CN104216002A

CN104216002A - 一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置

Info

Publication number: CN104216002A
Application number: CN201410446872.0A
Authority: CN
Inventors: 黄子瀚; 徐宏坤; 边江; 殷荫; 牟长丽; 王戈; 张硕
Original assignee: BEIJING RAY APPLIED RESEARCH CENTRE
Current assignee: BEIJING RAY APPLIED RESEARCH CENTRE
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2014-12-17

Abstract

本发明涉及一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，它包括：一机架；一取样室，其包括彼此连通的上气室和下气室；在上气室的顶部设置一进气口，在下气室的底部设置一出气口；一测量室，其包括彼此连通的上测量室和下测量室；一抬压电机，其输出端通过一减速器连接一偏心轴，偏心轴通过一连杆同时连接上气室和上测量室；一走带电机，其设置在靠近测量室一侧的机架上；一收带盘，其通过一减速器连接走带电机；一送带盘，其设置在机架的另一侧；一卷滤纸带，其一端缠绕在送带盘上，另一端依次穿过上气室与下气室之间、上测量室与下测量室之间后缠绕在收带盘上；一钝化离子注入平面硅探测器，其设置在上测量室的底部；以及一碘化钠探测器，其设置在下测量室内。

Description

一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置

技术领域

本发明涉及一种取样测量装置，特别是关于一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置。

背景技术

放射性气溶胶监测是核环境保护的重要内容。随着核能的发展，在核电站运行和核燃料后处理过程中，都有可能释放出放射性物质。在燃料元件破损或核事故情况下，释放出的放射性物质有三类：⑴γ放射性核素─¹³¹I、¹³⁷Cs、¹³⁴Cs等；⑵α放射性核素─²³⁹Pu、²³⁵U等；⑶β放射性核素─⁹⁰Sr、⁸⁹Sr。这些核素常以气溶胶或气态的形式向大气释放。在一些情况下，这些放射性物质会在大气中同时存在，因此需要能同时测量这些放射性气溶胶的仪器。

目前，环境放射性气溶胶的监测，常用的仪器是α、β气溶胶监测仪，用于监测 ²³⁹Pu、²³⁸U、总β等气溶胶浓度。申请号200620113189.6名为“一种气溶胶取样测量装置”的授权专利，即属于这类监测仪的取样测量装置，只能测量α、β气溶胶。对于γ放射性气溶胶的监测，目前主要是采用现场取样送实验室分析的方法，通过γ能谱分析，可以给出各种γ核素的气溶胶浓度。但是，该方法费工费时，不能及时给出测量结果。目前，还未见到商用γ气溶胶连续监测仪器。近年来，奥地利生产的AMS-02空气连续监测系统，可以测量多种放射性气溶胶浓度。但是，它仅是将几种探测器，包括PIPS、NaI(Tl)、HPGe探测器组装在一个铅室内，取样滤纸采集的气溶胶样品，由机械手依次送至各探测器进行测量，由PIPS(钝化离子注入平面硅)探测器测量α、β气溶胶浓度，NaI(Tl)(碘化钠)或HPGe(高纯锗)探测器测量γ气溶胶浓度，它还不能同时给出各类气溶胶的浓度。另外，该仪器体积庞大，价格昂贵，一般用户难以承受。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、体积小的α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，它包括：一机架；一取样室，所述取样室包括彼此连通的上气室和下气室，所述下气室固定连接在所述机架上，所述上气室通过一直线轴承与所述机架连接；在所述上气室的顶部设置一进气口，在所述下气室的底部设置一出气口；一测量室，所述测量室包括彼此连通的上测量室和下测量室，所述下测量室固定连接在所述机架上，所述上测量室通过另一直线轴承与所述机架连接；一抬压电机，所述抬压电机位于所述上气室和上测量室之间的所述机架上，所述抬压电机的输出端通过一减速器连接一偏心轴，所述偏心轴通过一连杆同时连接所述上气室和上测量室；一走带电机，所述走带电机设置在靠近测量室一侧的所述机架上；一收带盘，所述收带盘通过一减速器连接所述走带电机；一送带盘，所述送带盘设置在所述机架的另一侧；一卷滤纸带，所述滤纸带的一端缠绕在所述送带盘上，另一端依次穿过所述上气室与所述下气室之间、所述上测量室与所述下测量室之间后缠绕在所述收带盘上；一钝化离子注入平面硅探测器，所述钝化离子注入平面硅探测器设置在所述上测量室的底部，在所述钝化离子注入平面硅探测器上方通过一压紧环连接一电荷灵敏前置放大器，所述电荷灵敏前置放大器的输出端电连接一信号输出插座；以及一碘化钠探测器，所述碘化钠探测器设置在所述下测量室内，所述碘化钠探测器包括一碘化钠闪烁体和一与所述碘化钠闪烁体×连接的光电倍增管。

