CN103267974A

CN103267974A - 改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置

Info

Publication number: CN103267974A
Application number: CN2013101464390A
Authority: CN
Inventors: 程建平; 袁宏永; 李君利; 曾志; 马豪; 梁漫春; 张辉; 邱睿
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: CN103267974B

Abstract

本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，包括：马林杯，马林杯的内腔划分为第一腔室和第二腔室且第一腔室和第二腔室的上部彼此相连通，第一腔内形成有安装腔；水管组件，水管组件包括进水管和出水管，进水管与第一腔室的底部相连通以使水体从进水管流入第一腔室内并在第一腔内螺旋向上流动，出水管与第二腔相连通；探测器组件，探测器组件设在安装腔内以对第一腔内的水体进行放射性核素伽玛辐射监测；和屏蔽体，屏蔽体具有内腔且马林杯设在屏蔽体的内腔中以降低外部环境的本底。由此，根据本发明实施例的自动监测装置，通过改进的马林杯能够保证水体连续更新，提高了监测结果的准确性。

Description

改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特备是涉及一种改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置。

背景技术

无论是核电站还是其他核设施，在正常运行情况或者事故情况下，都可能向水体排放放射性废物。同时，某些恐怖分子也可能在水源地（如水库、湖泊、河流等）释放大量放射性核素达到其危害社会安全的目的。为此，需要对水体放射性核素进行不间断的环境监测。

水体放射性核素伽玛辐射监测技术分为取样-实验室分析和在线实时能谱测量分析两种。

首先介绍取样-实验室分析。该方法首先到目标水域进行取样，把取样得到的水运回到实验室，在实验室进行样品处理、之后用低本底高纯锗谱仪进行测量与伽玛能谱分析。这种方法经过长期发展，已经建立起一整套的技术标准和规范，测量精度高，结果可靠，在世界范围内得到广泛地使用。我国目前对核电站周围水体和饮用水就采用这种方法进行水体放射性核素监测。但这种非实时在线、非持续的工作模式难于对水体放射性环境进行及时有效的监测，更难进行可能的放射性污染的预报和预警。因此，这种方法虽然目前还是水体放射性核素监测的主流，但是逐渐被在线实时能谱测量分析所取代。

其次，在线实时能谱测量分析通过在线实时测量水体中放射性核素的伽玛能谱得到放射性核素活度浓度。相较于取样-实验室分析，在线实时能谱分析具有多种优势：可以实时地、持续地监测，可以较快测出污染扩散区的范围，可以指导和优化实验室分析的采样工作，可以用来调查沉没放射性物质甚至核潜艇周围的辐射。

从实现技术上，在线实时能谱测量分析又分为两种：

（1）水下实时在线伽玛能谱测量分析。水下实时在线伽玛射线测量装置最初是用于水下（海洋或湖泊）地质勘探的。1958～1960年，前苏联科学院地球物理实验室开发了第一个水下伽玛射线探测装置MORS-59，用来在Azerbaidzhan地区进行油气勘探。MORS-59用的是NaI(Tl)探测器，可以测量1MeV以上的总伽玛数。紧接着，比利时、加拿大、丹麦、法国、德国、日本、荷兰、挪威、美国和英国从60年代开始纷纷开展独立研究。1961-1962年，为了完成美国湖泊和海洋的放射性调查，美国在Superior湖和Burt湖进行了水下原型机的野外实验，该原型机采用的是多个盖格计数器，并用已知60Co源的测量结果来反推密度。1973年，比利时研制了一个拖曳式水下NaI(Tl)探测器，该探测器对伽玛射线进行总计数，用来进行海床沉积物放射性调查。60年代末70年代前期，英国首次在非洲西北部的海床上测量到了世界上第一个海水就地伽玛能谱（100道）；其后，在70年代后期和80年代，英国在此基础上先后发展了拖曳式能谱测量系统，分别采用NaI探测器和Ge(Li)探测器，广泛用于海底地质调查等方面。德国从70年代后期，就采用NaI(Tl)探测器直接测量海水总的γ辐射和伽玛能谱，并确定特定核素（如137Cs）活度。碘化钠探测器由于其低功率消耗、高探测效率和低价格，是目前水体放射性实时在线能谱分析系统最常使用的探测器。虽然很多人研究通过改进水下探测器系统的结构或者改进γ能谱的分析方法来提高用于水体就地γ能谱监测的碘化钠系统的性能，但是碘化钠探测器由于固有的能量分辨率不够好的缺点，是不可能实现复杂γ能谱的核素分析的。

