收藏本站
《上海交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

中低放射性废物危险元素探测方法研究

白云飞  
【摘要】: 社会经济的快速增长导致社会对能源的需求越来越大,核电工业的发展在解决此问题的同时也会产生大量的放射性废物,这会对环境的清洁和人类的生活产生严重的威胁,因此其管理和处置问题在世界上也一直受到高度重视。为了保证及时、有效地对放射性废物进行处置和处理,需要对放射性废物中的放射性核素及化学性有毒元素进行探测。无损检测(Non-destructive assay-NDA)方法经过六十余年的发展成为了放射性废物中危险物质探测的最佳方法。 目前对放射性核素及有毒元素探测的方法,世界上主要采用γ扫描技术与中子活化技术,但这些技术都存在着某些缺陷,从而造成分析结果同实际情况的不符。本文通过分析两种不同属性元素的探测方法及特性,基于一定的假设条件和理论推导,系统地研究了NDA方法对危险元素的探测机理和技术手段。 本论文的主要研究内容包括: 1.研究了NDA方法在放射性废物中危险物质探测中的应用 通过对SGS(Segmented Gamma Scanning)技术和TGS(Tomographic Gamma Scanning)技术的基本理论进行的研究和比较,认为SGS系统对测量结果的分析主要基于每层样品的转动测量及填充样品的密度分布假设,但是由于样品内部减弱系数分布未知,对减弱系数分布的不同假设将对放射性活度重建的理论计算公式带来不同的误差,从而影响分析结果。而相对于SGS技术,TGS技术能够解决减弱系数在样品中的分布问题。但TGS技术需要的测量时间较长,其测量精度相对于SGS技术的提高在实践中并没有达到想象中的效果。 有毒元素对环境、植物和人类具有很大的危害作用,而对其探测方法的研究发现,传统的分析方法对小型样品能够具有较好的分析能力,但需要提供适合的典型样品,而且这样会损坏样品的完整性。对于大型样品中的有毒元素,由于其含量较低,分布不均匀,因此很难提取典型样品。PGNAA(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis)方法由于快中子的强穿透性,有毒元素对热中子较大的俘获反应截面,从而能够实现对大型样品进行较好的分析。 2.放射性活度重建算法的研究 通过对SGS系统的研究,根据放射性废物桶的不同典型假设,以及γ射线与物质相互作用的原理和本文提出的介质分层均匀、放射源为点源分布的改进型SGS假设,通过理论推导得到放射性废物桶中活度重建算法的理论公式。在此重建算法的基础上,进一步提出可以根据放射性核素特征γ射线全能峰计数随废物桶旋转的分布谱对放射性核素进行分类以更加精确地针对放射性核素进行重建。为了验证本重建算法的可靠性,本文模拟计算了单点源和双点源在废物桶中的测量情况,使用本重建算法进行重建。重建结果表明,本算法相对于传统的算法而言,能够大大提高重建的精度,综合单点源与双点源的情况,其平均误差为0±29%,而传统重建方法的误差为83%±14%。 3.瞬发γ中子活化方法测量化学性有毒元素的研究 通过对中子与物质相互作用的机理及PGNAA方法基本原理的研究,根据放射性废物桶中填充样品及有毒元素的核反应特性,设计了PGNAA系统。本文使用了MCNP-5程序对中子在放射性废物桶、屏蔽材料及HPGe(High Purity Germanium)探测器中的输运过程进行模拟仿真,通过对结果的分析证明PGNAA方法对大型样品的测量是一个非线性问题。 利用迭代方法来确定废物桶中Cd元素含量,并采用数字实验的方式对迭代方法进行了验证。验证结果表明,迭代方法在分析样品中组分含量的问题上能够取得较好的结果,但是由于其分析时间较长,因此迭代方法在实际工程应用中的可行性受到影响。 为了解决此问题,从PGNAA方法的基础理论出发,通过分析MCNP-5程序的计算结果,探索样品中热中子通量与关键元素瞬发γ射线计数率之间的拟合函数关系,从而建立了一种可以快速确定有毒元素含量的方法。其拟合函数关系与MCNP-5程序计算结果的相似度在误差范围允许之内。 由于上述有毒元素分析结果都是基于均匀样品的模拟计算结果的分析,因此非均匀样品与均匀样品之间的差异是影响探测结果的重要因素。本文分别通过迭代方法同PGNAA基本理论分析了非均匀样品与均匀样品的差别。结果表明,非均匀样品中有毒元素的空间分布能够大大影响基于均匀样品计算结果方法的分析性能,但由于其非线性问题的本质导致其中的关系极其复杂。 根据上述研究结果,改进型SGS技术对于放射性核素的分析结果较传统的分析方法具有较大的提高,可以实现不同点源分布下正确的探测结果。PGNAA方法适合用于大型样品中有毒元素的分析,其能够根据样品中关键元素的探测情况,准确的测定有毒元素的含量。本论文的研究结果为放射性废物管理提供了理论依据与技术支持,同时对于NDA技术的发展具有一定的科学意义。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TL81

