摘要：本文根據放射性廢物測量分揀裝置的組成和結構設計要求對各裝置進行選型，并提出處理量的數學計算模型。對測量系統的處理量與探測距離、待探測廢物厚度和γ能量之間的關系進行分析。基于MATLAB編程，對測量系統處理量進行線性優化，得出合理的設計模型。對各裝置的處理量進行參數匹配，發揮系統最大的經濟效益。

    關鍵詞：系統匹配；線性優化；測量系統；MATLAB

    中圖分類號：TH12文獻標志碼：A文章編號：

    ResearchonMatchingOptimizationofRadioactiveWasteMeasuringandSortingSystem

    ZOUShu-liang2，ZHAOFang1,2，WANGXiang-jiang1,2，XUShou-long2

    (1.UniversityofSouthChinaSchoolofMechanicalEngineering,HunanHengyang421001;

    2.KeyLaboratoryofEmergencyFacilitiesandEquipmentforEmergencyFacilitiesinNuclearFacilitiesinHunanHengyang421001)

    Abstract：Accordingtothecompositionandstructuredesignoftheradioactivewastemeasurementsortingdevice,theselectionofeachdeviceiscarriedout，andthemathematicalmodelofprocessingquantityisproposed.Therelationshipbetweentheprocessingcapacityofthemeasurementsystemandthedetectiondistance,thethicknessofthewastetobedetectedandthegammaenergyareanalyzed.BasedonMATLABprogramming,areasonabledesignmodelisobtainedforthelinearoptimizationofmeasurementsystem.Theprocessingparametersofeachdevicearematched,tomaximizetheeconomicbenefitsofthesystem.

    Keywords：SystemMatching;LinearOptimization;MeasurementSystem;MATLAB

    1引言

    放射性廢物的分揀工作大部分是通過人工方式或者半自動化分揀方式完成的，分揀技術缺乏論證性，沒有形成系統性、全流程的綜合考慮。而且分揀方法過程復雜、操作困難和分揀效率低等缺點。文富平[4]對放射性廢物最小化的分揀技術進行了詳細的分析，證明分揀是廢物最小化的有效措施。所以對放射性廢物測量分揀系統采用全自動化是迫切需要的。

    目前，國內外對固體放射性廢物測量與分揀技術組成系統進行系統匹配優化的研究較少，國內外學者把系統匹配和參數優化的相關研究應用到很多領域。李一鳴[5]對客車的發動機、電機和動力電池組進行選型和參數匹配，達到了城市客車的動力性要求。李靜[7]運用系統分析方法和理論對卷煙系統中的分揀設備單元和補貨人員的配置進行了優化研究，最大化發揮了設備的整體性能。伊海霞等[7]對動力系統關鍵零部件進行參數匹配和設計，使設計的控制系統性能滿足設計要求，提高了整車的動力性和經濟性。趙永玲等[14]以駕駛室懸置元件剛度，阻尼為變量，對駕駛室懸置系統進行優化，使系統的乘坐舒適性有明顯的提高。上述文獻中對系統匹配和參數優化的成功案例，使系統匹配和參數優化的方法可靠，具有較強的論證性。

    本文針對固體放射性廢物測量與分揀組合成一個系統并對系統進行匹配優化研究。根據放射性廢物測量分揀裝置的組成和結構設計要求對各裝置進行選型，并提出處理量的數學計算模型。以探測距離、待探測廢物厚度和γ能量為變量，基于MATLAB編程，對測量系統處理量的最大值進行線性優化；進而進行系統匹配研究，不僅得到合理的系統設計，而且使整個系統相互匹配，發揮最大的經濟效益。

    2系統簡介

    放射性廢物測量分揀系統主要的測量分揀對象為中低放、固體的放射性廢物。將放射性廢物進行合理的貯存、科學分類和優化處理，具有很大的經濟效益與社會效益，同時可以實現放射性廢物的最小化要求。該系統由篩分系統、測量系統和分揀系統三個子系統組成，該總系統的工作流程如圖1所示。

    篩分系統主要由破碎機和篩分機組成，振動篩與破碎機為標準的礫石與土壤處理設備，且篩分系統技術成熟。篩分系統采用的是一段式破碎篩分流程，如圖2所示，該流程圖閉路流程，閉路流程比開路流程更具優越性，它能保證待篩物料的粒度質量，也可以提高篩分機的利用效率。

    測量系統主要是由給料斗，傳送裝置，探測器，屏蔽裝置，機械擋刀和抑塵裝置組成。該子系統是放射性廢物測量分揀總系統的核心部分。主要對放射性廢物進行放射性水平高低的測量，傳送裝置對探測完的放射性廢物進行傳送。

