专利名称：用于层析γ扫描测量的机械装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种核辐射测量技术领域的装置，具体是一种用于核电厂标准 200L废物桶的层析γ扫描测量装置。
背景技术：
核事业的迅速发展和核材料的大量使用将会产生大量的中低放射性废物，根据国家相关规定，对这些废物进行中间暂存、运输、最终处置前均必须对其活度进行测量。由于核废物的特殊性而使其核素的测量较为困难。目前，较为理想的测量技术是无损检测技术， 其中Y扫描技术是使用最广泛的核电厂桶装废物检测方法之一。Y射线扫描测量技术通过分析放射性废物桶中不同种类同位素的特征Y射线，确定放射性元素的种类及活度。目前核电厂主要采用基于分段Y扫描技术的测量装置，主要将废物桶垂直分为多层，假设各层内填充物质与放射性核素均勻分布，基于该假设获得的探测结果具有较大的测量误差。层析Y扫描技术利用计算机断层成像(CT)原理，在将废物桶垂直分层的基础上，再将每层划分成若干体素，通过透射测量得到废物桶每层的线衰减系数分布，从而进行精确的自吸收衰减校正，再通过发射测量可得到废物桶中核素的放射性活度分布，从而大大提高了对桶内放射性核素测量的精确度。但是该方法测量过程复杂，测量时间长，目前在国内还未有相关装置在核电厂进行应用。经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号2010105970 . 4公开了一种利用基于等效半径修正的双探测器分段Y扫描测量方法及装置，该技术将废物桶各层内不均勻分布的核素加权等效为点源，利用两个探测器相互校正获得点源的半径位置后，再进行自吸收衰减的校正，从而相对于传统的分段Y扫描技术提高了探测的精度。但是该方法的探测精度仍低于层析Y扫描技术，且无法获得核素在桶内的分布。从测量装置上讲，该技术提出的测量装置只能实现探测器与透射源的同步升降，以及废物桶的勻速转动。然而，层析Y扫描技术要求废物桶的步进转动，以及废物桶平动，因此上述装置不能满足TGS的测量要求。因此，随着核电厂对废物桶测量要求的提高、探测技术的进步、以及特种测量的要求，需要开发实现层析Y扫描技术的测量装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于层析Y扫描测量的机械装置，能够实现透射源与探测器的精确升降以及废物桶的旋转和平移，能满足在特殊情况下探测器与透射源不同层时的测量要求，可实现探测器的水平位置的小范围移动；结合数据处理�？槟芄欢员徊馕锾褰芯返淖晕招Ｕ杂诜蔷鶆�200L废物桶的测量误差在 20%以内。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括废物桶旋转台、旋转台移动组件、探测器升降平台组件、透射源升降平台组件、基座、具有准直器的高纯锗探测器和具有屏蔽块的透射源，其中旋转台移动组件、探测器升降平台组件及透射源升降平台组件共同设置于基座上，废物桶旋转台、高纯锗探测器和透射源分别设置于旋转台移动组件、探测器升降平台组件和透射源升降平台组件上且探测器升降平台组件和透射源升降平台组件分别置于废物桶旋转台的两侧，高纯锗探测器产生电信号实现对被测废物桶的检测。所述的废物桶旋转台包括带有第一减速器的第一伺服电机、旋转台支架、旋转台底板、旋转台轴套、旋转台主轴、旋转台旋转板、旋转台联轴器、推力球轴承和角推力球轴承，其中旋转台底板与旋转台支架相连接，第一伺服电机与第一减速器相连，第一减速器通过旋转台联轴器与旋转台主轴联接，旋转台主轴与旋转台旋转板连接，旋转台主轴与旋转台轴套之间分别设有推力球轴承和角推力球轴承，用于支撑旋转台旋转板并防止倾覆。 第一伺服电机驱动旋转台主轴带动旋转台旋转板转动，实现对置于旋转台旋转板上的被测废物桶的转动。所述的旋转台移动组件包括第二伺服电机、第一滚珠丝杠、第一导轨、第一底座以及联轴器，其中第一导轨设置于第一底座上，第二伺服电机的转轴依次连接联轴器和第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠上的螺母与废物桶旋转台相连，第二伺服电机驱动第一滚珠丝杠旋转并通过丝杠螺母带动废物桶旋转台实现被测物体水平方向上的移动。所述的探测器升降平台组件包括探测器支架、探测器平台底座、带有肋板的第一平板、第二平板、第二滚珠丝杠、第二导轨、第三滚珠丝杠、第三导轨、手摇圆轮和带有第二减速器的第三伺服电机，其中探测器支架固定设置于探测器平台底座上，第二导轨设置于探测器支架上，第三伺服电机通过第二减速器与第二滚珠丝杠相连并实现第一平板的升降，第三导轨设置于第一平板上，第二平板与第三滚珠丝杠连接并平行于第一平板，手摇圆轮与第三滚珠丝杠相连并带动第二平板平移。