CN103336016A - 全封闭α能谱测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全封闭α能谱测量系统，所述的测量系统中的样品处理台、特型马弗炉、α样品真空室及电荷灵敏前置放大器设置于不锈钢手套箱内，偏压电源、计算机和数据采集处理器设置于另一测量操作间，测量操作间内的偏压电源、数据采集处理器与不锈钢手套箱内的α样品真空室及电荷灵敏前置放大器之间的信息传递通过电缆联接。本发明的全封闭α能谱测量系统实现了试样的制备、转移和测量在完全闭合环境内完成，仪器控制与数据处理远距离操作；手套箱内各部件外壳和元件均采用高性能、抗酸腐蚀材料，使其使用寿命大大延长。本发明的全封闭α能谱测量系统操作方便、噪音小、性能稳定。本发明的全封闭α能谱测量系统适用于剧毒、强放射性特种样品的α能谱测量。

Description

全封闭α能谱测量系统

技术领域

本发明属于核仪器研制与核辐射测量技术领域，具体涉及一种全封闭α能谱测量系统，本发明适用于剧毒、强放射性特种材料的α能谱测量，在完全闭合环境内完成试样的制备、转移和测量。

背景技术

目前，国内外虽然已有多家厂商可提供多种型号的α能谱测量系统，但这些α能谱测量系统均为机体一体化，其操作完全是开放式的，只能用于量少体微的弱放射性测量。对于剧毒、强放射性特种材料的α能谱测量，其试样的制备、转移和测试必须在特制的完全闭合环境内进行，以防止放射性对人体的损伤和对环境的危害，而市售的α能谱测量系统远不能满足此要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全封闭α能谱测量系统。

本发明的全封闭α能谱测量系统，其特点是，所述测量系统含有不锈钢手套箱、数字温度控制仪、真空泵、测量操作间。其连接关系是，所述的不锈钢手套箱内设置有样品处理台、特型马弗炉、α样品真空室、电荷灵敏放大器，其中，α样品真空室与电荷灵敏放大器连接。所述数字温度控制仪、真空泵均设置于不锈钢手套箱外底部。所述测量操作间内设置有计算机、数据采集处理器、偏压电源。所述数字温度控制仪与特型马弗炉连接，真空泵与α样品真空室连接。所述偏压电源通过电缆与α样品真空室连接，数据采集处理器通过电缆与电荷灵敏放大器连接，数据采集处理器与计算机连接。所述真空泵与α样品真空室之间设置有排气管，排气管上端设置有既具有联接、紧固作用、又能为机械泵放气的放气螺母。真空泵中的抽气联接头上端与不锈钢手套箱内底部密封焊接，真空泵中的抽气联接头下端与不锈钢手套箱外底部密封焊接。

所述的穿过不锈钢手套箱箱体的管线均采用抗老化胶密封，用于防止不锈钢手套箱内外气体泄露与交换。

所述特型马弗炉的炉膛采用高铝非标炉芯，特型马弗炉中的加热器采用高合金电阻丝，炉门采用联杆机构，外壳为不锈钢板。

所述α样品真空室中设置有a粒子探测器、被测样品的样品架、接头。放置被测样品的样品架分设多档，用于调节被测样品与a粒子探测器的距离，a粒子探测器通过接头与电荷灵敏放大器外壳连接。α样品真空室壳体的后盖与电荷灵敏放大器外壳紧密接触。

所述的设置于不锈钢手套箱内的样品处理台、特型马弗炉、α样品真空室、电荷灵敏放大器均采用耐酸腐蚀的不锈钢材料制备。

本发明的工作原理是，

在不锈钢手套箱内，经化学处理和高温灼烧的试样中a放射性核素按自身放射性衰变规律不断放射a粒子，当试样中a放射性核素发射的a粒子进入a粒子探测器灵敏体时，由于a粒子的电离作用，产生电子-空穴对。电子-空穴对在探测器偏压的作用下形成脉冲，紧靠探测器的电荷灵敏放大器将脉冲进行初级放大。经初级放大的脉冲被数据采集处理器收集，进行脉冲成形、放大，并将不同幅度的脉冲寄存在不同的道址内，形成a能谱。a能谱经计算机数据处理后，根据试样中a粒子的能量、强度和相关核参数，即可求得试样中被测a放射性核素的量。

本发明主要优点

全封闭——该系统集被测样品的化学处理、灼烧、转移和测试于全封闭的不锈钢手套箱内，防止了放射性泄露，符合辐射防护相关规定，适用于剧毒、强放射性特种材料的α能谱测量；

