CZT便携式γ能谱仪

   CZT便携式γ能谱仪

一、产品简介

现有的伽玛能谱探测器，如NaI等闪烁探测器，测量的剂量率上限大约为 25 到 70 μSv/h 时（具体依赖于探头的尺寸）。对于核电厂，当在反应堆冷却液管道附近的剂量率往往比较高，在对这些区域进行精确的核素识别和剂量率测量时，用便携式CZT谱仪是个好的选择。CZT探测器在662ＫeV的能量分辨率可以做到１.５%，在高剂量率场合，甚至可以部分替代高纯锗谱仪。同样，在表征电厂内许多关键区域时，高纯锗测量系统提供极其精确和可靠的测量结果，但是，使用它们需要附加的部署时间（冷却等），有些区域由于空间狭小很难进入，因此用它作测量在实践中并不总是可行、甚至是不可能的。
　　基于核电厂应用中的两个关键的要求：利用紧凑的小型谱仪大限度地减少部署时间；提供在高剂量率区域中执行核素标识测量的能力。中智核安科技有限公司推出了便携式CZT谱仪。相对于闪烁探测器，CZT探测器具有好的分辨率，同时比闪烁探测器或HPGe探测器小得多而且能够在室温下操作。这些特性使它们适合于在狭窄的高剂量率区域中作gamma 谱学测量。

CZT 成套谱仪包括：4个不同灵敏体积探头，分别是： 5 mm³ ，适合于剂量率从50 mSv/h 到 200 mSv/h， 20 mm³ ，适合于剂量率从10 mSv/h 到 50 mSv/h ， 60 mm³ ，适合于剂量率从 0.1mSv/h 到 10 mSv/h， 500 mm3 ，适合于剂量率< 3 mSv/h (300 mrem/h) 。前三个探头(5, 20 和 60 mm3) 具有相同的外部尺寸，允许在必要时使用相同的可选准直器。
–一条长为 20米的电缆 (可以根据用户需求到２００米) ，用户数据处理终端能够离开测量地点足够远、以满足辐射防护优化和一般的安全要求；
–能谱采集与数据处理终端及软件；
–可装入上面列出的所有材料和膝上计算机的携带箱；
–当所测量的剂量率对未屏蔽的探头太大时，还可提供与5, 20 和60 mm3 探头适配的可选准直器。准直器可以联接到标准三角架的顶上。一般只需选择灵敏度适当的探头。

Orion一如继承了中智核安的其他核素识别产品，继承了具有强大的核素识别功能的基因。软件采用了时间序列分析、模糊聚类和能谱分析技术，使得其探测灵敏度比同类产品高数量级，能够实现人工放射源的实时识别，且误报率极低。

Orion外观和典型界面

• 应用领域

核电厂每天都必须应对操作过程中、停止运行前或维修过程中的污染问题。失控的污染可能推迟停止运行后重新启动和延长维修操作的时间。污染对电厂的生命周期长度有很大的影响。这就是为什么大多数化学和保健物理队伍都致力于搜索污染的原因。
我们可以确定4个主要焦点：
 1. 确定高放射性剂量的来源：有什么放射性核素，它们来自何处。
 2. 确定污染物的特征。
 3. 确定造成这些污染的原因。
 4. 提高后续的清污过程的效率。
　　清除污染并不是应用谱仪的真正终目的。它们的全部工作不仅是确定和清除污染，而且也需要了解污染的来源、以便尽可能干脆地消除它。每个同位素/材料都有自己的化学属性。它能够随水到处流动或者附着在管道的冷区域上，这使得分析污染来源成为一个真正的挑战。这些同位素可以有各种来源、对回路的化学和剂量率有不同的影响。

对于确定高放射性剂量的来源，下面是在主回路中存在的一些典型同位素的例子：

⁶⁰Co 来自⁵⁹Co 的活化，⁵⁹Co 用于阀门或泵，也存在于用于构建蒸汽发生器管道等主回路部件的合金（如不锈钢）杂质中。它可以作为钴合金的机械磨损而产生的颗粒，也可能是由于钴合金腐蚀而以离子形式存在。这些钴粒子是非常小的(70 μm直径的粒子重量一般为约2 μg)、很容易在50 cm (20 in.) 距离产生10 mSv/h (1 rem/h)的剂量率。它们会自己迁移到回路中水平面较低的地方（或者死区中），但也是可移动、能够随着水流在管道中移动。
⁵⁸Co作为可溶和不可溶粒子存在。它来自⁵⁸Ni 的活化，⁵⁸Ni用于被腐蚀的镍合金中。⁵⁸Co 的存在经常表明清洗回路的氧气注入流程可能有问题，
　　¹¹⁰mAg 来自¹⁰⁹Ag的中子活化，¹⁰⁹Ag存在于银-铟-镉合金或其它专门合金制成的控制棒中。这一同位素可以说明更换了镉过滤器或者使用了有问题的树脂。
　　⁵¹Cr 来自高级的铬合金，如主回路中的不锈钢。这一同位素通常说明主回路中氧化剂注入有问题，也可能是过滤器退化的结果。通常认为它对剂量率的影响是非常低的，因为它只发射低能gamma射线和半衰期较短。

　　定性地表征污染(污染物)和确定造成这些污染的原因：

一次gamma 谱学分析就能提供有关沉积组分的足够信息、从而在管道上实施正确污染清除、也能够调查该污染的原因。这些仪器不需要作可能对工作人员造成较大辐射剂量的污染采样。谱仪的探头直接放置在管道上且容易远程操作。