（2）水体伽玛谱自动监测测量。这种监测装置不是直接放入到水体中进行监测，而是通过水路系统把水抽到特定的容器中进行检测（称为容器式），或者直接对通过液体的管道进行放射性监测（称为钳式）。

容器式以美国堪培拉公司生产的自动γ谱水体监测装置（Automatic GammaSpectroscopic Water Monitor）为代表，它以NaI(Tl)探测器为主体，用低放射性水平铁构建了一个低本底测量室，低本底测量室内是一个有机容器，利用管道将水抽取到有机容器，通过NaI(Tl)探测器测量容器内水样的γ能谱，从而确定水样中的放射性核素种类和含量。

钳式则以美国Ortec公司生产的OS5500水监测系统（OS5500Clam-on WaterMonitoring System）为代表，它的探测器紧挨管道，直接测量管道中液体的伽玛能谱。钳式一般用于反应堆回路中的管道水体放射性监测，环境监测中更常用到的是容器式水体伽玛能谱监测系统。

但目前容器式水体伽玛能谱自动监测测量装置，其结构上只适用一种探测器（如NaI(Tl)），没有互换性。

另外，对容器的水路设计没有优化，仅仅是一个有机容器，可能会导致水体不能及时全部更新，探测器测量到的数据来自于同一部分水体，因此造成监测数据不准确。

最后，屏蔽结构大多采用Fe或Pb材料制成，屏蔽效果比较单一，造成环境本底较高，严重影响检测的结果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有具有探测本底低、探测效率高、且水体样品连续不重复的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置。

根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，包括：马林杯，所述马林杯的内腔划分为第一腔室和第二腔室且所述第一腔室和第二腔室的上部彼此相连通，所述第一腔内形成有安装腔，水管组件，所述水管组件包括进水管和出水管，所述进水管与所述第一腔室的底部相连通以使水体从所述进水管流入所述第一腔室内并在所述第一腔内螺旋向上流动，所述出水管与所述第二腔相连通，探测器组件，所述探测器组件设在所述安装腔内以对所述第一腔内的水体进行放射性核素伽玛辐射监测；和屏蔽体，所述屏蔽体具有内腔且所述马林杯设在所述屏蔽体的内腔中以降低外部环境的本底。

由此，根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，通过改进的马林杯能够保证水体连续更新，提高了监测结果的准确性。

另外，根据本发明的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述进水管与所述第一腔室的底壁相连通且水体沿倾斜向上方向从所述出水管入射到所述第一腔室内。

根据本发明的一个实施例，所述出水管的出水口伸入所述第一腔室内且与水平面成向上倾斜的夹角。

根据本发明的一个实施例，所述出水管与所述第二腔室的底部相连通。

根据本发明的一个实施例，所述马林杯的底壁上设有向上延伸的挡水板以将所述马林杯的内腔划分为所述第一腔室和第二腔室，所述挡水板的的高度小于所述马林杯内腔的高度。

根据本发明的一个实施例，所述第一腔室的容积大于所述第二腔室的容积。

根据本发明的一个实施例，所述第一腔室的底壁上设有向上延伸的凸起部，所述凸起部形成安装腔以容纳所述探测器组件。

根据本发明的一个实施例，所述探测组件包括容纳在所述安装腔内的探测器以及设在所述自动监测装置外部且与所述探测器相连的辅助装置。

根据本发明的一个实施例，所述探测器与所述辅助装置通过设在所述自动监测装置底部且穿过所述屏蔽体的通讯通道相连接，所述探测器、所述辅助装置与所述通讯通道形成大体U形结构。