在所述碘化钠闪烁体的外围设置一密封套筒，所述密封套筒的上端通过一密封圈与所述下测量室的室壁密封；所述密封套筒的下端，通过一密封圈与碘化钠闪烁体的外壳密封；在所述密封套筒的一侧连接一真空抽气管，所述真空抽气管的末端连接一真空泵；所述碘化钠闪烁体与所述密封套筒之间留有空隙以作为抽真空的通道。

在所述上测量室的顶部设置一密封盖，所述密封盖上设置有一放气管，所述放气管的另一端设置有放气阀。

在所述密封套筒和光电倍增管的周围设置环形铅屏蔽体，在所述上测量室的上方设置铅屏蔽顶板，在所述上测量室背离所述上气室的一侧设置铅屏蔽侧板，在所述上测量室和下测量室的后方设置铅屏蔽竖板。

在所述收带盘与所述测量室之间设置一支撑所述滤纸带的纸带定位轮，在所述送带盘与所述取样室之间设置一支撑所述滤纸带的张紧轮；在所述抬压电机减速器的输出端和所述纸带定位轮上分别设置一行程开关。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于分别设置了彼此连通的上测量室和下测量室，并且在上测量室内设置一PIPS探测器(钝化离子注入平面硅探测器)、在下测量室内设置一NaI探测器(碘化钠探测器)，因此能够对滤纸带上的气溶胶样品的α、β、γ放射性进行同步测量。2、本发明在测量室的一侧设置了一抽真空气管，抽真空气管的末端连接一真空泵，因此能够通过抽真空使测量室内转变为真空环境，在真空环境下对滤纸带上的放射性气溶胶进行测量，使测量结果更准确。3、本发明由于设置了抬压电机，抬压电机的输出轴通过减速器连接一偏心轴，偏心轴通过一连杆同时连接上气室和上测量室，而上气室和上测量室分别通过一直线轴承与机架固定，因此可以通过抬压电机的转动控制上气室和上测量室的抬起和下压，控制方式便捷而高效。4、本发明结构简单、体积小，成本相对较低，易于推广和使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视示意图；

图2是本发明的俯视示意图；

图3是本发明测量室的侧视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一机架1，机架1上设置有一取样室2和一测量室3，取样室2分为互相连通的上气室2-1和下气室2-2，测量室3分为互相连通的上测量室3-1和下测量室3-2，下气室2-2和下测量室3-2均固定在机架1上，上气室2-1和上测量室3-1分别通过一直线轴承4、5与机架1连接，使上气室2-1和上测量室3-1可以相对于机架1上下移动。在位于上气室2-1和上测量室3-1之间的机架1上设置有一抬压电机6(如图2所示)，抬压电机6的输出端连接一减速器7，减速器7的输出端连接一偏心轴8，偏心轴8通过一连杆9(如图1所示)同时连接上气室2-1和上测量室3-1，这样，通过抬压电机6即可驱动上气室2-1和上测量室3-1的上抬和下压。在机架1靠近测量室3一侧设置有一走带电机10，走带电机10通过一减速器11连接一收带盘12，在收带盘12与测量室3之间设置一纸带定位轮13。在机架1的另一侧设置有一送带盘14，在送带盘14与取样室2之间设置一张紧轮15。本发明还包括一卷滤纸带16，其一端缠绕在送带盘14上，另一端依次穿过上气室2-1与下气室2-2之间、上测量室3-1与下测量室3-2之间后缠绕在收带盘12上，张紧轮15、纸带定位轮13分别支撑滤纸带16以对其起到张紧、定位作用。