提高后续的清污过程的效率：

当去污过程聚焦于特定同位素时，谱学系统提供很好的有关清污效率的结果信息。核素相对贡献的测量将能够证明对特定同位素的操作结果（例如，在清污过程中清除了管道中的¹¹⁰mAg 后，成功地消除⁶⁰Co热点等）。
　　便携式CZT谱仪如何解决这些问题?
　　当不需要量化电厂中不同组分时，CZT 谱仪是现场同位素混合相对分析的优质工具。

PWR 电厂中主回路冷却液分析：

对主回路冷却液分析，化学实验室通常通过采取液体样品来分析可溶的同位素。但是，这仅仅给出部分描述，因为还有不可溶同位素沉积在冷却液管道内。因此，不管样品管道是空的还是满的，测量工作都必需考察管道本身。
　    对管道的直接测量给出同位素对剂量率的贡献，也可以作把屏蔽材料（管道材料和围绕管道的任何其它材料）考虑在内的自吸收计算。这种类型的测量能够为化学家提供管道内部沉积的同位素贡献。管道内残留污染的同位素分析也提供有关各种元素迁移到系统中的关键信息。这一信息对于确定反应堆容器和散热系统部件的状态和相对的正常程度经常是有用的，它也能够为故障维修队伍提供氧气
　　注入阶段的高去污工作效率（这是作好清洗的关键工作）。很好地了解同位素混合物有助于正确地定义去污流程和聚焦于感兴趣的同位素、以降低它们在工作区域产生的化学影响。
例如，阀门的反常⁶⁰Co污染可以通过改变过滤水平、更好地截获被Gammasharp分析标识的同位素来消除。同样，我们已经看到氧气注射过程中的树脂破裂可能会造成明显的¹¹⁰mAg 污染。清洗流程包括使用专门的多孔树脂吸收胶体形式的同位素。如果保健物理队伍不能事先标识流程中的¹¹⁰mAg，同位素的转移可能严重污染整个冷却系统、工作人员也会受到巨大的剂量影响。后。¹²⁴Sb 和 ⁵¹Cr 能够揭示系统中存在某种类型的腐蚀，虽然它们通常只对剂量率有较弱的影响。

BWR电厂中的涡轮检查：

相对同位素混合比测量能够通过观察高压涡轮管道中与低压涡轮管道中不同的同位素比例、揭示BWR电厂中的电镀问题。分析湿气分离器和观察⁵⁴Mn 与 ⁶⁰Co 的比例是所作的常规检查，这一检查观察活度是否被逐步吸附到低压一侧。

更换蒸汽发生器后污染的明确增加：

更换回路中的蒸汽发生器可能造成明显的⁵⁸Co污染，规定紧接着适当地清洗这一同位素能够防止整个回路被污染。因此，当用户预感有问题发生时，可以前瞻性地使用Orion谱仪实施预防性的去污计划、消除负面影响。

剂量率的定性分析：

      测量同位素对剂量率的贡献为保健物理队伍提供定性分析信息。这帮助保健物理队伍作出较好的反应，根据“刚刚足够”的原则来构建防护屏蔽来屏蔽热点。CZT 谱分析是大限度地减少优化防护工作量的优秀工具。

Orion如何满足核电厂中的应用需求?

Orion覆盖 30 keV–1.9 MeV 能量范围，高可达200 mSv/h的剂量率，可以利用直接与测量点接触方式进行测量。典型的获取时间是1,000 秒。用户在相连接的数据终端上使用GammaSharp软件执行分析，该软件是专门供保健物理队伍使用的，不需要拥有任何程度的谱学专门知识。其用户界面是非常便于使用，已经创建了多个自动分析序列、支持以少的用户干预同时获得全面的结果。GammaSharp屏幕显示3个关键段。从上到下，它们是：
1. 包含找到的所有同位素的初始谱学分析结果。
2. 同位素对剂量率的贡献（左边）以及对沉积的贡献，中间有选择的掩蔽材料。
3. 用以确保正确执行峰标识的谱显示。
4. 自动生成测量报告，报告格式可定制。

• CZT便携式γ能谱仪Orion性能指标

• ●可探测的剂量率范围3mSv/h到200mSv/h；

• ●探测器能量分辨率：小于1.5%（662KeV）；
• ●能量范围：3 keV-3 MeV；
• ●典型测量时间，<1000秒；
• ●核素库与可识别核素种类：来自ENSF（Evaluated nuclear structure data file）的新核素库，有3000多种放射性同位素的谱线系；
• ●多道分析器：4096道（可选配8192道）；
• ●电源：7.2V、3600 mAh可充电电池组，一次充电可以工作约70小时；
• ●全中文界面；
• ●重量：<3Kg，可以长时间携带。

• Orion技术特点

• ●系统结构简单，性能可靠，不需要液氮致冷，使用非常灵活方便；
• ●能量分辨率高，对于662KeV，能量分辨率小于1.5%；
• ●具有防水功能，不仅可以测量空气、建材、金属、食品等答案放射性，也可以测量水等液体　得而复失放射性；
• ●同时测量γ剂量率和γ放射性核素识别；
• ●Founder综合采用了时间序列分析、模糊聚类和能谱分析技术，使得人工放射性核素识别灵敏度比传统能谱分析方法高数量级，能够实时识别放射性核素，且误报警率极低；
• ●软件和硬件结合稳谱，满足长时间测量要求；
• ●有全自动分析功能，对专业要求低；
• ●用户界面友好，操作简单，多种界面之间的切换非常方便。