根据本发明的一个实施例，所述屏蔽体为具有可拆卸上盖的复合屏蔽体且制成所述屏蔽体的材料按从内向外的顺序包括铜、含硼聚乙烯以及铅。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置的马林杯的剖视图；

图3根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置的马林杯去掉上盖的俯视图；

图4根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置的探测器组件的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-4描述根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置。

根据本发明实施例的改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，包括：马林杯10、水管组件、探测器组件和屏蔽体40。

具体而言，如图1所示，马林杯10的内腔划分为第一腔室11和第二腔室12，并且第一腔室11和第二腔室12仅上部彼此相连通，第一腔室11内形成有与第一腔室彼此密封隔绝的安装腔13。

探测器组件可以整体也可以部分设在安装腔13内，以对第一腔室11内的水体进行放射性核素伽玛辐射的监测。由于安装腔13位于第一腔室11内但与第一腔室11彼此密封隔绝，因此，探测器组件设在安装腔13内可以对水体进行全方位监测。

屏蔽体40具有内腔，马林杯10设在屏蔽体40的内腔中，即屏蔽体40围绕在马林杯的外周，通过包裹以对马林杯形成屏蔽保护，降低环境本体对第一腔室11内的水体的影响。

水管组件包括进水管21和出水管22。进水管21与第一腔室11的底部相连通以使水体从进水管21流入第一腔室11内，并且使水体在第一腔室11内螺旋向上流动，即水体沿着第一腔室11的内壁形成螺旋向上的流动趋势，由第一腔室11的底部向上流动，直至通过第一腔室11的上部与第二腔室12的上部相连通处流入第二腔室12内。

如图2和3所示，进水管21与第一腔室11的底壁相连通，出水管21的出水口211伸入第一腔室11内且与水平面成向上倾斜的夹角，这样水体从出水口211射出后能够沿倾斜向上方向入射到第一腔室11内，当喷射出的水体碰到第一腔室11的内壁后能够形成螺旋向上的流动趋势，进而带动位于新流入水体上方的水体也同样以螺旋向上的方式向上流动。

通过这种由下向上的螺旋流动方式使得第一腔室11内的水体能够连续更新，不会造成水体在第一腔室11内的滞留。

出水管22与第二腔相12连通，以便水体从出水管22流出自动监测装置。

另外，通过控制水体从进水口211喷射出的速度（例如，将进水管11与水泵50相连并通过水泵50调节喷射速度）以及进水口211的倾斜角度，能够对水体的螺旋向上流动进行调节和控制，以满足不同监测条件的需求。

进水管21还可以与过滤器60相连以对进入马林杯10内的水体进行预过滤。

根据本发明的一个实施例，出水管22可以与第二腔室12的底部相连通，当水体从第一腔室11流入第二腔室12后直接从第二腔室12的底部流出。

如图1所示，出水管22还可以与第二腔室12的上部相连通，出水管22伸入第二腔室12的底部，通过与出水管22相连的水泵50将第二腔室12内的水从出水管22抽出。

如图1所示，马林杯10的底壁上设有向上延伸的挡水板14，以将马林杯10的内腔划分为第一腔室11和第二腔室12。挡水板14的的高度小于马林杯10的内腔的高度，并且挡水板14的上边沿邻近马林杯10的内腔的上边沿。

挡水板14偏离马林杯10的中心线，以使划分的第一腔室11的容积大于第二腔室12的容积，这样使第一腔室11内有足够的容易容纳安装腔13和足够量的水体。

根据本发明的另一个实施例，第一腔室11的底壁上设有向上延伸的凸起部15，凸起部15的内壁形成容纳探测器组件的安装腔13，安装腔13可以为柱形且位于第一腔室11的中心以便探测器组件能够全方位对水体进行监测。

