本发明涉及一种测量直立容器内玻璃化高放射性废物料位的装置。

为要无损测定例如在盛料器内玻璃化高放射性废物的装料位，可通过测量中子与/或伽马（γ）射线，或用中子与/或伽马（γ）射线进行测量。在采用中子测量时，不仅要考虑一种有源的（应用一个外部中子源），而且还要考虑一种无源测量。因为，有源测量需要使用一个中子源，但是这种中子源不总是随手可得，而且测量费用相当昂贵，因此此种方法不宜选用。

对高放射性废物的分析结果表明，仅是由锔-244的自发裂变，每个立方米低浓缩铀废物浓缩物在一秒内产生的中子辐射约为14-22中子剂量/cm3秒。但是，由于使用氢氟酸来溶解燃料和套管，使低浓缩铀废物浓缩物的氟含量高达每升10克。氟定量地进入玻璃内。此外，这种玻璃还含有13%重量百分比的硼（硅酸硼玻璃）。由此，玻璃内的中子辐射主要是由对元素氟和硼的（α，n）反应所产生的中子引起的。低浓缩铀废物浓缩物的玻璃装料约为每公斤玻璃1升，相应于约170克氧化物。

据此，在玻璃内最终产生大于200中子剂量/cm3秒的总中子辐射。对此，根据经验，在使用灵敏度ε＝1记数每秒/毫微伏的中子探测器的情况下，在盛料器的表面上的计数率可高达500记数每秒。

由于对料位测定需要一个高的位置分辨率（～2cm），所以需要一种容积大的测量设备。实验室研究表明，需要40cm壁厚的聚乙烯（PE）屏蔽，以便取得高的信号-背景比和急升的计数率。由此，无源中子测量 可能也被排除。

本发明的任务是提出一种装置，用该装置就能够对高放射性废物或其它不允许接近的材料通过自动的以及遥控的操作进行可靠的料位测定。

该任务可通过具有以下特征的装置来解决：

一个具有至少两个伽马（γ）探测器的探测装置，

伽马（γ）探测器在屏蔽内设置了可与容器对准的准直仪开孔，

伽马（γ）探测器在相对于容器的垂直伸展线的界定位置上的相互间的距离是可调的。

伽马（γ）探测器连同其屏蔽设置在一个活动的支承臂上;

两个伽马（γ）探测器沿垂线方向彼此相隔一定距离设置;

准直仪开孔排列成这样，使容器上半部的料位可用下面的探测器来观测，而用上面的探测器可确定装料过程的终止。

本发明的其它优点体现在下面描述的特征中。在准直仪开孔的前面可装安装滤片。伽马（γ）探测器借助于肘杆至少可在水平面上活动。采用了带程序控制的电子线路。

按照本发明，选用无源伽马（γ）射线测量来测定盛料器内玻璃化的高放射性废物的料位。这种测定的特色是结构简单，位置分辨率高。

探测系统安装在一个托板上，并能放置到盛料器的测量位置上，探测系统例如由两个盖革-弥勒计数管和作为准直仪的球形铅屏蔽（半径12cm）组成。在水平面上两个盖革-弥勒计数管的距离，例如为15cm（他们对称于中心轴放置），所以在注入玻璃丝时不会产生明显的信号提高，并且位置变化也没有影响。探测器的高度距离，同样例如是15cm，所以盛料器的整个上半部能观测到。在准直仪开孔的前面使用铅滤片能使探测位置上的伽马（γ）剂量最佳化。为了获得足够高的玻璃比放射性（＞居里（Ci）/升），可以通过在准直仪开孔的前面加上一个具有较小 缝隙高度的附加准直仪来提高位置分辨率。

在没有盛料器的情况下在装料位置测定的计数率，随着盛料器的装料可以提高到1000倍，所以得出一个好的信号/背景比。盛料器垂直运动，能使位置分辨率得到确认并使位置最佳化。

本发明的伽马（γ）测量系统让装料过程能有良好的观察。盛料器的上半部用下测量通道来观测，并能及早了解到装料过程的故障。在正常工作情况下，用上测量通道来确定装料过程的终止，以及监察玻璃供料耗尽的情况。

将秤和伽马（γ）测量系统的测量数据进行比较得出校准曲线。采用附加准直仪，即使放射性变化了一个2的比率，切断玻璃流（＝175公斤）的高度精确地确定在1.5cm的范围内。