抗酸腐蚀——该系统各部件和元件均采用高性能、抗酸腐蚀材料，使其使用寿命大大延长；

远距离控制——该系统将试样制备、测试与测量操作控制分设于两个工作间，实行远距离控制，进一步保障了辐射防护的安全性；

数字化操作——该系统数据的获取与处理配置了先进的DSP系统和WINDOWS平台计算机，实行数字化操作，数据获取与处理简便、快速、准确；

性能稳定可靠——该系统操作方便、噪音小、性能稳定性，主要性能、技术指标达到同类产品先进水平。

本发明的全封闭α能谱测量系统集试样的制备、转移和测量在完全闭合环境内完成，仪器控制与数据处理远距离操作，适用于剧毒、强放射性特种样品的α能谱测量。

附图说明

图1是本发明的全封闭α能谱测量系统的结构框图；

图2是本发明中的马弗炉正视图；

图3是本发明中的马弗炉侧视图；

图4是本发明中的α样品真空室结构示意图；

图5是本发明中的α样品真空室抽气连接头结构示意图；

图6是本发明中的α样品真空室的排气连接头结构示意图；

图中，1.不锈钢手套箱    2.样品处理台     3.特型马弗炉     4.数字温度控制仪     5.排气管     6.真空泵     7.α样品真空室     8.电荷灵敏放大器     9.计算机     10.数据采集处理器     11.偏压电源     12.测量操作间     21.炉壳     22.炉衬     23.加热器     24.搁板     31.热电偶     32.炉膛     33.炉门     41.真空表     42.垫圈     43.前盖     44.蝶形螺母     45.活节螺栓     46.圆柱销     47.支架     48.抽气管     49.六角螺母     410.接头     411.半圆螺钉     412.电荷灵敏放大器外壳     413.后盖     414.α样品真空室壳体     415.接头     51. α样品真空室接口     52.放气螺母     53.过度接头     54. α样品真空室底座     56.抽真空接头     61.手套箱底板     62.排气接口     63.排气轴套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述

实施例1

图1是本发明的全封闭α能谱测量系统的结构框图，图2是本发明中的马弗炉正视图，图3是本发明中的马弗炉侧视图，图4是本发明中的α样品真空室结构示意图，图5是本发明中的α样品真空室的抽气连接头结构示意图，图6是本发明中的α样品真空室的排气连接头结构示意图。在图1至图6中，本发明的全封闭α能谱测量系统，含有不锈钢手套箱1、数字温度控制仪4、真空泵6、测量操作间12。其连接关系是，所述的不锈钢手套箱1内设置有样品处理台2、特型马弗炉3、α样品真空室7、电荷灵敏放大器8，其中，α样品真空室7与电荷灵敏放大器8连接。所述数字温度控制仪4、真空泵6均设置于不锈钢手套箱1外底部；所述测量操作间12内设置有计算机9、数据采集处理器10、偏压电源11。所述数字温度控制仪4与特型马弗炉3连接，真空泵6与α样品真空室7连接。所述偏压电源11通过电缆与α样品真空室7连接，数据采集处理器10通过电缆与电荷灵敏放大器8连接，数据采集处理器10与计算机9连接。所述真空泵6与α样品真空室7之间设置有排气管5，排气管5上端设置有既具有联接、紧固作用、又为机械泵放气的放气螺母52。真空泵6中的抽气联接头上端与不锈钢手套箱1内底部密封焊接，真空泵6中的抽气联接头下端与不锈钢手套箱外底部密封焊接。

所述的穿过不锈钢手套箱1箱体的管线均采用抗老化胶密封，用于防止不锈钢手套箱1内外气体泄露与交换。

所述特型马弗炉3的炉膛采用高铝非标炉芯，特型马弗炉3中的加热器采用高合金电阻丝，炉门采用联杆机构，外壳为不锈钢板。

所述α样品真空室7中设置有a粒子探测器、被测样品的样品架、接头415。放置被测样品的样品架分设多档，用于调节被测样品与a粒子探测器的距离，a粒子探测器通过接头415与电荷灵敏放大器外壳412连接；α样品真空室壳体414的后盖413与电荷灵敏放大器外壳412紧密接触。

所述的设置于不锈钢手套箱1内的样品处理台2、特型马弗炉3、α样品真空室7、电荷灵敏放大器8均采用耐酸腐蚀的不锈钢材料制备。

本发明中的特型马弗炉3的炉膛采用高铝非标炉芯，特型马弗炉与市售的马弗炉的基本结构相似，本发明中的特型马弗炉3的炉壳21采用薄型不锈钢材料；炉衬22采用高铝纤；加热器23采用高合金电阻丝；搁板24采用不锈钢材料；热电偶31采用高合金电阻丝；炉膛32采用高铝非标炉芯。本发明中的特型马弗炉3主要用于被测样品的高温处理，其炉壳21具有抗酸腐蚀，炉衬22 具有高阻热性，马弗炉3炉中的加热器23能够在1200℃的高温条件下正常工作；特型马弗炉3具有体积小、炉膛大、温控空间大，温控灵敏等优点。如图2、图3所示。

特型马弗炉3工作流程：打开特型马弗炉3炉门33，将经化学处理的被测样品置于特型马弗炉3内的搁板24上，关闭炉门33，接通电源，开启数字温度控制仪4、设置温度和时间，数字温度控制仪4通过热电偶31按设置温度和时间对样品进行灼烧。

