本發(fā)明涉及一種利用了γ譜測(cè)量技術(shù)的測(cè)量裝置，特別涉及一種乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：
燃耗定義為對(duì)裝入堆芯核燃料消耗程度的度量。測(cè)定反應(yīng)堆燃料元件的燃耗深度，在核電站、燃耗信任制、核保障等領(lǐng)域中具有十分重要的意義。燃耗分析從測(cè)量方法看可分兩類(lèi)，一類(lèi)是破壞性分析(DA)，把乏燃料組件進(jìn)行化學(xué)溶解，對(duì)溶解液中的某些裂變核素進(jìn)行放射化學(xué)分析或質(zhì)譜分析來(lái)確定燃耗。雖然該分析方法具有直接性的特點(diǎn)，但其測(cè)量時(shí)間周期長(zhǎng)，對(duì)測(cè)量的環(huán)境要求高，測(cè)量程序復(fù)雜，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的需求；另一類(lèi)是非破壞性分析(NDA)，基于同位素的γ放射性相關(guān)性，直接測(cè)量乏燃料組件中裂變產(chǎn)物的γ放射性強(qiáng)度或測(cè)量自發(fā)裂變中子數(shù)來(lái)確定燃耗。NDA技術(shù)具有簡(jiǎn)單快速，適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，不破壞元件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于乏燃料組件貯存設(shè)施和后處理廠首端的乏燃料燃耗及燃耗分布分析中，能夠提供乏燃料組件的冷卻時(shí)間、可裂變物質(zhì)(235U、239Pu)含量等數(shù)據(jù)。核燃料在輻照過(guò)程和冷卻期間，由于發(fā)生裂變，中子俘獲，(n,2n)反應(yīng)和α、β衰變，會(huì)引起其核素成分的改變。非破壞性燃耗測(cè)量分析方法大多數(shù)是基于對(duì)乏燃料的中子、γ輻射的測(cè)量，因此燃耗測(cè)定主要有中子測(cè)量技術(shù)、γ測(cè)量技術(shù)及兩者的結(jié)合。燃耗中子測(cè)量技術(shù)包含了無(wú)源中子測(cè)量技術(shù)及有源中子測(cè)量技術(shù)。由于中子俘獲反應(yīng)的存在，輻照過(guò)的燃料能夠產(chǎn)生新的重同位素，它們中的一些可以通過(guò)自發(fā)裂變或(α，n)反應(yīng)發(fā)射中子。無(wú)源中子測(cè)量通常采用235U裂變室，通過(guò)測(cè)量乏燃料組件的中子計(jì)數(shù)率，并經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)分析和處理得出最終的平均燃耗，這種方法測(cè)量的燃耗值比較精確，但是中子探測(cè)器和組件相對(duì)位置的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響要比γ測(cè)量靈敏的多，因此必須保證測(cè)量位置的精度。另外，含硼水介質(zhì)會(huì)對(duì)中子測(cè)量產(chǎn)生影響，必須進(jìn)行修正。有源中子測(cè)量采用外加的中子源照射乏燃料組件，通過(guò)測(cè)量組件中可裂變物質(zhì)誘發(fā)裂變產(chǎn)生的瞬發(fā)或緩發(fā)中子數(shù)來(lái)確定組件的燃耗和其中U、Pu的含量。該方法因技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，其應(yīng)用受到限制。γ測(cè)量技術(shù)包含了總γ測(cè)量技術(shù)和γ譜測(cè)量技術(shù)?？偊脺y(cè)量技術(shù)通常用電流電離室進(jìn)行總γ測(cè)量，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、性能穩(wěn)定可靠、便于制作成手提式儀器用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，但其冷卻時(shí)間和燃耗的測(cè)定值較差，不能區(qū)分不同輻照史的乏燃料組件，只能作為輔助測(cè)量手段。