核燃料棒内放射性核素分布计算机模拟研究.pdfVIP

核燃料棒内放射性核素分布的计算机模拟研究 张全虎黎素芬吴创新王冬李锋何彬 (西安市高技术研究所，西安，710025) 摘要：应用常规T扫描测量方法，确定热室内一根辐照过的燃料棒中放射性核素的分布，是分析燃料燃耗 的一种常用的方法。本文试图发展常规的．r扫描测量方法，研究应用层析1r扫描技术准确定量测量燃 料棒内放射性核素含量的可行性，从而确定燃料棒的燃耗。本文研究了层析丫扫描技术用于燃料棒 扫描的可行性，并尝试用层析T扫描技术确定燃料棒内放射性核素的分布。首先，研究了发射层析丫 扫描原理和算法；然后，提出了计算机模拟研究方法．其中包括计算机模拟方法学、图像重建算法 以及计算机模拟研究结果．在对应用发射层析丫扫描方法，确定燃料棒内放射性核素分布进行了仿 真研究过程中，根据现有T扫描实验的条件设计了模拟的燃料棒模型，然后用图像重建算法对发射 图像进行重建，对于各种情况下的发射图像分布，计算机仿真结果的相对误差的绝对值小于10％。 最后，对研究结果进行了分析和讨论，表明发射层析．r扫描技术用于确定放射性核素在燃料棒内的 分布有很大的潜力，而且提出的图像重建算法也适用于这项研究，为进一步实验研究提供了坚实的 基础。 关键词：燃料棒，层析丫扫描技术，计算机模拟，图像重建 1．引言 确定受照燃料棒中的放射性核素分布是核保障的一项重要任务，非破坏分析中的丫扫描方法在这方面 得到了广泛的应用【l-4]．应用．r射线的两种非破坏性分析方法有两种，分别是总丫活度测量和比活度测量， 这两种方法都是测量某一选定放射性产物的T活度，通常选134Cs和玎7Cs作为主要的核素．随着断层照相 方法在理论和实用上的发展，断层照相法已经成功用于核燃料棒的分析、检测和核查． 断层照相技术能够通过外部测量创建物体内部剖面图．已经广泛用于医学和工业领域．在核电领域， 断层照相技术既可用于单根燃料棒也可用于燃料棒束瞪1．应用这项技术。物体某一剖面上的密度分布图像可 以以较高的空间分辨率重建出来，由此，对于给定的燃料棒，它内部的放射性核素的分布图像就可以得到． 在通常的断层照相技术的基础上，二十世纪七十年代美国洛斯．阿拉莫斯国家实验室首先提出了分段丫扫描 Gamma (Segmented Gamma 量，在密闭容器内放射性材料、核设施中可回收物以及核废物测量分析中具有广泛的应用． 本文中，首先论述了发射层析1r扫描和迭代图像重建算法的基本原理。然后在充分考虑热室中丫扫描的 实验条件后，建立了计算机模拟研究模型，进行了仿真计算和图像重建。在没有进行实际实验的情况下． 计算机模拟研究了核燃料棒内放射性核素分布，在仿真过程中，研究了放射性核素不同分布的情况，并从 多个方面对程序进行了检验。 2．发射层析Ir扫描技术的基本原理 传统断层照相技术在核技术中的应用中，一般采用透射测量的方法，用高纯锗探测器测量透射源的．r 射线穿过被测物的衰减情况，确定被测物体内部的信息．因为被测物中放射性的存在，它不可避免地对被 测物的发射1，射线进行计数，成为透射和发射的综合体。TGS技术是传统断层照相技术在核辐射测量中的 应用和发展，它分为透射测量和发射测量。在发射TGS中，对被测物(这里为单根燃料棒)的扫描是通过 变化探测器的位置和转动被测物来实现的．对每一个角位置，探测器进行横向的平移，通常每次平移几毫 米，然后在此位置对被测物的各个转动角度分别进行计数，获得某一能量丫射线的计数率，此时得到的丫 射线计数称为投影．如果测量得到了一系列的投影，采用适当的图像重建算法，就可以通过重建算法计算 棒内的放射源空间分布图像。 3．计算机模拟研究 在参考现有的丫扫描测量系统的基础上．建立了燃料棒模拟模型，进一步构建了计算机模拟研究仿真 624 平台，针对模拟模型中各体素中放射性强度的多种分布情况，采用代数图像重建算法，计算机模拟研究了 放射性核素不同分布的图像重建。 3．1模拟方法 单根燃料棒样本的图像重建需要进行三维扫描。首先，沿轴向把样本分为若干层，然后，通过平移准 直器和转动样品，对每一层进行扫描(见图1)。 a口iDown Up ：