CN104656116A - 一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置，该方法包括取样过程和测量过程：取样过程：将一开孔带搅拌功能的集氡罩扣在待测的铀尾矿介质表面上，随着氡罩内氡浓度变化，再将一体积为V1的密封取样室与集氡罩连接形成一个回路实施收集；(2).测量过程：用夹子夹住取样室的进气连接管和回气连接管，再将取样室的进气连接管和回气连接管分别与测氡仪的进气连接管和回气连接管相连，测量得到测量室内的氡浓度C′；氡析出率的计算公式为：该装置和方法具有测量操作简便、响应快速以及效率高的特点。

Description

一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，涉及一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置。

背景技术

随着核电的高速发展，铀需求增大，再加上铀矿石品位降低等原因，铀尾矿量大幅增加，铀尾矿氡析出率的控制和研究成为铀尾矿库退役治理的关键环节。铀尾矿氡析出率是指单位时间内穿过铀尾矿表面单位面积析出到空气中的氡的活度(Bq.m^-2.s^-1)。在铀矿冶设施运行和退役中有关场所的氡析出率也是一个重要的源项，按GB 14586-93的规定，尾矿库最终处置后要求控制铀尾矿氡析出率不超过退役管理限值0.74Bq/(m².s)。由于大面积的铀尾矿，仅靠在小范围布点、单次瞬时取样测量，测得的氡析出率不能代表大面积、年平均值，用此来决定尾矿的覆盖厚度是不合适的。影响氡析出率的因素较多，包括射气系数、扩散系数、表面覆盖、气象参数和表面植被等，其中尾矿本身的特性和气象因素较为重要。基于上述原因使得铀尾矿不同区域氡析出率分布不均，如何快速、可靠测量铀尾矿不同区域氡析出率成为辐射防护领域研究的热点问题之一。而铀尾矿氡析出率测量受采样条件以及环境的温度、湿度和气压条件的影响，使得测量结果的准确度难以控制，测量结果往往难以再现和比较。传统的测量方法不仅需要较长的测量时间才能得到较好的测量结果而且测量过程繁琐、测量误差较大，针对上述问题研究一种铀尾矿氡析出率快速测量方法和装置以提高铀尾矿氡污染监测与评价水平、进而为我国环境氡污染治理提供技术支持。

因此，有必要设计一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置，该装置和方法具有测量操作简便、响应快速以及效率高的特点。

发明的技术解决方案如下：

一种铀尾矿氡析出率快速测量方法，包括取样过程和测量过程：

(2)取样过程：

将一开孔带搅拌功能且体积为V-V1、底面积为S、等效衰减变量为λ_e的集氡罩扣在待测的铀尾矿介质表面上，V2为测氡仪的测量室的体积；

随着氡罩内氡浓度变化，再将一体积为V1的密封取样室与集氡罩连接形成一个回路，当收集T1时间后，T1不小于40分钟，开启抽气泵用不大于于2L/min的流率将积氡室与测量室内的氡混合T2时间，T2不小于1分钟；【此时取样室内的氡浓度即为时刻T时积氡室和取样室内的氡浓度C】；用夹子夹住取样室的进气连接管和回气连接管。

(3)测量过程：

将取样室的进气连接管和回气连接管分别与测氡仪的进气连接管和回气连接管相连，开启测氡仪将取样室与测氡仪内体积为V的测量室进行混合时间为ΔT，ΔT不小于1分钟，再经过时间T-ΔT时长的测量得到测量室内的氡浓度C′；T不小于10分钟；