γ譜測(cè)量技術(shù)通常指包含了高純鍺(HPGe)或碲鋅化鎘(CdZnTe)探測(cè)器組成的譜儀系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)量?jī)煞N核素的γ放射性之比可以消除幾何因子、探測(cè)效率等的影響，從而將測(cè)量精度提高，該方法現(xiàn)已廣泛用來(lái)測(cè)量組件的燃耗和冷卻時(shí)間。截至2001年底，ＩＡＥＡ各成員國(guó)運(yùn)行的燃耗測(cè)量系統(tǒng)達(dá)260套，這些測(cè)量系統(tǒng)包括移動(dòng)設(shè)備和固定裝置。法國(guó)曾研制了三種NDA燃耗分析系統(tǒng)，分別是PYTHON、SMOPY和NAJA，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于乏燃料運(yùn)輸、貯存和后處理廠中。美國(guó)LosAlamos采用無(wú)源中子測(cè)量技術(shù)和總γ測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)了FORK探測(cè)器用于測(cè)量燃耗。德國(guó)、日本、英國(guó)、俄羅斯、瑞典、巴基斯坦等國(guó)家分別開(kāi)發(fā)了一系列燃耗測(cè)量設(shè)備。中國(guó)在燃耗測(cè)量方面也開(kāi)展了研究工作。上個(gè)世紀(jì)70年代，原子能研究所(中國(guó)原子能科學(xué)研究院前身)核譜組采用平面Ge(Li)γ譜儀，測(cè)量了在熱中子堆中照射8個(gè)月出現(xiàn)燒熔現(xiàn)象的鈾棒的燃耗縱向分布。1998年，董明理等采用總γ測(cè)量技術(shù)和無(wú)源中子測(cè)量技術(shù)建立了叉形探測(cè)器，用于后處理和貯存工廠中PWR和BWR型乏燃料組件的燃耗、冷卻時(shí)間、總钚和總裂變物質(zhì)含量的測(cè)定。清華大學(xué)采用HPGe探測(cè)器在1OMW高溫氣冷試驗(yàn)堆上建立了一套在線的NDA的燃耗測(cè)量系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著化合物半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，CZT探測(cè)器(即：碲鋅化鎘探測(cè)器)逐漸受到更多的關(guān)注。CZT探測(cè)器可用于γ射線的能譜分析，其能量分辨率介于HPGe探測(cè)器和NaI(Tl)探測(cè)器之間，隨著探測(cè)器制作工藝的不斷提高，CZT探測(cè)器的能量分辨率已經(jīng)可以做到好于2％(137Cs，662KeV)，足夠用于乏燃料組件γ能譜的測(cè)量。CZT探測(cè)器既不像HPGe探測(cè)器那樣容易引起計(jì)數(shù)率飽和，也不像NaI(Tl)探測(cè)器那樣穩(wěn)定性較差且容易潮解。CZT探測(cè)器的價(jià)格不到HPGe探測(cè)器的十分之一，它的工作電壓低，損傷幾率小。CZT探測(cè)器可在常溫下使用，不需要液氮冷卻，而且CZT探測(cè)器具有體積小重量輕的優(yōu)點(diǎn)，這就使得探測(cè)器外準(zhǔn)直屏蔽系統(tǒng)的體積可以大大地減小，使得建造小型化的、可移動(dòng)式的燃耗測(cè)量裝置成為可能。當(dāng)前，利用CZT探測(cè)器進(jìn)行核材料的鈾富集度、乏燃料燃耗以及鈾、钚物料的屬性等方面的測(cè)量工作已經(jīng)進(jìn)入了研究階段。國(guó)際上利用CZT探測(cè)器對(duì)乏燃料燃耗進(jìn)行測(cè)量的還不多見(jiàn)。美國(guó)開(kāi)發(fā)的Fork+探測(cè)器，燃耗測(cè)量誤差約為5％；法國(guó)應(yīng)IAEA要求開(kāi)發(fā)的SMOPY，對(duì)LEU組件燃耗的測(cè)量誤差小于5％；法國(guó)A.Lebrun等和意大利R.Berndt等利用CZT探測(cè)器測(cè)量134Cs與137Cs的計(jì)數(shù)率以計(jì)算儲(chǔ)存乏燃料水池中乏燃料燃耗。然而為了降低測(cè)量距離導(dǎo)致的誤差，這些探測(cè)器在實(shí)際測(cè)量時(shí)與待測(cè)對(duì)象均十分接近，這就導(dǎo)致了其受到的輻射水平較高，所需的屏蔽結(jié)構(gòu)體積較大，使得探測(cè)器的重量顯著上升。