本发明涉及核探测/核分析技术领域，具体涉及一种含铀管道中含铀液体浓度的检测方法及检测装置。
背景技术
燃料元件研制、乏燃料后处理是核工业体系中非常重要的环节，是核燃料循环的核心工作。其中，铀化工转化是燃料微球研制的关键环节，为燃料单板制造提供芯体必备的燃料相，直接影响燃料元件研制的工程进度，也事关核材料的闭合衡算问题；乏燃料后处理是核工业体系的最后环节，直接决定了核工程的安全性。
在其工艺转化过程中，大量含铀管道中含铀溶液铀浓度值是研制和生产必须的数据，直接关系工艺的核临界安全问题。传统的方式是采取工艺点位取样-实验室分析的模式，均存在分析流程长、操作繁琐、稳定性和精度不够等不足和缺点，这在中试规模、甚至批量化生产中时不能满足核安全监控的需求，急需建立一种在线检测方法、开发相应的在线检测系统，实现核临界安全的在线检测。
为实现含铀管道中铀含量的在线检测，需研制一套在线检测系统，其中最核心的环节则是如何解决环境本底的减弱或消除。本发明设计了一种降低管道中铀含量检测本底的装置及方法，能够有效削弱环境γ射线对目标探测器的计数率的贡献，实现含铀液体中铀浓度的实时、在线检测。经专利查新，没有发现这类似的降低管道中铀含量检测本底的装置及方法。
基于此，研究并开发设计一种含铀管道中含铀液体浓度的检测方法及检测装置。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，提供一种含铀管道中含铀液体浓度的检测方法及检测装置，所述方法通过控制反符合探测器的计数通道的是否关闭，来有效削弱环境γ射线对主探测器计数率的贡献，从而获得被测管道中含铀液体的净计数率，使得在线测量的铀含量更能代表管道中的实际铀含量，有效解决了环境本底γ射线对主探测器计数率影响的缺陷，增强对实际铀含量检测的准确性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种含铀管道中含铀液体浓度的检测方法，包括以下操作步骤
a)建立含铀管道中含铀液体所发射γ射线的计数率计算模型；
b)在含铀管道中分别注入不同铀浓度的含铀溶液，通过安装在含铀管道上的主探测器探测含铀溶液发出的γ射线，并获得各个浓度下γ射线的计数率；
c)以步骤b)中加入的含铀溶液的铀浓度为横坐标，以步骤b)中获得的各铀浓度对应的γ射线计数率作为纵坐标，建立计数率与铀浓度的关系曲线；
d)对步骤c)中的关系曲线进行最小二乘拟合，获得铀浓度的标准曲线；
e)根据步骤a)获得的计数率模型，步骤d)中铀浓度标准曲线，测定待测含铀液体所发射γ射线的计数率。
本技术方案主要针对的技术主题是含铀管道中含铀溶液浓度值的检测问题，含铀管道中含铀溶液浓度值的测定，直接关系工艺的核临界安全问题，现有的测量方法是在工艺点取样实验室分析，具有分析流程长、操作繁琐、稳定性和精度不够，不能实现在线检测；
而本技术方案提出的检测方法是在被检测的工艺管道或点位上布置主探测器、反符合探测器，降低管道中环境本底γ射线对主探测器计数率的贡献，使得测量出的铀含量更能准确代表管道中的实际铀含量。
整个检测方法，首先建立计数率计算模型，确定含铀液体所发射γ射线计数率的计算模型，其次，通过建立计数率与注入至管道中铀含量的标准曲线，获得该标准曲线斜率μ1，最后通过实时在线测量，获得主探测器在关闭反符合探测器、打开反符合探测器两种情况下的计数率，从而计算出管道内含铀液体所发射的γ射线净计数率，从而根据计数率与铀含量的标准曲线获得被测管道内含铀液体的铀含量的准确值。
相对于现有技术，本技术方案采用在线实时测量，无需在工艺管道上取点，然后进行实验分析；操作只需要控制反辐射探测器的开关状态即可，故操作简单；采用这种在线测量分析方式，实时分析，分析时间和流程均相应缩短，且由于整个过程采用主探测器、反符合探测器结合，能够消除掉环境本底所发射γ射线对主探测器检测的计数率的影响，从而分析更加准确；由于整个过程采用在线分析、仪器检测，在仪器运行正常，工艺正常运行的情况下，检测过程更加稳定。
综合上述分析，本技术方案所述的检测方法，分析流程缩短、操作简单、稳定性和精度更高，且能够应用于中试规模、批量生产中，满足核安全监控的要求。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤a)中建立计数率计算模型的操作方法为：
a.1)关闭安装在主探测器外周的反符合探测器，主探测器探测到的γ射线计数率为c1，c1＝μ1×n1+υ1×n0(一)；
a.2)打开安装在主探测器(3)外周的反符合探测器，主探测器探测到的γ射线计数率为c2，c2＝μ1×n1-υ1×n0(二)；
综合上述(一)、(二)式，可知
n1＝(c1+c2)/(2×μ1)(三)；
其中，n1表示含铀管道中含铀液体所发射的γ射线计数率，n0表示环境本底所发射的γ射线计数率。