所述的透射源升降平台组件包括透射源支架、透射源平台底座、带有肋板的第三平板、第四滚珠丝杠、第四导轨和带有第三减速器的第四伺服电机，其中透射源支架固定设置于透射源平台底座上，第四导轨设置于透射源支架上，第四伺服电机通过第三减速器与第四滚珠丝杠相连并实现第三平板的升降。与传统的Y扫描装置相比，本发明具有以下优点(1)可将废物桶划分为若干小的体素，仅假设每一个体素内的密度和核素分布均勻，这比假设整层密度和核素均勻分布更符合实际情况。利用CT原理，通过透射测量得到桶内物质线性衰减系数的分布情况，在此基础上进行精确的自吸收校正，解决了由于废物桶内物质未知而难以进行自吸收校正的问题。(2)通过实验验证和模拟计算，此种扫描方法对于非均勻200L废物桶的测量误差在20%以内，而传统的γ扫描方法误差可能达到甚至超过100%。(3)增加了废物桶旋转台的移动组件，可以实现被测废物桶与探测器的水平位置的相对移动。(4)采用两个电机分别驱动探测器与透射源，使探测器与透射源均能精确升降，能满足在特殊情况下探测器与透射源不同层时的测量要求。(5)增加了探测器平台的手动微调装置，可以实现探测器的水平位置的小范围移动以调整探测器与废物桶的距离。
图1为本发明结构示意图。图2为本发明正视图。图3为实施例旋转台示意图。图4为实施例旋转台移动组件俯视示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，本实施例包括废物桶旋转台1、旋转台移动组件2、探测器升降平台组件3、透射源升降平台组件4、基座5、具有准直器6的高纯锗探测器7、具有屏蔽块的透射源8和数据处理�？�9，其中旋转台移动组件2、探测器升降平台组件3及透射源升降平台组件4共同设置于基座5上，废物桶旋转台1、高纯锗探测器7和透射源8分别设置于旋转台移动组件2、探测器升降平台组件3和透射源升降平台组件4上且探测器升降平台组件3 和透射源升降平台组件4分别置于废物桶旋转台1的两侧，高纯锗探测器7产生电信号并与数据处理�？�9相连，此机械系统能够实现透射源8与探测器7的精确升降以及废物桶的旋转和平移。如图3所示，所述的废物桶旋转台1包括带有第一减速器10的第一伺服电机11、 旋转台支架12、旋转台底板13、旋转台轴套14、旋转台主轴15、旋转台旋转板16、旋转台联轴器17、推力球轴承18、角推力球轴承19，其中旋转台底板13与旋转台支架12相连接， 第一伺服电机11与第一减速器10相连，第一减速器10通过旋转台联轴器17与旋转台主轴15连接，旋转台主轴15与旋转台旋转板16连接，旋转台主轴15与旋转台轴套14之间分别设有推力球轴承18和角推力球轴承19，用于支撑旋转台旋转板16并防止倾覆；当带有第一减速器10的第一伺服电机11转动时，通过旋转台联轴器17和旋转台主轴15带动旋转台旋转板16转动，并驱动置于旋转台旋转板16上的被测废物桶转动。如图4所示，所述的旋转台移动组件2包括第二伺服电机20、第一滚珠丝杠21、 第一导轨22、第一底座23以及联轴器M，其中第一导轨22设置于第一底座23上，第二伺服电机20的转轴通过联轴器M与第一滚珠丝杠21相连，第一滚珠丝杠21上的螺母与旋转台底板13相连；当第二伺服电机20转动时，带动第一滚珠丝杠21旋转并通过丝杠螺母带动废物桶旋转台1实现被测物体水平方向上的移动。如图2所示，所述的探测器升降平台组件3包括探测器支架25、探测器平台底座 26、带有肋板的第一平板27、第二平板观、第二滚珠丝杠四、第二导轨30、第三滚珠丝杠31、 第三导轨32、手摇圆轮33和带有第二减速器34的第三伺服电机35，其中探测器支架25 固定设置于探测器平台底座26上，第二导轨30设置于探测器支架25上，第三伺服电机35 通过第二减速器34带动第二滚珠丝杠四旋转并带动第一平板27升降，第三导轨32设置于第一平板27上，第二平板观与第三滚珠丝杠31连接并平行于第一平板27，手摇圆轮33 与第三滚珠丝杠31相连并带动第二平板观平移，高纯锗探测器7置于第二平板观上。如图2所示，所述的透射源升降平台组件4包括透射源支架36、透射源平台底座37、带有肋板的第三平板38、第四滚珠丝杠39、第四导轨40和带有第三减速器41的第四伺服电机42，其中透射源支架36固定设置于透射源平台底座37上，第四导轨40设置于透射源支架36上，第四伺服电机42通过第三减速器41带动第四滚珠丝杠39旋转并带动第三平板38升降，透射源8置于第三平板38上。本装置通过以下步骤实现层析Y扫描第一步、设置第二平板观和第三平板38的初始高度位置，使第二平板观上的探测器7对准废物桶的最底层；调整高纯锗探测器7及其准直器6在第二平板观上、透射源 8在第三平板38上的具体位置，使探测器7轴线对准透射源8准直孔。