在上气室2-1的顶部设置一进气口17，在下气室2-2的底部设置一出气口18。在上测量室3-1内的底部设置一PIPS探测器(钝化离子注入平面硅探测器)19(如图3所示)，在PIPS探测器19的上方设置一压紧环20，在压紧环20的上方设置一电荷灵敏前置放大器21。PIPS探测器和电荷灵敏前置放大器组合在一起，用于测量气溶胶的α、β放射性。在上测量室3-1的顶部设置一密封盖22，密封盖22通过一密封圈23使上测量室3-1保持密封状态。在密封盖22上设置一信号输出插座24，电荷灵敏前置放大器21的输出端，通过电缆线与信号输出插座24连接，PIPS探测器19测得的放射性信号，通过信号输出插座24输出。

在下测量室3-2的顶部设置一滤纸网托27(如图3所示)，用于托住取样后的滤纸，使其保持水平状态。在滤纸网托27的下方设置一用于测量气溶胶γ放射性的NaI (TI)探测器，NaI(TI)探测器包括一NaI(TI)闪烁体28和一光电倍增管29，光电倍增管的作用是将NaI(TI)闪烁体28测得的光信号，经倍增后转换为电信号输出。

上述实施例中，在NaI(TI)闪烁体28的外围，设置一密封套筒30。密封套筒30的上端通过一密封圈31与下测量室3-2的室壁密封。密封套筒30的下端，通过一密封圈32与NaI(TI)闪烁体28的外壳密封。NaI(TI)闪烁体28与滤纸网托27、密封套筒30之间，保持一定的空隙，作为抽真空的通道。在密封套筒30的后方设置一真空抽气管33，真空抽气管33的末端连接一真空泵34。真空泵34用于抽吸PIPS探测器19与滤纸网托27和NaI(TI)闪烁体28之间空隙内的空气，这样可以实现在真空条件下测量气溶胶的α放射性，以避免因空气的吸收作用导致测得的能谱发生畸变，使测量结果更为准确。在密封盖22上，还设置一放气管25(如图2所示)，放气管25的另一端设置一放气阀26。放气管25和放气阀26的作用是：在完成气溶胶放射性测量之后，用于释放测量室内的真空，以便抬起上测量室3-1，否则上测量室无法被抬起。

上述实施例中，在NaI(TI)闪烁体的密封套筒30和光电倍增管29的周围设置环形铅屏蔽体35。在上测量室3-1的上方设置铅屏蔽顶板36，在上测量室3-1的右方设置铅屏蔽侧板37(如图1所示)，在上测量室3-1和下测量室3-2的后方设置铅屏蔽竖板38。

上述实施例中，为了提高上、下测量室3-1、3-2的真空度，在上气室2-1下口、下气室2-2上口、上测量室3-1下口和下测量室3-2上口分别设置一密封圈39、40。

上述实施例中，为定位准确，可以在减速器7的输出端和纸带定位轮13上分别设置一行程开关41、42，用以控制减速器7、纸带定位轮13的转动位置，行程开关41、42可以采用各种现有技术中的传感器，比如光电传感器等。

本发明在使用时，首先启动抬压电机6，经减速器7减速后，带动偏心轴8转动，当偏心轴8转动至轴心朝上时，通过抬起连杆9将上气室2-1和上测量室3-1抬起，此时，位于减速器7输出轴上的行程开关41动作，关闭抬压电机6。然后启动走带电机10，经减速器11减速后带动收带盘12转动，并拉动滤纸带16从取样室2向测量室3方向移动，同时纸带定位轮13也被滤纸带16拉动而一起转动，纸带定位轮13的周长可以设计为滤纸带16移动距离的1/2，当纸带定位轮13转动2圈时，取样室2中的滤纸样品正好被移动至测量室3内，此时位于纸带定位轮13轴上的行程开关42动作，关闭走带电机10，滤纸带16停止移动。接着又启动抬压电机6，带动偏心轴8转动，当偏心轴8转动至轴心朝下时，通过连杆9将上气室2-1和上测量室3-1压下，上气室2-1与下气室2-1的密封圈39以及上测量室3-1与下测量室3-2的密封圈40 紧密接触，以密封取样室2和测量室3，此时位于减速器7输出轴上的行程开关41动作，关闭抬压电机6。当测量室3被密封后，开启真空泵，在真空条件下，PIPS探测器(钝化离子注入平面硅探测器)19测量滤纸样品上的α、β放射性，NaI(TI)探测器(碘化钠闪烁体28和光电倍增管29)测量滤纸样品上的γ放射性。待样品测量完毕后，又重复上述过程，将取样室2新采集的样品传送至测量室3内，以此类推，以达到准连续监测目的。由于在真空条件下测量滤纸样品，α粒子没有空气层的阻挡，有效改善了α能谱分辨率，从而提高甄别Rn、Th子体干扰能力，而且能同时连续测量滤纸样品上的α、β、γ放射性，从而，同时给出α、β、γ气溶胶浓度。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，它包括：

