便携式伽马射线成像仪:核能安全守护神
便携式伽马射线成像仪:核能安全守护神
便携式伽马射线成像仪是核能安全监测的重要工具。由中科院高能所进行技术研发、济南中科核技术研究院进行工程化开发的这款设备,可实现辐射热点实时成像,并给出活度定量化分析辐射场二维分布、能谱等多种信息。它不仅可用于核电站常规监测、退役反应堆监测,还能应对突发环境事件检测,大大提高了环境安全监测和应急能力。这种高科技设备的应用,为我们的生活提供了更加可靠的保障。
技术原理
便携式伽马射线成像仪主要基于射线检测和超声检测两大技术原理。射线检测利用X射线或γ射线穿透工件,通过胶片感光成像;超声检测则利用超声波与物质的相互作用进行缺陷检测。
射线检测的原理是利用电磁波或电磁辐射的能量,射线在穿透物体过程中会与物质发生相互作用,因吸收和散射使其强度减弱。强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿透的厚度。如果被透照物体的局部存在缺陷,且构成缺陷的物质的衰减系数又不同于试件,该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光,经过暗室处理后得到底片。
超声检测则是利用超声波与物质的相互作用:反射、折射和衍射。超声检测用探头的核心元件是压电晶片,其具有压电效应:在交变拉压应力的作用下,晶体可以产生交变电场。当高频电脉冲激励压电晶片时,发生逆压电效应,将电能转换成声能(机械能),探头以脉冲的方式间歇发射超声波,即脉冲波。当探头接受超声波时,发生正压电效应,将声能转换成电能。
核能安全监测中的应用场景
在核能安全领域,便携式伽马射线成像仪主要用于核设施监测、放射性物质检测等场景。采用碲化镉锌(CZT)固态探测器技术,具有高效率和能量分辨能力。其主要应用包括:
- 核电站常规监测:对核电站内部及周边环境的辐射水平进行实时监测,及时发现异常情况。
- 退役反应堆监测:在核设施退役过程中,对残留放射性物质进行检测和定位。
- 突发环境事件检测:在核泄漏等突发事件中,快速定位辐射源,评估辐射影响范围。
- 放射性物质运输监测:对放射性物质运输过程中的辐射安全进行实时监控。
研发成果与市场应用
中科院高能所和济南中科核技术研究院在该领域取得了显著成果。济南研究部面向我国芯片及功率半导体封装、新能源动力电池、精密机械、高端装备等领域的无损检测需求,瞄准在线、智能、柔性检测需求,目前已成功完成X射线精密无损检测设备系列产品的研发,具备从低能到高能、从显微到大型整机的完整工业CT设备系列定制化生产能力和技术服务能力。
在辐射监测仪器仪表研发方面,济南研究部相继完成国内首套车载式辐射成像应急监测系统、便携式伽马射线成像仪、埋地式中子探测器、通道式辐射监测相机、个人辐射剂量仪、长杆式辐射探测仪、中子探测器等产品的开发,部分设备产品已投入澳门青茂口岸等我国20余个海关口岸,并在G20峰会、“一带一路”国际合作高峰论坛、南京青奥会等重大活动的安全保障中发挥了重要作用。
市场竞争与技术优势
与国外同类产品相比,我国在便携式伽马射线成像仪领域具有明显优势。例如,德国NUVIA的PGIS-2便携式伽马射线能谱仪采用NaI(Tl)晶体探测器,而我国产品采用CZT探测器,具有更高的效率和能量分辨能力。此外,我国产品在集成度、便携性、智能化程度等方面也具有明显优势。
未来展望
随着核能产业的快速发展,便携式伽马射线成像仪的需求将持续增长。未来,该设备将向更高分辨率、更快速度、更智能化的方向发展,进一步提升核能安全监测和应急能力。同时,随着技术的不断进步,其应用领域也将不断拓展,为我国核能产业的发展提供更加有力的支撑。