因此，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的工藝水平下，如果將這樣的設(shè)計(jì)應(yīng)用于探測(cè)器，將很難實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的便攜功能。另外，探測(cè)器在實(shí)際測(cè)量時(shí)與待測(cè)對(duì)象接近的設(shè)計(jì)還存在二者相互接觸導(dǎo)致的安全性問(wèn)題。我國(guó)僅有中國(guó)原子能科學(xué)研究院在“十一五”期間利用CZT探測(cè)器開(kāi)展了乏燃料燃耗測(cè)量的探索性工作，并基于當(dāng)時(shí)的工作進(jìn)展申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利(CN101901636)。該專(zhuān)利涉及的乏燃料組件燃耗測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊，具有較高的測(cè)量精度，但其約150公斤的裝置重量仍不能較好實(shí)現(xiàn)便攜功能，而實(shí)際測(cè)量工作中對(duì)于乏燃料組件燃耗測(cè)量值的準(zhǔn)確性和精度的要求仍有進(jìn)一步提高的期望。由于CZT探測(cè)器在乏燃料燃耗測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用前景良好，而前述缺陷對(duì)此產(chǎn)生了明顯的限制作用，因此對(duì)于現(xiàn)有乏燃料組件燃耗測(cè)量裝置在便攜性能、燃耗測(cè)量值的準(zhǔn)確性和精度等方面的改進(jìn)成為亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有乏燃料組件燃耗測(cè)量裝置在便攜性能方面的不足，并進(jìn)一步提高燃耗測(cè)量值的準(zhǔn)確性和精度，本發(fā)明提供了一種乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置包括水下裝置、水面裝置、無(wú)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理裝置三部分；所述水下裝置包括CZT探測(cè)器、屏蔽體、屏蔽準(zhǔn)直體和耐壓密封殼；CZT探測(cè)器位于屏蔽體中央；所述屏蔽體呈階梯狀，由前端屏蔽體、中間屏蔽體和后端屏蔽體三個(gè)部分構(gòu)成，所述前端屏蔽體為以平行的兩平面沿圓柱體的軸向左右對(duì)稱(chēng)截去兩個(gè)截面為弓形的柱體的幾何體，中間屏蔽體和后端屏蔽體均為圓柱體；其中，前端屏蔽體兩截面之間的距離大于等于中間屏蔽體直徑，中間屏蔽體直徑大于后端屏蔽體直徑；所述前端屏蔽體的前端中央設(shè)有準(zhǔn)直孔，所述準(zhǔn)直孔形狀為在下底面向外的圓臺(tái)的基礎(chǔ)上，以?xún)善矫嫔舷聦?duì)稱(chēng)各截去圓臺(tái)一部分的幾何體，且兩平面在圓臺(tái)上底面和下底面均截去一個(gè)弓形；所述準(zhǔn)直孔的高度由內(nèi)向外遞增；屏蔽體前方設(shè)有屏蔽準(zhǔn)直體，屏蔽準(zhǔn)直體由絲桿牽引能夠前后移動(dòng)，所述屏蔽準(zhǔn)直體包括上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體，上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體分別由絲桿牽引能夠上下移動(dòng)；所述屏蔽體和屏蔽準(zhǔn)直體設(shè)置在耐壓密封殼內(nèi)；所述耐壓密封殼前端設(shè)有超聲波探測(cè)器；所述水面裝置包括無(wú)線發(fā)射接收模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、多道分析器、電源管理模塊、電源和天線，所述無(wú)線發(fā)射接收模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、多道分析器、電源管理模塊和電源均設(shè)置在浮筒內(nèi)，使得水面裝置能夠不依靠外力浮在水面上；所述水面裝置還包括與水下裝置相連接的電纜；所述無(wú)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理裝置包括天線、無(wú)線發(fā)射接收模塊和計(jì)算機(jī)。