中的本底谱又存在一定的差异。2021年的“HPGe/BGOCompton suppression system:Monte Carlo study of radiation monitoring systemfor failed fuel detection in sodium-cooled fast reactors”一文在利用MCNP6模拟计算法国原子能和替代能源委员会(French Alternative Energies and Atomic EnergyCommission,CEA)所设计的用于钠冷快堆燃料故障监测的康普顿抑制系统的MDAC时，将活化产物作为源项模拟获得所选定裂变产物的本底谱，但未考虑其他裂变核素对所选定裂变核素本底谱的影响。因此，计算复杂源项中所有核素最小可探测活度浓度的工作量是巨大的，需要大量的人力、时间等成本。此外，核素之间的相互关系和影响在上述计算过程中也应重点关注。