該系統(tǒng)用于實時測定乏燃料后處理廠中在線監(jiān)測點的鈾濃度及Σγ測量。系統(tǒng)包括三個部分,探測器、數(shù)字化譜儀、二次儀表。
在實時監(jiān)測中,探測器放置在壁龕內(nèi)(紅區(qū)),數(shù)字化譜儀放置在現(xiàn)場(橙區(qū)),二次儀表放置在主控室(白區(qū))。探測器進行實時探測,將核信號發(fā)送給數(shù)字化譜儀,數(shù)字化譜儀進行實時核信號處理,并將譜數(shù)據(jù)發(fā)送給二次儀表。二次儀表顯示濃度、活度、譜圖、趨勢圖、進行報警、數(shù)據(jù)存儲、電磁閥遠程控制以及參數(shù)遠程設置等。下面分別對探測器、數(shù)字化譜儀、二次儀表進行說明。
γ在線分析系統(tǒng)儀器性能參數(shù)
探測器
探測器部分包括NaI探頭、光電倍增管、前置放大電路。NaI探測器對γ射線進行探測,輸出信號至光電倍增管,完成光信號-電信號的轉(zhuǎn)換后,再由光電倍增管輸出電脈沖信號至前置放大器。對核脈沖信號進行調(diào)理后,前置放大器輸出信號至主放大器。光電倍增管外部采用磁屏蔽,以提高抗電磁干擾的性能。
數(shù)字化譜儀
數(shù)字化譜儀主要包括模擬、數(shù)字兩大部分以及外圍電源電路。其中,模擬部分主要包括主放大器和脈沖成形電路;數(shù)字部分包括ADC、增益控制、偏置調(diào)節(jié)、高壓控制模塊DAC(HV)、FPGA模塊電路以及ARM模塊。
前置放大器輸出信號由主放大器和成形電路處理后,得到信噪比核信號,經(jīng)20MHz 高速ADC采樣后,送入FPGA模塊進行數(shù)字梯形成形、基線恢復、堆積脈沖識別與分離、幅度甄別以及死時間矯正等處理,最后完成幅度甄別得到測量譜線。FPGA與ARM間通過SPI總線實現(xiàn)通信,將數(shù)據(jù)傳送至ARM模塊。數(shù)字化譜儀與二次儀表連接,為保證ARM模塊與二次儀表之間能進行有效地遠距離通信,設計使用CAN總線進行數(shù)據(jù)的遠距離傳輸,同時設計CAN-USB模塊。即ARM模塊通過CAN總線收發(fā)數(shù)據(jù),二次儀表通過USB2.0收發(fā)數(shù)據(jù),CAN-USB模塊負責兩種通信協(xié)議間的轉(zhuǎn)換。ARM模塊除傳輸譜數(shù)據(jù)外,還能接受二次儀表控制命令,如對探測器高壓、主放大器增益、偏置以及測量時間等進行控制。
二次儀表
采用無風扇工業(yè)級一體化計算機,支持觸摸操作,安裝Windows 7操作系統(tǒng)。操作軟件設計為可視化操作界面,通過USB2.0收發(fā)數(shù)據(jù)。二次儀表一方面用于顯示測量時間、總計數(shù)、單道計數(shù)、能量分辨率、標記區(qū)域計數(shù)等,并完成在線監(jiān)測點的鈾濃度及Σγ的分析,在顯示區(qū)域可進行測量濃度、濃度趨勢線與譜圖之間自由切換顯示;另一方面,可遠程控制現(xiàn)場的數(shù)字化譜儀,設置工作參數(shù)。軟件操作通過鼠標、觸摸屏均可完成。
軟件參數(shù)
軟件界面主要顯示測量時間、總計數(shù)、單道計數(shù)、能量分辨率、標記區(qū)域計數(shù)等,并在測量中,可實現(xiàn)測量濃度、測量活度、趨勢線與譜圖之間自由地切換顯示。設置好測量參數(shù)(偏置、增益等),使用Am-241源進行γ吸收實驗,圖9-8所示為測量結(jié)果
實測譜圖
LMX-3000X 钚在線分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)用于實時測定乏燃料后處理廠中在線監(jiān)測點的钚濃度。系統(tǒng)包括三個部分,探測器、數(shù)字化譜儀、二次儀表。
钚在線系統(tǒng)儀器性能參數(shù)
探測器
探測器部分主要包括Amptek公司推出的FAST_SDD半導體探測器,該探測器集成了前置放大器。Fast-SDD探測器對在線監(jiān)測點的所有放射性核素的特征X射線進行探測,并輸出脈沖信號至前置放大器。前置放大器對脈沖信號進行初步濾波成形等調(diào)理后,輸出核脈沖信號至主放大器。圖9-13所示為Fast-SDD探測器性能參數(shù)的測試結(jié)果。
9.2.2 數(shù)字化譜儀
數(shù)字化譜儀主要包括模擬、數(shù)字兩大部分以及外圍電源電路。其中,模擬部分主要包括主放大器和脈沖成形電路;數(shù)字部分包括ADC、增益控制、偏置調(diào)節(jié)、FPGA模塊電路以及ARM模塊。
前置放大器輸出信號由主放大器和成形電路處理后,得到信噪比核信號,經(jīng)20MHz 高速ADC采樣并數(shù)字化后,送入FPGA模塊進行數(shù)字梯形成形、基線恢復、堆積脈沖識別與分離、幅度甄別以及死時間矯正等處理,從而得到測量譜線。FPGA與MCU間通過SPI總線實現(xiàn)通信,將數(shù)據(jù)傳送至ARM模塊。數(shù)字化譜儀與二次儀表連接,為保證ARM模塊與二次儀表之間能進行有效地遠距離通信,設計使用CAN總線進行數(shù)據(jù)的遠距離傳輸,同時設計CAN-USB模塊。即ARM模塊通過CAN總線收發(fā)數(shù)據(jù),二次儀表通過USB2.0收發(fā)數(shù)據(jù),CAN-USB模塊負責兩種通信協(xié)議間的轉(zhuǎn)換。ARM模塊除傳輸譜數(shù)據(jù)外,還能接受二次儀表控制命令,如對探測器高壓、主放大器增益、偏置以及測量時間等進行控制。
9.2.3 二次儀表
采用無風扇工業(yè)級一體化計算機,支持觸摸操作,安裝Windows 7操作系統(tǒng)。操作軟件設計為可視化操作界面,通過USB2.0收發(fā)數(shù)據(jù)。二次儀表一方面用于顯示測量時間、總計數(shù)、單道計數(shù)、能量分辨率、標記區(qū)域計數(shù)等,并根據(jù)钚-239的特征X射線能量,完成在線監(jiān)測點鈾濃度的分析,在顯示區(qū)域可進行測量濃度、濃度趨勢線與譜圖之間自由切換顯示;另一方面,可遠程控制現(xiàn)場的數(shù)字化譜儀,設置工作參數(shù)。軟件操作通過鼠標、觸摸屏均可完成。
9.2.4.4 軟件參數(shù)
實測譜圖