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘诚;中低放射性废物改进型γ扫描技术及活度重建算法研究[D];上海交通大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 赵峰;基于MCNP对燃料包壳厚度测量影响因素的分析研究[D];成都理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张锋,孙建孟,孙燕;脉冲中子伽马能谱测井中探测器响应的数值模拟研究[J];测井技术;2005年04期
2 肖雪夫,夏益华,吕峰,李泽;用于固体放射性废物无损定量测量的TGS图象重构技术[J];辐射防护;2001年01期
3 翁文庆;王德忠;张勇;刘诚;杨永亮;;用多个能量探测方法校正层析γ扫描透射图像重建中射线线衰减系数[J];辐射防护;2008年01期
4 杨明太;核材料的非破坏性分析[J];核电子学与探测技术;2001年06期
5 杨明太;核材料的非破坏性分析[J];核电子学与探测技术;2002年01期
6 杨明太,张连平;桶装核废物的非破坏性分析[J];核电子学与探测技术;2003年06期
7 杨明太,张连平;桶装核废物的非破坏性分析(续)[J];核电子学与探测技术;2004年01期
8 翁文庆;王德忠;张勇;刘诚;杨永亮;;层析γ扫描透射图像重建算法研究[J];核技术;2008年05期
9 钱楠;王德忠;白云飞;刘诚;张勇;杨永亮;;HPGe探测器死层厚度及点源效率函数研究[J];核技术;2010年01期
10 张建生;蔡勇;陈念年;;MCNP程序研究进展[J];原子核物理评论;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 邓力;;蒙特卡罗方法在核探测和反应堆临界计算中的应用[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张全虎;层析γ扫描(TGS)重建技术的研究[D];中国原子能科学研究院;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张丽娟;中药中重金属元素的研究[D];首都师范大学;2004年
2 张兰芝;瞬发γ中子活化分析及其k_0法研究[D];中国原子能科学研究院;2004年
3 李德红;瞬发伽玛中子活化分析K_0法及其应用[D];兰州大学;2006年
4 陈晓文;PGNAA应用于煤质成份在线检测的方法研究[D];兰州大学;2006年
5 翁文庆;层析γ扫描透射图像重建算法研究[D];上海交通大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王从科;李金鹿;李根臣;张霞;赵付宝;张永侠;李茂东;;环氧树脂拉伸损伤过程的声发射特性研究[J];工程塑料应用;2009年11期
2 王从科;李金鹿;张霞;赵付宝;杨雪艳;张吉雷;;PE纤维胶丝束拉伸损伤过程的声发射特性研究[J];工程塑料应用;2010年01期
3 周立志;张磊;仇文娜;于振伟;杨浅;陈春玲;;夜鹭雏鸟三种重金属污染物的富集特征[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
4 朱明亮;苏庆平;罗旭;;重金属离子捕集剂处理含Cu~(2+)废水的工艺研究[J];安徽化工;2011年06期
5 李多田;张伟林;;结构无损检测与小波分析方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
6 李莉;徐巍;;土壤污染对人体健康的影响[J];安徽农业科学;2007年10期
7 王小平;华春;李朝晖;陈全战;戴振华;;Hg~(2+)胁迫对菠菜幼苗叶绿素含量及抗氧化酶活性的影响[J];安徽农业科学;2008年14期
8 程猷;薛健;王建明;黄晓会;庞作正;薛雯;;重金属去除方法在中药中的应用[J];安徽农业科学;2011年09期
9 卢婷;王小平;;荠菜幼苗对汞胁迫的生理响应[J];安徽农业科学;2011年22期
