1、成果水平及专利情况

在2009-2010年间，课题组与中国工程物理研究院合作，联合开发研制了非均匀密度核废物桶层析扫描测量装置（Tomographic γ-ray Scan Equipment for Nuclear Waste Drum，TGSE-NWD），并利用配套的HPGe谱仪分析系统初步实现了废物桶γ放射性比活度测量工作，已基本满足了退役核设施核废物测检测功能要求。桶装核废物在线无损分析与成像系统样机包含：机械装置、软件分析系统。

2、项目内容

(1)基于机械结构设计和自动控制技术的综合测量系统:

该系统采用断层扫描技术（TGS），整个系统的机械结构中包括了桶装核废物在线分析与成像的多项装置，同时结合自动控制技术，实现对废物桶、透射、探测器的传动、旋转、升降等运动方式的远程控制。机械结构设计中包括了称重装置设计、传动装置设计、液压装置设计，同时包括安装电机、透射源、探测器等器件的稳固框架设计，最终形成结构合理、实现系统各项功能要求的机械装置。所有的运动方式将采用基于PLC的自动控制技术，实现废物桶的称重、传动、旋转，以及透射源和探测器的升降和水平移动。最后，结合所开发的机械及控制部分，同时与高纯锗γ探测器、γ剂量测量系统、透射源、屏蔽体、准直器、衰减器以及数据采集分析系统（其中γ谱仪测量系统是全能γ谱仪，探测能量范围包括5keV-7MeV的所有射线）一起，共同建立基于透射γ射线测量和自发γ射线测量的综合分析系统。

(2)桶装核废物在线无损分析及成像的关键技术研究:

本项研究中所涉及关键技术主要分为两部分，一部分是对整个废物桶表面的γ放射性总活度和总剂量进行测定，即对核废物桶的内部核素进行定性、定量分析，通过能谱测量分析技术，获得废物桶的内部核素的种类和强度，利用γ射线剂量计测得废物桶表面的总剂量。另一部分是为γ射线透射成像和自发热点做前期研究工作，即进行衰减系数的实验测量和模拟工作，建立射线能量、衰减系数、介质密度之间的数理模型和分布表，为介质密度分布和热点分布的成像提供数理依据。

(3)桶装核废物在线无损分析不确定度及优化模型的建立：

由于整套系统的测量内容和方式均较多，因此在各测量分析、数值计算等环节均可能会产生一些误差，为了得到相对准确的结果，此处将进行基于137Cs标准液的分析不确定度实验研究，并根据结果对系统结构和算法模型进行优化。主要开展核素定性定量测量不确定度、核素的热点分布位置不确定度、衰减系数测量不确定度、桶内介质材料密度不确定度的系统研究工作，并依据国家所制定的相关标准，进行测量不确定度的评定，通过修正使各测量结果均达到要求。

(4)桶装核废物自发γ热点成像及透射γ成像技术：

以前期研究理论及成果为基础，通过对成像技术理论和算法的学习，实现废物桶的内部自发γ射线热点成像和透射γ成像。前者将实现核废物桶内部γ射线强度位置分布可视化，实现以颜色的渐变来表示热点强弱的分布。后者利用废物桶的内部介质对外部透射源γ射线的衰减，以前期研究中衰减系数和介质密度的数理关系为基础，通过算法的反演计算，得到废物桶的内部介质的密度分布，进而判断出废物桶的内部介质的材料和形状。

(5)综合软件系统的开发：

整套系统的自动控制功能、测量分析功能以及成像功能将由一个综合的软件系统实现，本项研究内容将综合各功能于一体，实现对废物桶的分析工作远程计算机可视界面操作。建立数据库软件包和功能实现软件包（包括自动控制、测量分析、成像等），并保证开发软件稳定性高、可操作性强。

(6)桶装核废物在线无损检测与成像系统应用示范：

桶装核废物在线无损检测与成像系统开发、测试完成后，在实际应用中，将对后期核废料管理提供便捷高效的服务，尤其是对长期进行核科学研究和技术应用的单位有着很大的应用价值。四川省作为我国核科学研究的较大省份，将选择省内核科学领域代表性单位，结合其实际情况，深入开展桶装核废物在线无损检测与成像系统的应用示范，推进放射性废物高效管理工作，提升综合技术水平。

3、成果技术特点

桶装放射性废物非破坏性检测平台软件通过对多道的控制，实现了对测量谱数据获取。软件实现的控制功能如下：参数设置如：测量时间、测量模式等；调整控制，如：调整高压、增益、滤波等；测量控制，如：开始测量、停止测量、清除测量数据等。

桶装放射性废物非破坏性检测平台软件通过对测量谱的数据处理，实现了“给出桶内放射性核素及其对应活度或比活度”的技术指标。软件实现的分析功能如下所示：

谱数据显示：谱文件管理；能量刻度；效率刻度；废物桶内物质密度计算（以柱状分布图形式给出）；自动寻峰；峰面积计算；活度计算：废物桶每层核素活度和废物桶总体活度。

分析报告：测量信息、核素种类及其活度信息等。经对桶装放射性废物非破坏性检测平台机械和控制部分及软件的各项技术指标测试，各项指标满足设计要求。

4、应用范围

核废物处置厂、核电站、核武器生产研制基地非均匀介质固体放射性废物或核废料桶中的放射性铀、钚的无损分析和定量测量。

5、技术成熟度

系统掌握了桶装放射性废物非破坏检测平台机械和控制部分及软件的设计和开发，并能利用掌握的技术进行桶装放射性废物的无损分析和定量测量。

6、投资估算及资金来源

产品系统化研发总投入约400万，主要通过申请国家自然科学基金、与中国工程物理研究院合作外协、国家仪器专项基金等筹集资金。

7、市场前景及经济效益分析

我国的核废物处置厂、核电站、核武器生产研制基地，都有许多待分析的核废料和核废物，急需能够用于实际的桶装放射性废物非破坏性检测装置。因此，在我国开展桶装放射性废物非破坏性检测这一高新技术的研究，研制高性能的，实用的桶装放射性废物非破坏性检测装置是势在必行。

设计和研制高精度、优质性能的桶装放射性废物非破坏性检测系统对我国非均匀介质固体放射性废物或核废料桶中的放射性铀、钚的无损分析和定量测量是发展的必然要求，因此该设备具有非常广阔市场以及发展前景。

8、合作方式

高校、科研院所合作开发。