所述反应式(一)、(二)中的μ1、υ1均表示系数，在铀浓度值检测过程中发现计数率与铀浓度的关系曲线不是简单的线性关系，因此采用μ1、υ1对计算模型进行修正，实现数据转换。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤b)中是在关闭反符合探测器的条件下进行操作，具体操作为，依次在含铀管道中注入铀含量分别为100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2000mg/l、4000mg/l、8000mg/l、10000mg/l的含铀溶液，获取主探测器的γ射线计数率c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤c)中以100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2000mg/l、4000mg/l、8000mg/l、10000mg/l为横坐标，以c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17为纵坐标，建立计数率与铀浓度的关系曲线，通过最小二乘拟合获得该关系曲线斜率，该斜率值即为反应式(三)中的μ1。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤e)中，测定待测含铀液体所发射γ射线的计数率，具体计算方法为：
e.1)在工艺正常生产中，含铀液体在含铀管道中流通、传递；
e.2)关闭反符合探测器计数通道，含铀管道中含铀液体所发射的γ射线传出管道壁；环境本底γ射线穿透反符合探测器被主观探测器接收，此时，主探测器计数率为c1；
e.3)打开反符合探测器计数通道，含铀管道中的含铀液体所发射的γ射线传出管道壁，环境本底γ射线被反符合探测器所接收，此时主探测器计数率为c2；
e.4)通过反应式(三)，关系曲线斜率μ1，即可计算出含铀管道中含铀液体所发射γ射线的计数率。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述含铀液体中的铀为235u。
本发明还提供了一种含铀管道中含铀液体浓度检测的实现装置，包括安装在含铀管道上的主探测器，包裹在主发射器外围的反符合探测器，主探测器用于接收含铀液体所发射的γ射线并计数，反符合探测器用于接收环境本底发射的γ射线并计数。
本技术方案中，主探测器为现有技术，主要作用是用于接收含铀液体所发射的γ射线并计数。
反符合探测器为现有技术，主要作用是用于接收环境本底发射的γ射线并计数。
主探测器、反符合探测器之间通过光电耦合剂连接，所述光电耦合剂为硅油、环氧树脂光学用胶，紫外固化光学用胶或硅凝胶，且两种探测器均具有探测并计数γ射线的功能，具体工作时，可分别打开两种探测器的计数通道，完成相应的探测、计数操作。
工作原理：在本装置工作过程中，首先关闭反符合探测器的计数通道，此时反符合探测器没有工作，主探测器计数率包括管道中含铀液体的计数率和环境本底γ射线的计数率；在打开反符合探测器的计数通道的情况下，环境本底发射的γ射线被反符合探测器接收，则此时主探测器计数率主要为管道中含铀液体的计数率，将获得的两种计数率通过现有技术处理从而计算出管道内含铀液体所发射γ射线的净计数率，从而反算出含铀液体中铀含量。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述主探测器包括第一光电倍增管，主探测器接收到的γ射线经第一光电倍增管光电转化后计数；反符合探测器包括第二光电倍增管，反符合探测器接收到的γ射线经第二光电倍增管光电转化后计数，主探测器的计数结果、反符合探测器的计数结果均输入分别与第一光电倍增管、第二光电倍增管连接的数据处理终端，数据处理终端获得含铀管道中含铀液体所发射γ射线的净计数率。
本技术方案所述的数据处理终端可选用现有技术中的数据处理软件(tracerlab-spectrum-software)完成。
且本技术方案中第一光电倍增管和第二光电倍增管可为相同结构，作用均是将接收到的主探测器或反符合探测器所发出的光信号转化为电脉冲信号，但设置的位置不同。数据处理终端对接收到的电脉冲信号计算出相应的计数率，然后依据计数率计算模型、计数率与含铀液体中铀浓度的标准曲线，从而计算出管道中含铀液体中所发射γ射线的净计数率。这里净计数率为消除环境本底发射的γ射线后，检测到的含铀液体中铀的计数率。
进一步地，为了更好实现本发明，所述反符合探测器、主探测器、第一光电倍增管、第二光电倍增管集合为一体结构，一体结构的外周包覆有装置外壳。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