10 魏勤,张迎元,尤建飞;碳化硅颗粒增强铝基复合材料的SiC体积比测定[J];兵器材料科学与工程;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李树娟;张永丽;;250吨钢包车车轮轴的热处理工艺技术分析[A];“豫兴热风炉杯”2011曹妃甸绿色钢铁高峰论坛暨冶金设备管理经验交流会论文集会刊[C];2011年
2 南宏杰;王百荣;杨忠平;莫映;;放射性废物处置现状及发展趋势[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
3 刘杰;张全虎;张勇;管才路;贾小龙;惠卫华;;层析γ扫描发射测量的计算机模拟研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
4 张文杰;武炳焕;;涡流分选在铸铁件硬度检测中的研究与应用[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
5 姚凯;王正道;丁克勤;;磁测残余应力研究进展[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
6 朱全忠;尤海鹏;;超声波无损探伤仪检定系统的研究与开发[A];中国管理科学文献[C];2008年
7 刘宁;;放射性固体废物收贮与管理现状及整改建议[A];“21世纪初辐射防护论坛”第四次会议暨低中放废物管理和放射性物质运输学术研讨会论文集[C];2005年
8 章法强;杨建伦;李正宏;陈法新;;数值模拟高能中子照相[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
9 张朝彬;窦天军;牟涛;万小岗;;放射性焚烧灰渣的锆英石陶瓷固化实验研究[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
10 刘正山;杜向阳;胡验军;苗宇星;彭阳;刘晋瑾;黄鸿;李冬馀;申启明;张强;;半导体探测器在秦山第二核电厂辐射监测系统上的应用[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 师学明;聚变裂变混合能源堆包层中子学概念研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 马丽珍;自由空间量子通信中偏振光子传输和操控的理论与模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王倩;铁矿石—微生物协同去除水中Cr(VI)的研究[D];浙江大学;2010年
4 李文强;透射时差法超声无损检测技术研究与系统实现[D];太原理工大学;2011年
5 刘洋;基于可视中国人体素数据的内辐射剂量研究[D];华中科技大学;2011年
6 王庆伟;铅锌冶炼烟气洗涤含汞污酸生物制剂法处理新工艺研究[D];中南大学;2011年
7 李青竹;改性麦糟吸附剂处理重金属废水的研究[D];中南大学;2011年
8 陈波;BaFX成像板的辐射探测特性及其在总α测量中的应用[D];复旦大学;2011年
9 申凤君;X射线荧光测井关键技术研究[D];成都理工大学;2011年
10 舒志乐;隧道衬砌内空洞探地雷达探测正反演研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 张绚;双轴闪光照相系统中的散射问题研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 张倩;异形航空构件的专用超声换能器研制及检测应用[D];南昌航空大学;2010年
4 张颜艳;奥氏体不锈钢组织超声无损评价研究[D];南昌航空大学;2010年
5 朱志斌;基于金属材料的扰动磁场检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
6 胡金刚;壳聚糖基纳米微粒的制备及其对Ni~(2+)吸附性能研究[D];南昌航空大学;2010年
7 魏运飞;金属薄板的兰姆波成像检测方法研究[D];南昌航空大学;2010年
8 张柯;逆变式磁粉探伤机的关键技术研究[D];郑州大学;2010年
9 李梦红;农田土壤重金属污染状况与评价[D];山东农业大学;2009年
10 杨佳音;反应堆中子分布与屏蔽设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘伟波;李明娟;马国利;;基于中子照相的准直装置设计[J];滨州学院学报;2010年03期
2 赵新辉;谷德山;任万彬;刘林茂;;基于MCNP程序模拟的14 MeV中子准直屏蔽材料的研究[J];东北师大学报(自然科学版);2006年04期
