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1、国家重点新产品项目产业化状况及前景分析项目名称：预衍射 X 射线荧光分析仪目 录概述11 申报项目的技术路线和产业化路线31.1 产品试制的技术路线 .31.2 产品的产业化路线 .52 技术水平52.1 产品的功能特点及主要技术性能指标.52.2 产品的创新性 .62.3 先进性 .72.4 产品学问产权状况 .83 市场需求和风险83.1 产品应用领域、市场需求.83.2 企业现有条件、产品竞争力 .83.3 风险分析 .104 经济和社会效益分析114.1 经济效益分析 .114.2 社会效益分析 .11结论12概述X 荧光分析技术是一种常见的放射性检测方法，它凭借极高的灵敏度、精确度，
2、以及能够进行无损分析、多元素同时分析的才能等优点，已被广泛用于冶金、地质、矿物、石油、化工、医疗、刑侦、考古等领域；特殊是近几年来，在环境辐射评判、材料科学等新兴学科中的应用，得到了快速地进展；为了应对化石燃料的短缺和保证能源安全，核电因其清洁性和高能量密度而受到青睐，进入了一个积极进展期，由此也带来了对核电站卸下的乏燃料进行有效治理的问题；乏燃料12含有大量未用完的可增殖材料238U 或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U 或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外仍有裂变元素等；目前，对于乏燃料的治理，国际上主要有两种战略考虑：90Sr、137
3、Cs、99Tc其一是后处理战略；即对乏燃料中所含的96%的有用核燃料进行分别并回收利用，裂变产物和次锕系元素固化后进行深地质层处置或进行分别嬗变，这是一种闭路核燃料循环；其 特点是铀资源利用率提高，削减了高放废物处置量并降低其毒性；其二是一次通过战略；即乏燃料经过冷却、包装后作为废物送入深地质层处置或长期贮存；该战略特点是费用可能较低，概念简洁；但缺点是废物放射性及毒性高，连续时间长达几百万年；乏燃料后处理是我国早已确定的技术路线； 1983 年，国务院科技领导小组召开全国专家论证会，经过对我国核电进展方案、国内外铀资源情形、国内后处理工艺技术进展水平、后处理的安全性、经济性等诸多方面的充分论
4、证，确定了“进展核电必需相应进展后处理”的战略，并在 1987 年日内瓦国际会议上对外公布了这一打算；乏燃料后处理技术，是高放射性条件下的高技术，其意义是世界上核电站的核燃料处理与储存本身就是一个十份困难的事情，有了这一技术，不仅能充分利用核燃料的功能，提高核燃料利用才能，为人类造福，更重要的是为减小了体积，降低了放射性，为储存核废物制造了条件，对环境也是一个大奉献；2021 年 12 月 21 日，中国第一座动力堆乏燃料后处理中间试验工厂中核四四中试工程热调试取得胜利；热调试的胜利，实现了核燃料闭式循环的目标，有力地推动了核燃料产业及核电的快速进展，为中国先进后处理工程技术的开发供应了重要的
5、讨论试验平台，标志着中国已把握了动力堆乏燃料后处理技术；在乏燃料分别、回收、提纯、处理等各过程中，都需要检测U、Np、Pu 的浓度，但后处理过程中，对应的检测对象是有毒有害的放射性液体样品，如何在保证安全、防止污染的条件下实现高灵敏度高精度的检测分析是一个关键的问题；目前可用于分析检测的方法有ICP、MS、XRF、化学分析等等，其中 ICP、MS分析需要把分析对象离子化，对于有毒有害的放射性元素来说，难以防止污染；化学分析手段需要分析员进行化学处理等，需要长时间接触这些有毒有害的放射性元素，不利于人员的安全，也简洁造成污染；直接用XRF方法，具有很高很强的散射背景，假如采纳滤片，射线缺失又很大
6、，都会降低元素分析灵敏度，不能满意后处理过程中 U、Np、Pu 的浓度检测的需求；国外在乏燃料后处理的U、Np、Pu 元素分析，主要采纳预衍射 XRF分析技术，但对外处于技术保密和封锁状态，该类设备属于禁买卖设备；我公司基于公司原有的 XRF设备研制技术及数字化多道谱仪技术，对射线的预衍射技术进行了讨论，研制了预衍射器，实现了降低溶液样品的高散射特性引起的高本底影响，减小强放射性造成的探测漏计，又尽可能少的削减有用射线的强度，从而达到了U、Np、Pu 的非接触式高灵敏度高精度分析，全密封测量，所需样品量小，无排放，防止有毒有害物质的泄露污染；该产品不仅可以用于乏燃料后处理过程中的放射性核素 U
7、、Np、Pu 浓度的检测，仍适用于分析液体样品中的中高原子序数的有毒有害元素，如： Pb、As 等，可以作为生产过程中的这些有毒有害元素浓度的检测设备，也作为特地的环境监测设备，从而可以扩大应用领域，具有广泛的应用前景和产业化前景；该产品以预衍射器为技术基础，数字化多道谱仪为技术核心，完成了X 光管激发晶体预衍射能量色散 X 射线荧光分析系统；产品非接触式分析放射性液体样品中的U、Np、Pu 或其它中高原子序数的有毒有害元素，可分析原子序数29-95范畴的元素；分析含量范畴1mg/L-2g/L ；采纳 200W水冷 X 光管；自动定性定量分析；全密封测量防止有毒有害物质的泄露污染；物理检测无排