所述水下裝置還設(shè)有吊繩為優(yōu)選。所述水下裝置還設(shè)有底座為優(yōu)選。所述數(shù)據(jù)處理模塊優(yōu)選為MCU板。所述多道分析器優(yōu)選為DP5板。本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置的屏蔽準(zhǔn)直體由絲桿牽引能夠?qū)崿F(xiàn)前后移動(dòng)以及上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體的上下移動(dòng)。在本領(lǐng)域中，當(dāng)待測(cè)乏燃料組件放射性較強(qiáng)且屏蔽準(zhǔn)直體狹縫寬度已經(jīng)很小的情況下，通常采用增加屏蔽準(zhǔn)直體厚度的方式以確保CZT探測(cè)器計(jì)數(shù)率不超過(guò)其所能承受的最大計(jì)數(shù)率，這樣就會(huì)導(dǎo)致重量的增加和結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)，從而嚴(yán)重影響便攜性。而本發(fā)明的屏蔽準(zhǔn)直體在通過(guò)上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體的上下移動(dòng)調(diào)節(jié)狹縫寬度的方式不能完全滿(mǎn)足要求的情況下，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)屏蔽準(zhǔn)直體的前后移動(dòng)以達(dá)到與增加屏蔽準(zhǔn)直體厚度的方式相同的效果，因此既避免了結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)，又不會(huì)導(dǎo)致重量的增加，有利于設(shè)備的便攜性。本發(fā)明采用超聲波探測(cè)器測(cè)量乏燃料組件與測(cè)量裝置之間的距離，從而對(duì)燃耗測(cè)量值加以校正。這是因?yàn)樵诜θ剂辖M件貯存水池中的格架與乏燃料組件間有最大值達(dá)1cm的不確定間距，而CZT探測(cè)器與乏燃料組件的距離變化對(duì)燃耗測(cè)量值的影響顯著，約為10％/cm，因此意味著可能會(huì)導(dǎo)致最大達(dá)10％的誤差?；谶@一原因，本發(fā)明采用超聲測(cè)距的方式顯著降低了燃耗測(cè)量值的誤差，實(shí)現(xiàn)了乏燃料組件燃耗的精密測(cè)量。由于采用超聲波探測(cè)器確保了燃耗測(cè)量值的準(zhǔn)確性，因此本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置能夠遠(yuǎn)離乏燃料組件進(jìn)行測(cè)量，這樣就充分的利用了水對(duì)輻射的吸收，十分有利于屏蔽結(jié)構(gòu)的減重。另外，這種測(cè)量裝置遠(yuǎn)離乏燃料組件的測(cè)量方式也確保了二者之間不發(fā)生接觸，保證了測(cè)量的安全性。本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置的屏蔽體形狀為階梯狀，這種特殊設(shè)計(jì)能夠在確保CZT探測(cè)器計(jì)數(shù)率不超過(guò)其所能承受的最大計(jì)數(shù)率條件下，最大程度的減小屏蔽體的重量，有利于設(shè)備的便攜性。本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)線控制，測(cè)量時(shí)操作者不用拖著長(zhǎng)的電纜，且操作位置不受限制，因此操作十分方便。綜上所述，本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置的設(shè)備重量得到了顯著降低，在當(dāng)前研究進(jìn)度和采用國(guó)內(nèi)工藝技術(shù)條件下，整套裝置總重量可以低于50公斤，其中水下裝置重量約為38公斤，顯著提高了便攜性和使用、操作的便利性，測(cè)量安全性也較為理想，擴(kuò)展了其應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用范圍；同時(shí)，該裝置由于采用了超聲測(cè)距的校正方式，因此也明顯提高了燃耗測(cè)量值的準(zhǔn)確性和精度。