3 肖雪夫,夏益华,吕峰,李泽;用于固体放射性废物无损定量测量的TGS图象重构技术[J];辐射防护;2001年01期
4 黄来喜,何文新,陈德淦;大亚湾核电站放射性固体废物管理[J];辐射防护;2004年Z1期
5 翁文庆;王德忠;张勇;刘诚;杨永亮;;用多个能量探测方法校正层析γ扫描透射图像重建中射线线衰减系数[J];辐射防护;2008年01期
6 张雷;赵兵;王学新;;蒙特卡罗程序EGS4在γ照射量积累因子计算中的应用[J];辐射防护;2011年02期
7 郭喜良;徐春艳;杨卫兵;吴浩;范智文;;国外低中水平放射性废物包检测实践及启示[J];辐射防护;2011年03期
8 周海波;许旭东;张志毅;;燃料元件包壳厚度测量自动判别系统的研制[J];核动力工程;1996年01期
9 吕继新,陈建廷;高效能屏蔽材料铅硼聚乙烯[J];核动力工程;1994年04期
10 阮光林,黄宪果,邢世雄;废物包装体核素分析方法研究[J];核电子学与探测技术;2001年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 齐宏;弥散颗粒辐射反问题的理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈四平,李木元,仲艳华;剩余油饱和度测井技术进展[J];测井技术;2004年01期
2 国庆忠;中子与密度测井在中原油田的应用[J];测井技术;2004年05期
3 张锋,孙建孟,孙燕;脉冲中子伽马能谱测井中探测器响应的数值模拟研究[J];测井技术;2005年04期
4 吕东辉,庄天戈,严壮志;体积CT中的图象重建算法研究综述[J];CT理论与应用研究;2000年04期
5 王本,王革;锥束CT图像重建算法[J];CT理论与应用研究;2001年02期
6 王卫东,包尚联;图象重建中的基本定理及其数值计算[J];CT理论与应用研究;2001年03期
7 史德嘉;水泥生料在线自动检测与配料系统[J];电气传动自动化;2001年04期
8 肖雪夫,夏益华,吕峰,李泽;用于固体放射性废物无损定量测量的TGS图象重构技术[J];辐射防护;2001年01期
9 王德玉;生料浆在线分析仪的设计与试验研究[J];分析仪器;1998年03期
10 常富明;在线分析仪表在氧化铝生产中的应用[J];分析仪器;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张全虎;层析γ扫描(TGS)重建技术的研究[D];中国原子能科学研究院;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 桑海峰;快热中子感生瞬发γ射线法检测煤中发热值Q_(net ar)[D];东北师范大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈竹舟;;讨论修改海洋投弃放射性废物的限定与建议的IAEA技术委员会会议介绍[J];辐射防护通讯;1985年04期
2 汪鸣午;;核废物的深埋处置[J];世界核地质科学;1986年03期
3 贾信群;芬兰发明新型放射性废物净化器[J];国外核新闻;1994年11期
4 智勇;英国核工业界欢迎新的放射性废物政策[J];国外核新闻;1995年09期
5 刘兆华;四川省境内核工业放射性废物污染的潜在危险及防治对策[J];四川环境;1996年04期
6 李韡;《放射性废物安全公约》生效[J];国外核新闻;2001年10期
7 赵亚民,吴浩,刘华,赵永明;放射性废物管理中值得关注的一些新概念[J];辐射防护;2002年01期
8 张艳霞,陈丽敏,马洪;对吉林省困难企业放射性废物(源)管理问题的探讨[J];辐射防护通讯;2002年06期
9 伍浩松;;英国放射性废物管理现状[J];国外核新闻;2006年02期
10 伍浩松;;英国准备转移敦雷场区的放射性废物[J];国外核新闻;2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘忠义;唐谋生;;放射性废物的来源及其安全管理[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
2 吴斌;王晓伟;余涛;;放射性废物清洁解控水平初探[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
3 孙晓飞;王超;;加拿大与澳大利亚的放射性废物管理[A];“21世纪初辐射防护论坛”第四次会议暨低中放废物管理和放射性物质运输学术研讨会论文集[C];2005年