氡析出率的计算公式为：

$J=(1+\frac{V2}{V1})\frac{C^{\′}V{\mathrm{\λ}}_e}{S};$

其中，λ_e通过氡析出率标准装置测量得到(一般为10^-3数量级)；

【λ_e＝λ+R，λ是氡的衰变常量，取值为2.1×10^-6s^-1；R为氡的泄漏和反扩散常量；R为为10^-3数量级】

T1为60分中。

T2和ΔT为5分中。

将多个所述的集氡罩及多个取样室取样不同点的样品气体，以实现多点测量。

一种铀尾矿氡析出率快速测量装置，包括集氡罩(1)、取样室(5)和测氡仪(8)：

集氡罩具有泄露孔(1-4)和搅拌器(1-1)；

(2)取样过程中：

集氡罩扣中待测的铀尾矿介质表面(6)上；

集氡罩的集氡罩抽气连接孔(1-3)与取样室的取样室抽气连接孔(5-2)通过第一进气连接管(31)连接；第一进气连接管上设有取样泵(4)；

集氡罩的集氡罩回气连接孔(1-2)与取样室的取样室回气连接孔(5-1)通过第一回气连接管(21)连接；

(2)测量过程中：

取样室的取样室回气连接孔(5-1)与测氡仪的测量仪抽气连接孔(8-2)通过第二进气连接管(32)相连；

取样室抽气连接孔(5-2)与测氡仪的测量仪回气连接孔(8-3)通过第二回气连接管(22)相连；

测氡仪内设有测量室(8-1)；

采用前述的铀尾矿氡析出率快速测量方法实施取样和测量。

所述的第二进气连接管上装有氡子体过滤器(7)。

所述的集氡罩和取样室为多套，用于对多个点位采样，从而实现氡析出率的多点测量。

公式推导说明：

集氡罩中氡浓度的变化可用式(1)描述：

$\frac{\mathrm{dC}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{JS}}{V}-\mathrm{\λC}\left(t\right)-\mathrm{RC}\left(t\right)---\left(1\right)$

为单位时间析出到集氡室中氡引起氡浓度的变化；J为被介质表面氡析出率；S为集氡室的底面积。λ是氡的衰变常量(2.1×10^-6s^-1)；R为氡的泄漏和反扩散率，t为集氡的时间。

令λ_e＝λ+R；氡浓度为C(t)，即t＝0时刻，集氡室内氡的浓度为C₀。(1)式的解为

$C\left(t\right)=\frac{\mathrm{JS}}{{\mathrm{\λ}}_{e}V}(1-e^{-{\mathrm{\λ}}_{e}t})+C_0{e}^{-{\mathrm{\λ}}_{e}t}---\left(2\right)$

当(2)式中时，即经过时间后

$C\≈\frac{\mathrm{JS}}{V{\mathrm{\λ}}_e}---\left(3\right)$

取样室取样完成后其内的氡浓度为C，与测氡仪的测量室进行混匀后取样室与测量室内的氡浓度都为C′，

CV1＝(V1+V2)C′    (4)

由测量得到的C′联立(3)式、(4)式得到析出率：

$J=(1+\frac{V2}{V1})\frac{C^{\′}V{\mathrm{\λ}}_e}{S}---\left(5\right)$

有益效果：

本发明的铀尾矿氡析出率快速测量方法及装置，其测量装置由开孔带搅拌功能的集氡罩、进气管、回气管、搅拌器及测氡仪组成，开孔带搅拌功能的集氡罩的通过进气管和回气管与测氡仪内的测量室相连。

本发明提供的氡析出率连续测量的方法与传统的测量方法相比，具有测量操作简便、能快速测量多区域(多点)铀尾矿氡析率。

附图说明

图1为取样装置结构示意图；

图2为测量装置结构示意图。

标号说明：1-集氡罩；

1-1搅伴器，1-2集氡罩回气连接孔，1-3集氡罩抽气连接孔，1-4泄露孔；31-第一进气连接管，21-第一回气连接管，32-第二进气连接管，22-第二回气连接管；

4.取样泵；

5.取样室；

5-1取样室回气连接孔，5-2取样室抽气连接孔；

6.待测的铀尾矿介质表面；

7.氡子体过滤器；

8、测氡仪；

8-1测量室，8-2测量仪抽气连接孔，8-3测量仪回气连接孔。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-2，一种铀尾矿氡析出率快速测量方法，包括取样过程和测量过程：

(4)取样过程：

将一开孔带搅拌功能且体积为V-V1、底面积为S、等效衰减变量为λ_e的集氡罩扣在待测的铀尾矿介质表面上，V为测氡仪的测量室的体积；

随着氡罩内氡浓度变化，再将一体积为V1的密封取样室与集氡罩连接形成一个回路，当收集T1时间后，T1不小于40分钟，开启抽气泵用不大于于2L/min的流率将积氡室与测量室内的氡混合T2时间，T2不小于1分钟；【此时取样室内的氡浓度即为时刻T时积氡室的氡浓度C】；用夹子夹住取样室的进气连接管和回气连接管。(5)测量过程：

将取样室的进气连接管和回气连接管分别与测氡仪的进气连接管和回气连接管相连，开启测氡仪将取样室与测氡仪内体积为V的测量室进行混合时间为ΔT，ΔT不小于1分钟，再经过时间T-ΔT时长的测量得到测量室内的氡浓度C′；T不小于10分钟；