附圖說(shuō)明圖1水下裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2水面裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖3無(wú)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖4屏蔽準(zhǔn)直體部分的局部左視圖。附圖標(biāo)記：1.準(zhǔn)直孔，2.絲桿，3.上屏蔽準(zhǔn)直體，4.超聲波探測(cè)器，5.下屏蔽準(zhǔn)直體，6.絲桿，7.絲桿，8.吊繩，9.屏蔽體，10.CZT探測(cè)器，11.CZT探測(cè)器信號(hào)線，12.CZT探測(cè)器接線端子，13.超聲波探測(cè)器接線端子，14.超聲波探測(cè)器信號(hào)線，15.耐壓密封殼，16.底座，17.多道分析器，18.數(shù)據(jù)處理模塊，19.浮筒，20.天線，21.無(wú)線發(fā)射接收模塊，22.超聲波發(fā)射接收模塊，23.電源管理模塊，24.電源，25.天線，26.無(wú)線發(fā)射接收模塊，27.計(jì)算機(jī)，28.電纜。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置包括水下裝置、水面裝置、無(wú)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理裝置三部分；所述水下裝置包括CZT探測(cè)器、屏蔽體、屏蔽準(zhǔn)直體和耐壓密封殼；CZT探測(cè)器位于屏蔽體中央；所述屏蔽體呈階梯狀，由前端屏蔽體、中間屏蔽體和后端屏蔽體三個(gè)部分構(gòu)成，所述前端屏蔽體為以平行的兩平面沿圓柱體的軸向左右對(duì)稱(chēng)截去兩個(gè)截面為弓形的柱體的幾何體，中間屏蔽體和后端屏蔽體均為圓柱體；其中，前端屏蔽體兩截面之間的距離大于等于中間屏蔽體直徑，中間屏蔽體直徑大于后端屏蔽體直徑；所述前端屏蔽體的前端中央設(shè)有準(zhǔn)直孔，所述準(zhǔn)直孔形狀為在下底面向外的圓臺(tái)的基礎(chǔ)上，以?xún)善矫嫔舷聦?duì)稱(chēng)各截去圓臺(tái)一部分的幾何體，且兩平面在圓臺(tái)上底面和下底面均截去一個(gè)弓形；所述準(zhǔn)直孔的高度由內(nèi)向外遞增；屏蔽體前方設(shè)有屏蔽準(zhǔn)直體，屏蔽準(zhǔn)直體由絲桿牽引能夠前后移動(dòng)，所述屏蔽準(zhǔn)直體包括上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體，上屏蔽準(zhǔn)直體和下屏蔽準(zhǔn)直體分別由絲桿牽引能夠上下移動(dòng)；所述屏蔽體和屏蔽準(zhǔn)直體設(shè)置在耐壓密封殼內(nèi)；所述耐壓密封殼前端設(shè)有超聲波探測(cè)器；所述水下裝置還設(shè)有吊繩和底座；所述水面裝置包括無(wú)線發(fā)射接收模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、MCU板、DP5板、電源管理模塊、電源和天線，所述無(wú)線發(fā)射接收模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、MCU板、DP5板、電源管理模塊和電源均設(shè)置在浮筒內(nèi)，使得水面裝置能夠不依靠外力浮在水面上；所述水面裝置還包括與水下裝置相連接的電纜；所述電纜包含CZT探測(cè)器信號(hào)線和超聲波探測(cè)器信號(hào)線，CZT探測(cè)器信號(hào)線和超聲波探測(cè)器信號(hào)線分別通過(guò)CZT探測(cè)器接線端子和超聲波探測(cè)器接線端子接入水下裝置；所述無(wú)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理裝置包括天線、無(wú)線發(fā)射接收模塊和計(jì)算機(jī)。為驗(yàn)證本發(fā)明的乏燃料組件燃耗精密測(cè)量裝置在高劑量γ輻射環(huán)境下的適應(yīng)性，因此采用源強(qiáng)為8萬(wàn)居里的鈷60γ射線源對(duì)輻射敏感部件進(jìn)行輻照試驗(yàn)。結(jié)果證明：各輻射敏感部件在工況條件下均表現(xiàn)良好，不會(huì)產(chǎn)生輻射損傷故障，并有較大的耐γ輻射裕量。