这样设计能够保证容纳腔13与马林杯一体成型，不仅无需另设密封件而且保证了刚性。

马林杯可以由有机玻璃或其他塑料材料材质，例如PVC，制成。

优选地，凸起部15的材料的厚度可以比马林杯10其他部位材料的厚度薄，以避免水体放射性核素发出的伽马射线被过分衰减。

探测组件包括容纳在安装腔13内的探测器31以及设在自动监测装置外部且与探测器31相连的辅助装置32。辅助装置32可以包括控制计算机和数据处理与通讯装置，控制计算机负责控制本发明的监测装置的运行，数据处理与通讯装置则负责对采集的探测数据进行处理，并通过网络或其他远程通讯手段把监测数据发送至远端，并在远端监测平台上进行显示。

如图4所示，探测器31与辅助装置32通过设在自动监测装置底部且穿过屏蔽体40的通讯通道33相连接，其中通讯通道33的一端可以从马林杯10的底部与探测器31相连，另一端可以穿出屏蔽体40与辅助装置32相连。通讯管线以及探测器31的电源线等线束可以通过通讯通道33将探测器31与辅助装置32相连接。

探测器31、辅助装置32与通讯通道33形成大体U形结构。通过该U形结构能够灵活配饰不同类型的探测器组件，使本发明的自动监测装置兼容多种探测器。

根据本发明的第三个实施例，屏蔽体40为复合屏蔽体，即屏蔽体40由多种材料复合而成，而不是由单一材料制成。

具体地，屏蔽体的材料按从内向外的顺序依次包括铜、含硼聚乙烯以及铅。其中含硼聚乙烯可以由镉替换。

采用复合屏蔽体40能够有效减少环境本底，减少了水体放射性核素的探测限，保证了监测的灵敏度，进而提高了探测效率以及核素的识别能力。

另外，屏蔽体40具有可拆卸的上盖，以方便将马林杯10放入屏蔽体40的内腔中以及从内腔中移出马林杯10。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种改进马林杯式水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：包括：

马林杯，所述马林杯的内腔划分为第一腔室和第二腔室且所述第一腔室和第二腔室的上部彼此相连通，所述第一腔内形成有安装腔，

水管组件，所述水管组件包括进水管和出水管，所述进水管与所述第一腔室的底部相连通以使水体从所述进水管流入所述第一腔室内并在所述第一腔内螺旋向上流动，所述出水管与所述第二腔相连通，

探测器组件，所述探测器组件设在所述安装腔内以对所述第一腔内的水体进行放射性核素伽玛辐射监测；和

屏蔽体，所述屏蔽体具有内腔且所述马林杯设在所述屏蔽体的内腔中以降低外部环境的本底。

2.根据权利要求1所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述进水管与所述第一腔室的底壁相连通且水体沿倾斜向上方向从所述出水管入射到所述第一腔室内。

3.根据权利要求2所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述出水管的出水口伸入所述第一腔室内且与水平面成向上倾斜的夹角。

4.根据权利要求1所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述出水管与所述第二腔室的底部相连通。

5.根据权利要求1所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述马林杯的底壁上设有向上延伸的挡水板以将所述马林杯的内腔划分为所述第一腔室和第二腔室，所述挡水板的的高度小于所述马林杯内腔的高度。

6.根据权利要求5所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述第一腔室的容积大于所述第二腔室的容积。

7.根据权利要求1所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述第一腔室的底壁上设有向上延伸的凸起部，所述凸起部形成安装腔以容纳所述探测器组件。

8.根据权利要求7所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述探测组件包括容纳在所述安装腔内的探测器以及设在所述自动监测装置外部且与所述探测器相连的辅助装置。

9.根据权利要求8所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述探测器与所述辅助装置通过设在所述自动监测装置底部且穿过所述屏蔽体的通讯通道相连接，所述探测器、所述辅助装置与所述通讯通道形成大体U形结构。

10.根据权利要求1-9中任一项所述水体放射性核素伽玛辐射自动监测装置，其特征在于：所述屏蔽体为具有可拆卸上盖的复合屏蔽体且制成所述屏蔽体的材料按从内向外的顺序包括铜、含硼聚乙烯以及铅。