在正常操作时，三个值（秤、下测量通道、上测量通道）必须在误差范围内保持一致。如果两个由伽马（γ）测量得出的值保持一致，而秤的示值出现偏差，那么秤就出现故障。借助于伽马（γ）测量可安全地终止装料过程。由于伽马（γ）测量系统具有两个独立的测量通道，提供了一个附加的检查。

在一个较大的时间范围内进行的测试和试验表明，构想出来的伽马（γ）测量系统可靠地指示出切断玻璃供料的装料高度，并能排除盛料器的过度装料。

为了日常操作的应用，简化了测量电子装置。计数率（绝对值）的显示以及微处理机参数的调整，通过装在控制面板上的装置（例如显示装置，选择开关，等等）来实现，与/或一个带小型键盘的打印机连接到V24接口上，以便取得大范围的数据资料记录。

一种特别对下测量通道有用的自动校准可通过在考虑到起动信号情况下进行程序变动来实现，因此，放射性波动不再起作用。用这种方法有利的是，两个测量通道的计数率比V＝计数率1/计数率2与放射性 变化无关。在装料高度从70到80cm之间的范围内，存在着明显的函数关系V＝f（h）。

下面将借助图1-4，结合实施例来对本发明作更详细的说明。

图1表示测量装置的布置。在靠近盛料器1，朝着炉室2的方向，装有探测装置3。测量电子装置（亦参看图3）位于室5的外部，靠近秤4的显示装置。

图1是装置的结构的立面图，图2是其俯视图。探测装置3支撑在托板6上，并能被放置到如图所示的盛料器的测量位置上，并可摆动到盛料车移动范围以外。通过两个带有中间关节8的支臂对7、7′，探测器9、10能沿朝向盛料器中心的方向运动，所以能使探测器与盛料器之间的距离作任意变动。高度变化通过心轴11来实现。

两个探测器9和10（盖革-弥勒计数管）埋置在具有4cm长的圆筒形中间件的、半径为12cm的铅球12、13（屏蔽）内，选择这种形式是因为他们具有最佳的屏蔽重量。装入的准直仪缝隙14、15是制造成非对称的，所以探测器9、10向下（沿垂线16方向）的视场19、20受到严格的限制，朝上的倾斜允许有一个较大的视角。在水平面内具有相互之间距离为15cm的探测器9、10在40cm距离内可探测到一个△h＝11.5cm，△b＝3.9cm（中间几何宽度）的范围，这些视场19、20是朝向盛料器1的中心或对称轴（垂线16）的（见图2）。由此，注入的玻璃丝不产生附加的信号，并且盛料器1的位置变动不引起明显的信号变化。

两个探测器9、10相互之间的高度距离为15cm，选择这样的位置设置，使在正常操作时，上探测器9可观察玻璃供料切断时的装料高度。用下面的探测器10可以观察在盛料器上半部内的装料过程（玻璃出料口22，出料口支撑23）。在出现故障情况下，即装料速度高达300公斤/小时（＝3.2cm/分）时，可及早终止装料过程。

对于较高的玻璃比放射性（＞居里（Ci）/升），利用铅滤片17、18来减 小探测器部位上的剂量。由于上测量通道14确定玻璃供料切断的高度，可在该通道装一个带有小的缝隙高度（6mm）的附加准直仪，使位置分辨率取得实质性的改善。

在玻璃21内的伽马（γ）放射性约为19万亿贝克（TBq）/升，主放射源为具有约为14万亿贝克（TBq）/升的137铯（Cs），其伽马（γ）辐射能量达到662千电子伏。忽略不计玻璃21自身的伽马（γ）吸收，对一个10球面角度的立体角，在探测器9/10部位的剂量约为2.5西弗特（Siv）。为此，应用一个小型盖革-弥勒计数管可达到约500记数每秒的计数率。

采用四周为10cm厚的铅准直仪，几乎可获得一个与料位成函数关系的阶级曲线从而取得一个高的位置分辨率。探测器9、10通过准直仪缝隙14、15观察到盛料器1的边缘部份（见图2）。

图3表示测量电子装置的概貌，装入了两个具有下述灵敏度的盖革-弥勒计数管作为探测器9、10：

1.No.132，灵敏度ε＝103400记数每秒/西弗特（Siv）（钴60）

2.No.133，灵敏度ε＝95100记数每秒/西弗特（Siv）（钴60）

贴近探测器9或10处的阻抗可选为2.2兆欧。

第1结构组件24制成分立单元，包括高压电源（550V），前置放大器和鉴频器（1.5V）。

在结构组件24上，内部连接有一个调节前置放大器和鉴频器的控制装置，跟微处理机25一起调节阈值（或极限值）（电流电平26用于中心计算机27;电压电平28用于记录仪29）以及连接有两个用于统计达5千赫计数率的计数器输入。通过一个V24接口30来实现调节和数据应答。

