[發明專利]放射性樣品穩定熱功率的實時追蹤測量方法

有效

• 申請號: 202010640341.0
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111780894B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 劉麗飛;呂衛星;胡石林;任英;武超
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種放射性樣品穩定熱功率的實時追蹤測量方法，方法包括以下步驟：(一)利用標準熱源制作表觀功率?標準功率刻度曲線；(二)測定待測樣品表觀功率值；(三)求解待測樣品熱功率。本發明的放射性樣品穩定熱功率實時追蹤測量方法基于反饋調節算法設計，因此放射性樣品熱功率的實時測量不必依賴待測體系整體熱平衡狀態的建立，可顯著縮短量熱測量時間，大幅提高了放射性樣品熱功率測量的時間效率，在時間效率上較被動測量模式提高一個數量級，同時測量結果準確性與目前典型被動測量模式相當。

技術領域

本發明屬于量熱領域，特別涉及一種放射性樣品穩定熱功率的實時追蹤測量方法。

背景技術

目前，針對放射性熱輻射樣品的量熱技術一般通過測量溫升來反饋計算樣品熱功率，對于熱功率較小的樣品而言，溫升過小難于精確測量，因此常以不同程度放大的關聯信號間接表征溫升，從而建立起關聯信號——熱功率之間的依存關系，然后依據刻度曲線確定未知樣品的熱功率值。此類量熱方法應用時需要待測樣品在量熱元件內形成穩定的溫度梯度才能有效輸出熱功率關聯信號值，需要一定的平衡時間，使得量熱測量對時間有明顯依賴性，降低了量熱測量的時間效率。

目前，針對放射性樣品的量熱計一般設計成雙腔室結構，一個腔室用于放置待測樣品，另一個腔室放置參比容器。參比容器除內部無放射性物質外，結構及造材盡可能與測量樣品一致。關聯信號一般取用熱電勢、熱電阻等能夠對溫度變化做出快速準確響應的監測量。測量方式上，多采取基于熱平衡的被動測量模式，即保持待測樣品及參比容器自然熱狀態，同時實時監測兩腔室熱關聯信號變化，參比容器產生的關聯信號值作為環境變量對熱平衡影響的消除因子，直至兩者關聯信號差值達到穩定即達到測量平衡態。被動測量模式下，測量平衡時間依賴于儀器固有結構特性，難以通過過程操作加以改變。少數設計成三腔室的量熱裝置，其平衡本質與雙腔室結構無異。

通過精細設計量熱裝置結構，采用伺服測量模式、使用平衡預熱系統以及平衡預測算法等手段可一定程度上縮短量熱測量的裝置內平衡時間，但相應結構設計在設備成型后即固化。其中，伺服測量模式并未改變平衡本質，效果有限；使用平衡預熱系統可以縮短測量裝置內平衡時間，但需要引入額外的前期預熱時間，總體而言時間效率提升程度并不顯著；平衡預測算法雖然能顯著減少測量時間，但存在犧牲測量精度及準確性的風險。

發明內容

為了解決現有放射性樣品熱功率測量過程中時間效率較低的問題，本發明提供了一種放射性樣品穩定熱功率的實時追蹤測量方法。

該放射性樣品熱功率的實時追蹤測量方法包括以下步驟：

(一)利用標準熱源制作表觀功率-標準功率刻度曲線

依據測量需求選擇刻度曲線標準功率點，然后按以下操作獲取各刻度曲線標準功率點的表觀功率-標準功率值對；

向標準熱源輸入選定功率點的標準電功率值，采集標準熱源熱功率所產生的關聯信號值，以及標準電熱模擬體電熱功率所產生的關聯信號值，追蹤并獲取標準熱源關聯信號值與所述標準電熱模擬體關聯信號值的實時差值；

以所述實時差值為輸入值，采用PID控制算法實時反饋計算、調節施加于所述標準電熱模擬體的電熱功率，促使標準電熱模擬體的關聯信號值向標準熱源的關聯信號值靠近，直至所述實時差值穩定歸零，此后實時獲取的標準電熱模擬體的電熱功率值即為標準熱源熱功率的表觀測量值；由所述選定功率點的標準電功率值及所述標準熱源熱功率的表觀測量值即可獲得標準功率點的表觀功率-標準功率值對；

根據獲取的刻度曲線各標準功率點的表觀功率-標準功率值對，以標準功率值為橫坐標，以表觀功率值為縱坐標，制作表觀功率-標準功率刻度曲線；

(二)測定待測樣品表觀功率值

采集待測樣品熱功率所產生的關聯信號值，以及標準電熱模擬體電熱功率所產生的關聯信號值，追蹤并獲取待測樣品關聯信號值與所述標準電熱模擬體關聯信號值的實時差值；