(1)本技术方案采用在被监测的工艺管道上安装主探测器和反符合探测器，建立消除环境本底对主探测器计数率的影响，使得主探测器的计数率更能准确的反映出被探测对象的实际计数率，涉及到的检测装置，结构简单且紧凑。
(2)本技术方案中所述的检测方法，采用在线实时检测，且整个检测方法检测时间短、操作简单、稳定和精度显著提高，能够满足中试规模和批量化生产中核安全监控的需求。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图；
图2为本发明的结构三维示意图；
其中：1—含铀管道，2—反符合探测器，3—主探测器，4—第一光电倍增管，5—第二光电倍增管，6—装置外壳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种含铀管道中含铀液体浓度的检测方法，包括以下操作步骤
a建立含铀管道1中含铀液体所发射γ射线的计数率计算模型；
b在含铀管道1中分别注入不同铀浓度的含铀溶液，通过安装在含铀管道1上的主探测器3探测含铀溶液发出的γ射线，并获得各个浓度下γ射线的计数率；
c以步骤b中加入的含铀溶液的铀浓度为横坐标，以步骤b中获得的各铀浓度对应的γ射线计数率作为纵坐标，建立计数率与铀浓度的关系曲线；
d对步骤c中的关系曲线进行最小二乘拟合，获得铀浓度的标准曲线；
e根据步骤a获得的计数率模型，步骤d中铀浓度标准曲线，测定待测含铀液体所发射γ射线的计数率。
所述步骤a)中建立计数率计算模型的操作方法为：
a.1关闭安装在主探测器3外周的反符合探测器2，主探测器3探测到的γ射线计数率为c1，c1＝μ1×n1+υ1×n0一；
a.2打开安装在主探测器3外周的反符合探测器2，主探测器3探测到的γ射线计数率为c2，c2＝μ1×n1-υ1×n0二；
综合上述一、二式，可知
n1＝c1+c2/2×μ1三；
其中，n1表示含铀管道1中含铀液体所发射的γ射线计数率，n0表示环境本底所发射的γ射线计数率。
所述步骤b中是在关闭反符合探测器2的条件下进行操作，具体操作为，依次在含铀管道1中注入铀含量分别为100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2000mg/l、4000mg/l、8000mg/l、10000mg/l的含铀溶液，获取主探测器3的γ射线计数率c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17。
所述步骤c)中以100mg/l、500mg/l、1000mg/l、2000mg/l、4000mg/l、8000mg/l、10000mg/l为横坐标，以c11、c12、c13、c14、c15、c16、c17为纵坐标，建立计数率与铀浓度的关系曲线，通过最小二乘拟合获得该关系曲线斜率，该斜率值即为反应式三中的μ1。
所述步骤e)中，测定待测含铀液体所发射γ射线的计数率，具体计算方法为：
e.1在工艺正常生产中，含铀液体在含铀管道1中流通、传递；
e.2关闭反符合探测器2计数通道，含铀管道1中含铀液体所发射的γ射线传出管道壁；环境本底γ射线穿透反符合探测器2被主观探测器3接收，此时，主探测器计数率为c1；
e.3打开反符合探测器2计数通道，含铀管道1中的含铀液体所发射的γ射线传出管道壁，环境本底γ射线被反符合探测器2所接收，此时主探测器计数率为c2；
e.4通过反应式三，关系曲线斜率μ1，即可计算出含铀管道1中含铀液体所发射γ射线的计数率。
其中，本实施例中，述含铀液体中的铀为235u。
所述步骤e.4中计算出的含铀液体中γ射线的计数率，可根据步骤c中建立的计数率与含铀液体的铀浓度的标准曲线，反算出对应的含铀液体中铀浓度。
实施例2：
如图1-2所示，一种实现实施例1检测方法的装置，包括安装在含铀管道1上的主探测器3，包裹在主发射器3外围的反符合探测器2，主探测器3用于接收含铀液体所发射的γ射线并计数，反符合探测器2用于接收环境本底发射的γ射线并计数。
其中，所述主探测器3包括第一光电倍增管4，主探测器3接收到的γ射线经第一光电倍增管4光电转化后计数；反符合探测器2包括第二光电倍增管5，反符合探测器2接收到的γ射线经第二光电倍增管5光电转化后计数，主探测器3的计数结果、反符合探测器2的计数结果均输入分别与第一光电倍增管4、第二光电倍增管5连接的数据处理终端，数据处理终端获得含铀管道中含铀液体所发射γ射线的净计数率。
其中，所述反符合探测器2、主探测器3、第一光电倍增管4、第二光电倍增管5集合为一体结构，一体结构的外周包覆有装置外壳6。
本实施例中所述应用于含铀管道中含铀液体中铀含量检测装置，设计结构简单，紧凑，能够广泛应用于中试规模、批量化生产中对待测对象的在线检测，达到核安全监控的需求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。