氡析出率的计算公式为：

$J=(1+\frac{V2}{V1})\frac{C^{\′}V{\mathrm{\λ}}_e}{S};$

其中，λ_e通过氡析出率标准装置测量得到(一般为10^-3数量级)；

【λ_e＝λ+R，λ是氡的衰变常量，取值为2.1×10^-6s^-1；R为氡的泄漏和反扩散常量；R为为10^-3数量级】

T1为60分中。

T2和ΔT为5分中。

将多个所述的集氡罩及多个取样室取样不同点的样品气体，以实现多点测量。

一种铀尾矿氡析出率快速测量装置，包括集氡罩(1)、取样室(5)和测氡仪(8)：

集氡罩具有泄露孔(1-4)和搅拌器(1-1)；

(3)取样过程中：

集氡罩扣中待测的铀尾矿介质表面(6)上；

集氡罩的集氡罩抽气连接孔(1-3)与取样室的取样室抽气连接孔(5-2)通过第一进气连接管(31)连接；第一进气连接管上设有取样泵(4)；

集氡罩的集氡罩回气连接孔(1-2)与取样室的取样室回气连接孔(5-1)通过第一回气连接管(21)连接；

(2)测量过程中：

取样室的取样室回气连接孔(5-1)与测氡仪的测量仪抽气连接孔(8-2)通过第二进气连接管(32)相连；

取样室抽气连接孔(5-2)与测氡仪的测量仪回气连接孔(8-3)通过第二回气连接管(22)相连；

测氡仪内设有测量室(8-1)；

采用前述的铀尾矿氡析出率快速测量方法实施取样和测量。

所述的第二进气连接管上装有氡子体过滤器(7)。

所述的集氡罩和取样室为多套，用于对多个点位采样，从而实现氡析出率的多点测量。

实验验证：

将该测量方法和装置在1号、2号、3号氡析出率实施例1中的装置上进行实验，测量结果如表1所示。

表1：测量结果

测量条件：V＝0.00670m³，V1＝0.00200m³，V2＝0.00095m，S＝0.066m²，λ_e＝1.37×10^-3s^-1。

T1＝60min(3600s)，T2＝5min(300s)，T＝15min(900s)，ΔT＝5min(300s)

测量结果表明该方法和装置测量速度快，测量误差小，能够完全满足铀尾矿不同区域(多点)氡析出率快速测量需要。

Claims (7)

1.一种铀尾矿氡析出率快速测量方法，其特征在于，包括取样过程和测量过程：

(1)取样过程：

将一开孔带搅拌功能且体积为V-V1、底面积为S、等效衰减变量为λ_e的集氡罩扣在待测的铀尾矿介质表面上，V为测氡仪的测量室的体积；

随着氡罩内氡浓度变化，再将一体积为V1的密封取样室与集氡罩连接形成一个回路，当收集T1时间后，T1不小于40分钟，开启抽气泵用不大于于2L/min的流率将积氡室与测量室内的氡混合T2时间，T2不小于1分钟，用夹子夹住取样室的进气连接管和回气连接管；

(2)测量过程：

将取样室的进气连接管和回气连接管分别与测氡仪的进气连接管和回气连接管相连，开启测氡仪将取样室与测氡仪内体积为V2的测量室进行混合时间为ΔT，ΔT不小于1分钟，再经过时间T-ΔT时长的测量得到测量室内的氡浓度C′；T不小于10分钟；

氡析出率的计算公式为：

其中，λ_e通过氡析出率标准装置测量得到。

2.根据权利要求1所述的铀尾矿氡析出率快速测量方法，其特征在于，T1为60分钟。

3.根据权利要求1所述的铀尾矿氡析出率快速测量方法，其特征在于，T2和ΔT为5分钟。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铀尾矿氡析出率快速测量方法，其特征在于，将多个所述的集氡罩及多个取样室取样不同点的样品气体，以实现多点测量。

5.一种铀尾矿氡析出率快速测量装置，其特征在于，包括集氡罩(1)、取样室(5)和测氡仪(8)；

集氡罩具有泄露孔(1-4)和搅拌器(1-1)；

(1)取样过程中：

集氡罩扣中待测的铀尾矿介质表面(6)上；

集氡罩的集氡罩抽气连接孔(1-3)与取样室的取样室抽气连接孔(5-2)通过第一进气连接管(31)连接；第一进气连接管上设有取样泵(4)；

集氡罩的集氡罩回气连接孔(1-2)与取样室的取样室回气连接孔(5-1)通过第一回 气连接管(21)连接；

(2)测量过程中：

取样室的取样室回气连接孔(5-1)与测氡仪的测量仪抽气连接孔(8-2)通过第二进气连接管(32)相连；

取样室抽气连接孔(5-2)与测氡仪的测量仪回气连接孔(8-3)通过第二回气连接管(22)相连；

测氡仪内设有测量室(8-1)；

采用权利要求1-3任一项所述的铀尾矿氡析出率快速测量方法实施取样和测量。

6.根据权利要求5所述的铀尾矿氡析出率快速测量装置，其特征在于，所述的第二进气连接管上装有氡子体过滤器(7)。

7.根据权利要求6所述的铀尾矿氡析出率快速测量装置，其特征在于，所述的集氡罩和取样室为多套，用于对多个点位采样，从而实现氡析出率的多点测量。