    分揀系統主要是由輸入料斗，一個電機驅動的旋轉傾斜槽和三個固定封閉的輸出斜槽，三個升降傳送帶，三個裝料桶組成。該子系統的主要作用是對探測完的放射性廢物進行分揀。

    3系統數學模型的建立

    3.1篩分子系統處理量的數學模型

    針對某中低放射性廢物的參數要求，選定振動篩的類型為自定中心振動篩。它的工作原理為充分利用主軸旋轉的偏心作用力使篩框作圓周運動，該類振動篩篩分效率較高且應用范圍較廣，主要可以用在粒度較細的環節，在礦山中，這是屬于中碎或者細碎之后的物料。再根據自定中心振動篩的主要技術參數初步選定振動篩的型號為SZZ1500，其主要技術參數見下附表1所示：

    待探測分揀的放射性廢物的物料特性表如表1所示

    3.3模型計算及結果分析

    分析探測效率的計算公式（7）可以得到探測效率隨γ能量和探測效率d的變化關系，如下圖3所示。

    根據顎式破碎機計算公式（2）得出其處理量為，而振動篩處理量只能對原物料的80%進行篩分，所以剩余7.8525t/h的處理量需要顎式破碎機破碎，應對破碎機進行再次選型，型號為PE-250×400，該型號的處理能力在3~13（t/h），破碎機滿足與振動篩處理量的匹配。

    5結論

    通過分析高純鍺探測器的探測效率與γ能量和探測效率的關系，得出測量系統的處理量與土壤厚度、探測距離和γ能量的準確關系式。根據各子系統處理量之間相互匹配，得到合理化的放射性廢物測量分揀系統。應用MATLAB編程對測量系統處理量進行線性優化，得到測量系統處理量的最值及對應參數的取值，實現了系統經濟效益的最大化。

    參考文獻：

    [1]白萬春,關偉,楊靜.HPGe探測器探測效率對γ能量及其探測距離的相關性研究[J].核電子學與探測技術,2015,35(02):215-218.

    [2]程毅梅,劉大鳴,何麗霞,等.用于放射性廢物測量的新型分段γ掃描算法研究[J].原子能科學技術,2016,50(01):164-170.

    [3]肖文慧,文富平,陳凌,等.蒙特卡羅計算廢物體活度濃度方法的研究[J].輻射防護,2013,33(06):374-377.

    [4]文富平.放射性廢物最小化之分揀技術[A].中國核學會輻射防護分會、中國環境科學學會核與輻射環境安全專業委員會、臺灣中華核能學會.兩岸核電廢物管理研討會論文摘要集[C].,2011:6.

    [5]李一鳴,何鋒,蔣雪生,等.并聯式混合動力城市客車動力系統匹配與性能仿真[J].制造業自動化,2014,36(09):68-69+76.

    [6]張文超.直噴汽油機渦輪增壓系統的匹配研究[D].吉林大學,2012.

    [7]李靜.卷煙配送中心自動分揀系統配置與優化研究[D].山東大學,2009.

    [8]陳鵬,曹華軍,張應,等.齒輪高速干式滾切工藝參數優化模型及應用系統開發[J/OL].機械工程學報,2017,53(01):190-197.

    [9]曹永剛,張玉茹,馬運忠.6-RSS型并聯機構的工作空間分析與參數優化[J].機械工程學報,2008,(01):19-24.

    [10]SigitYoewonoMartowibowo,AgungKaswadi.OptimizationandSimulationofPlasticInjectionProcessusingGeneticAlgorithmandMoldflow[J].ChineseJournalofMechanicalEngineering,2017,30(02):398-406.

    [11]CHENDongning,ZHANGRuixing,YAOChengyu,ZHAOZheyu.DynamicTopologyMultiForceParticleSwarmOptimizationAlgorithmandItsApplication[J].ChineseJournalofMechanicalEngineering,2016,29(01):124-135.

    [12]InternationalAtomicEnergyAgency.RetrievalandconditioningofSolidRadioactiveWasteformOldFacilities[J].TechnicalReportsSeries456，Vienna(2001).

    [13]吳曉剛,盧蘭光.插電式串聯混合動力汽車的系統匹配與仿真[J].汽車工程,2013,35(07):573-582+618.

    [14]趙永玲,張淑琴,程兆剛.重型商用車駕駛室懸置系統的參數優化[J].機械設計與制造,2015,(02):202-205.

    作者簡介：趙芳、女、1991年2月、在讀碩士、南華大學、攻讀方向為核設施應急技術與裝備研究，湖南省機械工程學會。

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