为进行测试系统的校准操作，鉴频器信号24经脉冲发生器送到计算机辅助测量和控制装置的定标器31，该定标器由一台台式计算机32控制，并读出数据（打印机33），对于常规操作，4-20mA之间的电流信号是 足够的，这种信号由一个相应的电可编程序只读存储器软件进行控制，并把它输入中心计算机27。

微处理机25对在一个预定时间间隔△t内的脉冲进行累加，这种计数率通过V25接口30能得到应答和显示出来。

在0-10V之间的电压信号28和4-20mA之间的电流信号26是跟计数率成比例的，信号的大小能在V24接口30上输入一个比例因子F来改变。

电流信号26被输到中心计算机27。把秤4（图1）的重量显示与电流值（探测器9、10的）作比较，得到图4的按支持点形式输入的校准曲线34和35。在观测台的显示屏上把三个重量显示值（秤、下测量通道10、上测量通道9）进行比较。如果由下通道显示出重量为160公斤，则给出一个音响报警作为预警信号，如从上测量通道显示出重量为170公斤，则发出要切断玻璃供料22的警告信号。

为了在玻璃21的放射性甚至可能增加一倍的情况下保护探测器9、10和保证正常的数据收集，在准直仪开孔的前面放置了铅滤片17、18。下测量通道（10、15、20）的最大计数率为2000记数每秒，上测量通道（9、14、19）的最大计数率为1500记数每秒。

在装料开始时，5公斤的重量相应于盛料器1加在出料口支撑23上的压紧力。在装料过程结束时，装料重量和秤4的显示值之间的差，表示增加的压紧力，这压力是由于容器加热引起的温升而形成的。

在装料过程开始时，计数率是很低的。随着装料高度的提高，即随着重量的增加，到达探测器10的散射射线愈来愈多。在下测量通道内从135公斤开始的明显上升，意味着将从探测器10看到液体表面。在超过160公斤之后，液面超过了观测窗的上缘。同样的过程也能在上测量通道9观测到。在达到终止重量时，在这种情况下还可从上探测器9看到液体表面。数据的比较结果显示良好的测量重现性。

根据离散的带宽，并假定玻璃21的放射性不发生变化，因而由计数 率能够精确地求得对下测量通道10在135-155公斤范围内的、以及对上测量通道9在153-180公斤范围内的重量测定，精度为2公斤。在观测窗之外，计数率对重量只有很小的依赖关系，所以测量精度差。

用下测量通道10来观察盛料器1的上部区域，而上测量通道9可用于切断装料过程。

如果玻璃21的放射性发生变化，则必需测出一条新的校准曲线（图4），以便使计数率与重量之间保持精确的协调。

测量时间和比例因子的调节通过V24接口30来实现（图3）。为了取得一个高的电流信号的分辨率，比例因子应这样来选择使最大的计数率相应于16毫安的电流。采用达20毫安的安全限程是要避免微处理机25在较小的放射性变化的情况下需要重新调整。为了保护探测器9、10，在盛料器1装料完毕时需要断开高压。

如果要对探测器9或10的位置进行变动，或作其它附加的变动、如更换铅滤片与/或重新调整测量电子装置，则需要作一条新的校准曲线34或35（按图4）。支持点应对应于曲线的曲率来选择，因为在支持点之间要采用线性插入法。

在比放射性发生变化时，同样也需要作一条新的校准曲线。

在正常操作情况下，三个值（秤、下测量通道、上测量通道）必须在误差范围内保持一致，如不一致，那么就要区分下述三种情况：

1.伽马（γ）测量所得值互相保持一致，它们对秤4显示出共同的偏差。如果在所有三个测量通道都能得出良好的重量测定的120-170公斤范围内伽马（γ）测量的数值一致，那么只有可能是秤4存在误差。

2.秤4的值仅与伽马（γ）测量的一个值相一致。在这种情况下，表示在另一个测量通道内存在故障（探测器9、10、测量电子装置、失调、校准发生变化，等等）。

3.三个值互相不一致。两个伽马（γ）测量通道可能发生第2种情 况。放射性的变化引起同样的效应。在放射性增强时，两个伽马（γ）值超过秤4的值，或者情况相反。

在发生大的变动时，一种是提供过大的电流信号I＞19毫安，另一种是过小的电流信号I最大＜6毫安。此时，微处理机25必需重新调整与/或需要更换铅滤片17、18。