8、放；本产品作为乏燃料的分析检测设备，打破了国外技术封锁，对乏燃料分别、回收、提纯处理、贮存等各过程的技术进步具有促进和带动作用，促进核工业的进展；仍可作为液体样品中有毒有害元素的检测设备，对环境爱护具有明显奉献，扩展应用领域，促进了产品结构与产业结构优化升级；该产品全部的研发成果均为企业自主创造，学问产权归企业全部；拥有自主学问产权， 创新性强，技术含量高，有望形成国内自主品牌的新产品；1 申报项目的技术路线和产业化路线1.1 产品试制的技术路线1） 技术原理典型的 X 射线荧光（ XRF）仪由激发源（ X 射线管）和探测系统构成； X 射线管产生入射X 射线（一次 X 射线），激发被测样品；
9、受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线， 并且不同的元素所放射出的二次X 射线具有特定的能量特性或波长特性， X 射线照在物质上而产生的次级 X 射线被称为 X射线荧光；由于不同元素发出的特点 X 射线能量和波长各不相同，因此通过对X 射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的，进行元素的定性分析；同时样品受激发后发射某一元素的特点 X 射线强度跟这元素在样品中的含量有关，因此测出它的强度就能进行元素的定量分析；探测系统测量这些放射出来的二次X 射线的能量或波长及数量，仪器软件将探测系统探测到的谱线进行分析处理，从而得到样品中元素的种类及含量；光在传播路径中，遇到不透亮或透亮的障
10、碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射；利用衍射手段，可以降低非分析能量段的X 射线强度，减小散射背景，保留有用信息；2） 技术路线在充分调研的基础上，基于公司的X 射线荧光仪产品技术，同时对衍射器和探测结构及数字化谱仪两个方面进行讨论；衍射器和探测结构主要依据需要测量射线的能量范畴，对材 料和结构进行挑选和试验；数字化能谱技术采纳“理论算法模拟仿真算法实现”的整体 讨论方案，利用已有讨论基础，积极开展信息猎取、数字成形和谱线处理等测试试验；依据 各阶段试验情形，准时调整完善讨论内容，直至全面完成讨论任务；3） 核心技术该产品以预衍射器为技术基础，数字化多道谱仪为
11、技术核心，主要由X 光管激发源、液体样品、准直器、晶体衍射器、探测器和数字化多道谱仪组成，如图1 所示；其中， X 光管采纳 200W的水冷 X 光管，探测器采纳目前世界上最先进的FAST-SDD探测器来实现 X射线的探测，以石墨晶体为主完成衍射器的设计，通过激发、样品、探测三者间的几何结构设计及衍射器，实现散射本底的降低，提高检出限；X 光管衍射器探测器数字化多道谱仪液体样品准直器图 1 产品组成框图自主研制的数字化多道谱仪采纳高速ADC数字化，建立脉冲成形和脉冲分别算法，主要包括梯形成形、卡尔曼滤波、数字基线复原、数字极零相消等，利用FPGA技术实现数字核信号处理，从而实现高速高辨论率的谱
12、数据猎取，其原理框图如图2 所示，主要算法如下；数字 S-K 滤波图 2 数字化多道板原理框图经典的滤波技术采纳的是基于模拟技术的S-K 滤波方法，但是由于模拟电路本身存在的很多缺点，而无法得以广泛应用；项目讨论采纳数字方法实现S-K 滤波方法，替换经典的模拟技术 S-K 滤波方法，有效实现核信号高斯成形和能谱数据的滤波处理；梯形成形利用高效递归算法，实现快速数字脉冲成形，可以实时产生梯形脉冲；利用该技术代替传统的模拟脉冲合成技术，经过初步的试验测试说明，使用这些技术，可以提高数字化谱仪的辨论率，达到正确的信噪比；卡尔曼滤波卡尔曼滤波器是一个最优化自回来数据处理算法，采纳时域上的递推算法，主要
13、用来预估那些只能被系统本身间接观测的系统状态；通过递推运算，由新获得的数据和前一时刻的估量值，得出新的估量值，最终得到系统状态的最优估量；在辐射脉冲幅度分析中基线评估技术是重要的一个环节由于前置放大器输出的脉冲信号较柔弱基线评估的精确性就显得特殊重要；为了减小基线估量的误差，我们采纳了卡尔曼滤波器来实现脉冲基线估量；1.2 产品的产业化路线1） 产品生产策略公司利用成都理工高校的技术人才优势， 进行产学研合作， 将他们的成熟先进技术优化、整合、注入到项目产品中；利用公司对核电子技术、自控技术、运算机软硬件、机械设计与制造等专业的整合才能和在核仪器产品开发生成过程中积存的技术和体会，使生产的核仪器在外观、性能指标、牢靠性上与国际接轨；公司拥有完备的研发生产场地和完善的生产检测设备，拥有一支高素养的生产队伍，在科学至上，技术创新的公司宗旨下，能快速生产满意用户需求的高质中意产品；利用成都理工高校核技