第二步、进行当前层的扫描；使废物桶中心到探测器7轴线的距离依次为指定的距离(例如24. 5，17. 5，10. 5， 3. 5cm)；在每一个位置开启旋转台，每旋转一定角度(例如15° )暂停一次并采集能谱，在旋转360°的过程中，总共采集若干个能谱；第三步、在垂直方向同时移动第二平板观和第三平板38，从下而上对废物桶每一层进行扫描，每层扫描都重复第二步；第四步、数据处理(1)透射图像重建设Pnm等于探测器7测得的在样品第m(m= 1，2...，M)次平动，第η (η = 1，2...， N)次转动时的透射率P = Cmn/Cmax，其中C 表示有样品存在时探测器7在样品第m次平动第η次转动时测得的透射源8的γ光子全能峰计数率；Cmax表示透射源8发出的γ射线未被样品衰减时探测器7测得的γ光子全能峰计数率。考虑所有体素，根据MXN次测得的透射率可以得到如下方程组
权利要求
1.一种用于层析Y扫描测量的机械装置，其特征在于，包括废物桶旋转台、旋转台移动组件、探测器升降平台组件、透射源升降平台组件、基座、具有准直器的高纯锗探测器和具有屏蔽块的透射源，其中旋转台移动组件、探测器升降平台组件及透射源升降平台组件共同设置于基座上，废物桶旋转台、高纯锗探测器和透射源分别设置于旋转台移动组件、探测器升降平台组件和透射源升降平台组件上且探测器升降平台组件和透射源升降平台组件分别置于废物桶旋转台的两侧，高纯锗探测器产生电信号实现对被测废物桶的检测。
2.根据权利要求1所述的用于层析Y扫描测量的机械装置，其特征是，所述的废物桶旋转台包括带有第一减速器的第一伺服电机、旋转台支架、旋转台底板、旋转台轴套、旋转台主轴、旋转台旋转板、旋转台联轴器、推力球轴承和角推力球轴承，其中旋转台底板与旋转台支架相连接，第一伺服电机与第一减速器相连，第一减速器通过旋转台联轴器与旋转台主轴联接，旋转台主轴与旋转台旋转板连接，旋转台主轴与旋转台轴套之间分别设有推力球轴承和角推力球轴承，用于支撑旋转台旋转板并防止倾覆。第一伺服电机驱动旋转台主轴带动旋转台旋转板转动，实现对置于旋转台旋转板上的被测废物桶的转动。
3.根据权利要求1所述的用于层析Y扫描测量的机械装置，其特征是，所述的旋转台移动组件包括第二伺服电机、第一滚珠丝杠、第一导轨、第一底座以及联轴器，其中第一导轨设置于第一底座上，第二伺服电机的转轴依次连接联轴器和第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠上的螺母与废物桶旋转台相连，第二伺服电机驱动第一滚珠丝杠旋转并通过丝杠螺母带动废物桶旋转台实现被测物体水平方向上的移动。
4.根据权利要求1所述的用于层析Y扫描测量的机械装置，其特征是，所述的探测器升降平台组件包括探测器支架、探测器平台底座、带有肋板的第一平板、第二平板、第二滚珠丝杠、第二导轨、第三滚珠丝杠、第三导轨、手摇圆轮和带有第二减速器的第三伺服电机， 其中探测器支架固定设置于探测器平台底座上，第二导轨设置于探测器支架上，第三伺服电机通过第二减速器与第二滚珠丝杠相连并实现第一平板的升降，第三导轨设置于第一平板上，第二平板与第三滚珠丝杠连接并平行于第一平板，手摇圆轮与第三滚珠丝杠相连并带动第二平板平移。
5.根据权利要求1所述的用于层析Y扫描测量的机械装置，其特征是，所述的透射源升降平台组件包括透射源支架、透射源平台底座、带有肋板的第三平板、第四滚珠丝杠、第四导轨和带有第三减速器的第四伺服电机，其中透射源支架固定设置于透射源平台底座上，第四导轨设置于透射源支架上，第四伺服电机通过第三减速器与第四滚珠丝杠相连并实现第三平板的升降。
全文摘要
一种核辐射测量技术领域的用于层析γ扫描测量的机械装置，包括废物桶旋转台、旋转台移动组件、探测器升降平台组件、透射源升降平台组件、基座、具有准直器的高纯锗探测器和具有屏蔽块的透射源，旋转台移动组件、探测器升降平台组件及透射源升降平台组件共同设置于基座上，废物桶旋转台、高纯锗探测器和透射源分别设置于旋转台移动组件、探测器升降平台组件和透射源升降平台组件上且探测器升降平台组件和透射源升降平台组件分别置于废物桶旋转台的两侧。本发明实现透射源与探测器的精确升降以及废物桶的旋转和平移，能满足在特殊情况下探测器与透射源不同层时的测量要求，可实现探测器的水平位置的小范围移动。
文档编号G01T1/167GK102253401SQ20111010814
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者刘诚, 王德忠, 白云飞, 钱楠, 顾卫国 申请人:上海交通大学
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