一机架；

一取样室，所述取样室包括彼此连通的上气室和下气室，所述下气室固定连接在所述机架上，所述上气室通过一直线轴承与所述机架连接；在所述上气室的顶部设置一进气口，在所述下气室的底部设置一出气口；

一测量室，所述测量室包括彼此连通的上测量室和下测量室，所述下测量室固定连接在所述机架上，所述上测量室通过另一直线轴承与所述机架连接；

一抬压电机，所述抬压电机位于所述上气室和上测量室之间的所述机架上，所述抬压电机的输出端通过一减速器连接一偏心轴，所述偏心轴通过一连杆同时连接所述上气室和上测量室；

一走带电机，所述走带电机设置在靠近测量室一侧的所述机架上；

一收带盘，所述收带盘通过一减速器连接所述走带电机；

一送带盘，所述送带盘设置在所述机架的另一侧；

一卷滤纸带，所述滤纸带的一端缠绕在所述送带盘上，另一端依次穿过所述上气室与所述下气室之间、所述上测量室与所述下测量室之间后缠绕在所述收带盘上；

一钝化离子注入平面硅探测器，所述钝化离子注入平面硅探测器设置在所述上测量室的底部，在所述钝化离子注入平面硅探测器上方通过一压紧环连接一电荷灵敏前置放大器，所述电荷灵敏前置放大器的输出端电连接一信号输出插座；以及

一碘化钠探测器，所述碘化钠探测器设置在所述下测量室内，所述碘化钠探测器包括一碘化钠闪烁体和一与所述碘化钠闪烁体连接的光电倍增管。

2.如权利要求1所述的一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，在所述碘化钠闪烁体的外围设置一密封套筒，所述密封套筒的上端通过一密封圈与所述下测量室的室壁密封；所述密封套筒的下端，通过一密封圈与碘化钠闪烁体的外壳密封；在所述密封套筒的一侧连接一真空抽气管，所述真空抽气管的末端连接一真空泵；所述碘化钠闪烁体与所述密封套筒之间留有空隙以作为抽真空的通道。

3.如权利要求2所述的一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，在所述上测量室的顶部设置一密封盖，所述密封盖上设置有一放气管，所述放气管的另一端设置有放气阀。

4.如权利要求2或3所述的一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，在所述密封套筒和光电倍增管的周围设置环形铅屏蔽体，在所述上测量室的上方设置铅屏蔽顶板，在所述上测量室背离所述上气室的一侧设置铅屏蔽侧板，在所述上测量室和下测量室的后方设置铅屏蔽竖板。

5.如权利要求1或2或3所述的一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，在所述收带盘与所述测量室之间设置一支撑所述滤纸带的纸带定位轮，在所述送带盘与所述取样室之间设置一支撑所述滤纸带的张紧轮；在所述抬压电机减速器的输出端和所述纸带定位轮上分别设置一行程开关。

6.如权利要求4所述的一种α、β、γ放射性气溶胶连续取样测量装置，其特征在于，在所述收带盘与所述测量室之间设置一支撑所述滤纸带的纸带定位轮，在所述送带盘与所述取样室之间设置一支撑所述滤纸带的张紧轮；在所述抬压电机减速器的输出端和所述纸带定位轮上分别设置一行程开关。