在图4中，本发明中的α样品真空室7除垫圈42外，均为不锈钢材料；a粒子探测器设置于α样品真空室7内，放置被测样品的样品架分设5档，用于调节被测样品与a粒子探测器的距离，接头415为a粒子探测器与电荷灵敏放大器外壳412联接头；α样品真空室壳体414的后盖413与电荷灵敏放大器外壳412紧密接触，以保证接地回路良好。α样品真空室7具有体积小、密闭性好、可放置多种型号的a粒子探测器、试样定位准确、探测器和试样更换方便等特点。

α样品真空室7的工作流程：需测量样品时，旋转放松蝶形螺母44，向外推动活节螺栓45，使前盖43以圆柱销46为轴转动，打开样品分析室，将被测样品放置被测样品的样品架上，关闭前盖43，起动真空泵6，通过抽气管48将样品分析室抽空，真空表41显示样品分析室真空度。图4中，支架47起只撑、固定α样品真空室7作用；六角螺母49起连接、固定接头410 作用；半圆螺钉411起连接α样品真空室壳体414、固定电荷灵敏放大器外壳412及后盖413作用；接头415起a粒子探测器与电荷灵敏放大器外壳412连接作用；垫圈42为密封垫圈。

在图5、图6中，α样品真空室接口51与α样品真空室的接头410联接。放气螺母52既具有联接、紧固作用，又具有为机械泵放气功能；α样品真空室底座54固定在不锈钢手套箱1内。抽真空接头(56)用焊接方式将其固定在手套箱底板61上。过度接头53起上下连接作用。排气接口62通过焊接将其固定在手套箱底板61上，其功能是将机械泵抽取的α样品真空室1的气体经机械泵排气口，再经排气接口62排放于不锈钢手套箱1内。排气轴套63起上下连接作用。实现了α样品真空室抽放气一体化和手套箱气氛与外部空气的安全隔离。

本发明的工作过程

被测样品送入不锈钢手套箱1后，被测样品在样品处理台2进行化学处理；将经化学处理的被测样品转入特型马弗炉3，接通电源，开启数字温度控制仪4，使被测样品在特型马弗炉3内按设置温度和时间进行灼烧，完成试样制备；将试样转入α样品真空室7，起动真空泵6抽空，真空泵6抽取α样品真空室7内的气体通过排气管5排入不锈钢手套箱1内；开启测量操作间12内的偏压电源11、计算机9和数据采集处理器10； 由α样品真空室7内a粒子探测器记录试样发射的a粒子的能量和强度，经电荷灵敏放大器8、计算机9和数据采集处理器10数据处理后，求得试样中被测a放射性核素的量。

本发明将特型马弗炉、α样品真空室及电荷灵敏前置放大器等部件设置于一专用的不锈钢手套箱1内；将偏压电源11以及用于测量控制、数据处理的数据采集处理器10、计算机9设置于另一测量操作间12，不锈钢手套箱1与测量操作间12之间的信息传递由10m电缆联接。

Claims (4)

1.全封闭α能谱测量系统，其特征在于：所述的测量系统含有不锈钢手套箱(1)、数字温度控制仪(4)、真空泵(6)、测量操作间(12)；其连接关系是，所述的不锈钢手套箱(1)内设置有样品处理台(2)、特型马弗炉(3)、α样品真空室(7)、电荷灵敏放大器(8)，其中，α样品真空室(7)与电荷灵敏放大器(8)连接；所述数字温度控制仪(4)、真空泵(6)均设置于不锈钢手套箱(1)外底部；所述测量操作间(12)内设置有计算机(9)、数据采集处理器(10)、偏压电源(11)；所述数字温度控制仪(4)与特型马弗炉(3)连接，真空泵(6)与α样品真空室(7)连接；所述偏压电源(11)通过电缆与α样品真空室(7)连接，数据采集处理器(10) 通过电缆与电荷灵敏放大器(8)连接，数据采集处理器(10)与计算机(9)连接；所述真空泵(6)与α样品真空室(7)之间设置有排气管(5)，排气管(5) 上端设置有放气螺母（52）；真空泵(6)中的抽气联接头上端与不锈钢手套箱(1)内底部密封焊接，真空泵(6)中的抽气联接头下端与不锈钢手套箱外底部密封焊接；所述的穿过不锈钢手套箱(1)箱体的管线均采用抗老化胶密封，用于防止不锈钢手套箱(1)内外气体泄露与交换。

2.根据权利要求1所述的全封闭α能谱测量系统，其特征在于：所述特型马弗炉(3)的炉膛采用高铝非标炉芯，特型马弗炉(3)中的加热器采用高合金电阻丝，炉门采用联杆机构，外壳为不锈钢板。

3.根据权利要求1所述的全封闭α能谱测量系统，其特征在于：所述α样品真空室(7)中设置有a粒子探测器、被测样品的样品架、接头(415)；放置被测样品的样品架分设多档，a粒子探测器通过接头(415)与电荷灵敏放大器外壳(412)连接；α样品真空室壳体(414)的后盖(413)与电荷灵敏放大器外壳(412)紧密接触。

4.根据权利要求1所述的全封闭α能谱测量系统，其特征在于：所述的设置于不锈钢手套箱(1)内的样品处理台(2)、特型马弗炉(3)、α样品真空室(7)、电荷灵敏放大器(8)均采用耐酸腐蚀的不锈钢材料制备。

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