4 郭晓东;吴永潞;;放射性废物管理的进展[A];“21世纪初辐射防护论坛”第四次会议暨低中放废物管理和放射性物质运输学术研讨会论文集[C];2005年
5 杨达;陈彦岭;;地下放射性废物库核素防泄的工程处理[A];中国土木工程学会隧道及地下工程学会第七届年会暨北京西单地铁车站工程学术讨论会论文集(下)[C];1992年
6 杨达;陈彦岭;;岩层中处置放射性废物的密封问题[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年
7 熊忠华;潘自强;范显华;王拓;;清洁解控研究进展及在放射性废物最小化中的应用[A];全国核与辐射设施退役学术研讨会论文集[C];2007年
8 王驹;张铁岭;;国际放射性废物地质处置十年进展[A];中国高放废物地质处置十年进展[C];2004年
9 罗忠辉;何彬;王冬;;关于核设施选址的几点思考[A];国家安全地球物理丛书(五)——地球物理与海洋安全[C];2009年
10 刘春秀;;放射性废物管理与环境保护[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 实习记者 王延辉;放射性废物将实行分类管理[N];中国化工报;2010年
2 本报记者 王娅;放射性废物的安全归宿[N];中国环境报;2001年
3 肖文;“塑料小珠”可“吃”掉核废料[N];中国能源报;2009年
4 本报记者 李鹏;御放射性废物原料于国门之外[N];国际商报;2003年
5 记者 李鹏 通讯员 姚雷;中国拒绝放射性废物原料进口[N];国际商报;2003年
6 王翰林 实习生 胡红菊;向危险废物医疗废物和放射性废物宣战[N];科技日报;2004年
7 本报记者 明慧;我国核电发展面临诸多挑战[N];中国改革报;2010年
8 本报记者 宗建树;确保危险废物、医疗废物和放射性废物安全处置[N];中国环境报;2004年
9 张伟;国家为“三废”下安全帖[N];中国高新技术产业导报;2004年
10 本报记者 郄建荣;法律为您筑起防护网[N];法制日报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 赖振宇;磷酸镁水泥固化中低放射性废物研究[D];重庆大学;2012年
2 白云飞;中低放射性废物危险元素探测方法研究[D];上海交通大学;2010年
3 刘华;核设施放射性流出物排放的优化控制研究[D];中国原子能科学研究院;2005年
4 王青海;HAE放射性废物预选处置场地地下水运动特征及核素~(90)Sr迁移行为研究[D];成都理工大学;2002年
5 刘诚;中低放射性废物改进型γ扫描技术及活度重建算法研究[D];上海交通大学;2013年
6 吴明慧;核电站模拟含硼中低放废物的水泥固化技术研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2011年
7 吉艳琴;环境样品中痕量铀、钍、镎和钚的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法研究[D];中国原子能科学研究院;2001年
8 王兴尧;NDA核标准样品研制中质量控制的一些关键技术研究[D];中国原子能科学研究院;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 龙斌;车载放射性废物体在线监测技术研究[D];兰州大学;2011年
2 黄牛;可燃放射性废物焚烧系统的设计[D];四川大学;2005年
3 冯怀升;放射性废物桶SGS无损检测自动控制系统研究[D];成都理工大学;2011年
4 柯昌凤;模拟含Pu放射性废物玻璃固化的基础研究[D];国防科学技术大学;2006年
5 尹鑫;核岛三废处理控制系统测试方案设计及应用[D];华北电力大学;2013年
6 范玉平;放射性废料桶的吊装控制与管理系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
7 刘君;放射性核素在花岗岩裂隙介质中迁移数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2013年
8 赵民洋;基于NSGA-Ⅱ的放射性废物最小化管理系统的设计与实现[D];南华大学;2012年
9 张燕春;秦山核电基地放射性废物集约化管理方案研究[D];兰州大学;2013年
10 李平广;模拟核素的硼硅酸盐玻璃及玻璃陶瓷固化技术研究[D];浙江大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026