摘要：本文根据放射性废物测量分拣装置的组成和结构设计要求对各装置进行选型，并提出处理量的数学计算模型。对测量系统的处理量与探测距离、待探测废物厚度和γ能量之间的关系进行分析。基于MATLAB编程，对测量系统处理量进行线性优化，得出合理的设计模型。对各装置的处理量进行参数匹配，发挥系统最大的经济效益。

    关键词：系统匹配；线性优化；测量系统；MATLAB

    中图分类号：TH12文献标志码：A文章编号：

    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

    放射性废物的分拣工作大部分是通过人工方式或者半自动化分拣方式完成的，分拣技术缺乏论证性，没有形成系统性、全流程的综合考虑。而且分拣方法过程复杂、操作困难和分拣效率低等缺点。文富平[4]对放射性废物最小化的分拣技术进行了详细的分析，证明分拣是废物最小化的有效措施。所以对放射性废物测量分拣系统采用全自动化是迫切需要的。

    目前，国内外对固体放射性废物测量与分拣技术组成系统进行系统匹配优化的研究较少，国内外学者把系统匹配和参数优化的相关研究应用到很多领域。李一鸣[5]对客车的发动机、电机和动力电池组进行选型和参数匹配，达到了城市客车的动力性要求。李静[7]运用系统分析方法和理论对卷烟系统中的分拣设备单元和补货人员的配置进行了优化研究，最大化发挥了设备的整体性能。伊海霞等[7]对动力系统关键零部件进行参数匹配和设计，使设计的控制系统性能满足设计要求，提高了整车的动力性和经济性。赵永玲等[14]以驾驶室悬置元件刚度，阻尼为变量，对驾驶室悬置系统进行优化，使系统的乘坐舒适性有明显的提高。上述文献中对系统匹配和参数优化的成功案例，使系统匹配和参数优化的方法可靠，具有较强的论证性。

    本文针对固体放射性废物测量与分拣组合成一个系统并对系统进行匹配优化研究。根据放射性废物测量分拣装置的组成和结构设计要求对各装置进行选型，并提出处理量的数学计算模型。以探测距离、待探测废物厚度和γ能量为变量，基于MATLAB编程，对测量系统处理量的最大值进行线性优化；进而进行系统匹配研究，不仅得到合理的系统设计，而且使整个系统相互匹配，发挥最大的经济效益。

    2系统简介

    放射性废物测量分拣系统主要的测量分拣对象为中低放、固体的放射性废物。将放射性废物进行合理的贮存、科学分类和优化处理，具有很大的经济效益与社会效益，同时可以实现放射性废物的最小化要求。该系统由筛分系统、测量系统和分拣系统三个子系统组成，该总系统的工作流程如图1所示。

    筛分系统主要由破碎机和筛分机组成，振动筛与破碎机为标准的砾石与土壤处理设备，且筛分系统技术成熟。筛分系统采用的是一段式破碎筛分流程，如图2所示，该流程图闭路流程，闭路流程比开路流程更具优越性，它能保证待筛物料的粒度质量，也可以提高筛分机的利用效率。

    测量系统主要是由给料斗，传送装置，探测器，屏蔽装置，机械挡刀和抑尘装置组成。该子系统是放射性废物测量分拣总系统的核心部分。主要对放射性废物进行放射性水平高低的测量，传送装置对探测完的放射性废物进行传送。

    分拣系统主要是由输入料斗，一个电机驱动的旋转倾斜槽和三个固定封闭的输出斜槽，三个升降传送带，三个装料桶组成。该子系统的主要作用是对探测完的放射性废物进行分拣。

    3系统数学模型的建立

    3.1筛分子系统处理量的数学模型

    针对某中低放射性废物的参数要求，选定振动筛的类型为自定中心振动筛。它的工作原理为充分利用主轴旋转的偏心作用力使筛框作圆周运动，该类振动筛筛分效率较高且应用范围较广，主要可以用在粒度较细的环节，在矿山中，这是属于中碎或者细碎之后的物料。再根据自定中心振动筛的主要技术参数初步选定振动筛的型号为SZZ1500，其主要技术参数见下附表1所示：

    待探测分拣的放射性废物的物料特性表如表1所示

    3.3模型计算及结果分析

    分析探测效率的计算公式（7）可以得到探测效率随γ能量和探测效率d的变化关系，如下图3所示。

    根据颚式破碎机计算公式（2）得出其处理量为，而振动筛处理量只能对原物料的80%进行筛分，所以剩余7.8525t/h的处理量需要颚式破碎机破碎，应对破碎机进行再次选型，型号为PE-250×400，该型号的处理能力在3~13（t/h），破碎机满足与振动筛处理量的匹配。

    5结论

    通过分析高纯锗探测器的探测效率与γ能量和探测效率的关系，得出测量系统的处理量与土壤厚度、探测距离和γ能量的准确关系式。根据各子系统处理量之间相互匹配，得到合理化的放射性废物测量分拣系统。应用MATLAB编程对测量系统处理量进行线性优化，得到测量系统处理量的最值及对应参数的取值，实现了系统经济效益的最大化。

    参考文献：

    [1]白万春,关伟,杨静.HPGe探测器探测效率对γ能量及其探测距离的相关性研究[J].核电子学与探测技术,2015,35(02):215-218.

    [2]程毅梅,刘大鸣,何丽霞,等.用于放射性废物测量的新型分段γ扫描算法研究[J].原子能科学技术,2016,50(01):164-170.

    [3]肖文慧,文富平,陈凌,等.蒙特卡罗计算废物体活度浓度方法的研究[J].辐射防护,2013,33(06):374-377.

    [4]文富平.放射性废物最小化之分拣技术[A].中国核学会辐射防护分会、中国环境科学学会核与辐射环境安全专业委员会、台湾中华核能学会.两岸核电废物管理研讨会论文摘要集[C].,2011:6.

    [5]李一鸣,何锋,蒋雪生,等.并联式混合动力城市客车动力系统匹配与性能仿真[J].制造业自动化,2014,36(09):68-69+76.

    [6]张文超.直喷汽油机涡轮增压系统的匹配研究[D].吉林大学,2012.

    [7]李静.卷烟配送中心自动分拣系统配置与优化研究[D].山东大学,2009.

    [8]陈鹏,曹华军,张应,等.齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发[J/OL].机械工程学报,2017,53(01):190-197.

    [9]曹永刚,张玉茹,马运忠.6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化[J].机械工程学报,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]吴晓刚,卢兰光.插电式串联混合动力汽车的系统匹配与仿真[J].汽车工程,2013,35(07):573-582+618.

    [14]赵永玲,张淑琴,程兆刚.重型商用车驾驶室悬置系统的参数优化[J].机械设计与制造,2015,(02):202-205.

    作者简介：赵芳、女、1991年2月、在读硕士、南华大学、攻读方向为核设施应急技术与装备研究，湖南省机械工程学会。

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