CN105807310B - 一种核事故后应急环境监测谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核事故后应急环境监测谱仪，包括外壳模块以及位于外壳模块内的辐射测量模块、通信和定位模块、嵌入式PC模块、电源模块、以及高压模块；嵌入式PC同辐射测量模块双向连接。所述通信定位模块包括GPS和无线射频通信模块，并且通信定位模块也与所述嵌入式PC双向连接。所述电源模块一端连接外部电源，提供两路输出，一路输出连接嵌入式PC以提供电力，另一路输出连接高压模块，将电压升高后为辐射测量模块提供电力。嵌入式PC连接外壳模块外的接口。本发明能够满足核事故后γ剂量率测量量程的需要，同时能够实现核素识别功能。通信可靠，带宽高，不易干扰，特别是无线射频可以不依赖公网运行，而且具备自组网功能，能够在核事故后公网通信中断的情况使用。

Description

一种核事故后应急环境监测谱仪
技术领域
核事故后应急环境监测谱仪属于核辐射测量仪表及自动化控制专业领域，包括NaI谱仪和相应的数据采集处理软件。本发明可应用于核电厂、研究堆和其他核设施的环境辐射监测。
背景技术
核电厂的环境辐射监测设备一般布置在核电厂周围的固定监测站内，这种制约条件使得环境监测设备不具备抵抗外部事件影响的能力，一旦受到破坏很难在短时间内修复，例如福岛核电厂发生核事故后周围的环境辐射监测系统被破坏，完全没起到为决策者提供监测数据的功能。国家核安全局在2012年发布《福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求(试行)》中明确提出了辐射环境监测的改进要求，要求各核电站根据情况配备应急监测设备，国内现有的一些应急监测设备性能指标较差，并不能满足核电厂的要求，主要问题体现在以下几个方面：
现有应急监测设备通常选择GM管探测器或者电离室探测器，只能测量γ剂量率，不能识别核素。
现有应急监测设备一般使用WIFI、蓝牙、移动通信公司信号(如GPRS)等无线通信方式，通信距离短，可靠性差，经常通信中断且易受到干扰，不能保证数据获取率。
现有应急监测设备不能快速组成环境监测网络。
现有应急监测设备环境适应能力差，遭受雨、雪、雾或者高/低温等天气时容易损坏。
发明内容
基于上述现有核电厂应急监测设备的不足，本发明依托百万千瓦级三代压水堆核电站技术研发，使用模块化开发思路，提出一种核事故后应急环境监测谱仪，所述核事故后应急环境监测谱仪包括外壳模块以及位于外壳模块内的辐射测量模块、通信和定位模块、嵌入式PC模块、电源模块、以及高压模块；所述电源模块输入侧连接外部电源，输出侧与嵌入式PC模块和高压模块连接以提供电力；所述高压模块输出侧与辐射测量模块连接；所述嵌入式PC模块输出侧同辐射测量模块和通信定位模块并联连接，且信号双向传导。
进一步地，如上所述的核事故后应急环境监测谱仪，所述辐射测量模块包括NaI探测器和GM探测器。
进一步地，如上所述的核事故后应急环境监测谱仪，所述通信定位模块包括GPS和无线射频通信模块。
进一步地，如上所述的核事故后应急环境监测谱仪，嵌入式PC连接外壳模块外的接口。
本发明能够满足核事故后γ剂量率测量量程的需要。此外NaI(TI)晶体探测器可以分辨γ射线的能量，探测器电子学部件中的多道脉冲幅度分析器，可以对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可以得到一条能谱曲线，再使用剂量率算法和能谱解谱算法计算，研制的核事故后应急环境监测谱仪可以同时进行γ辐射剂量率测量和核素识别，给出空气中的天然和人工放射性核素，灵敏度高，测量出空气中的人工放射性核素能够帮助核设施运行人员更早的发现核事故，进行早期报警。通信可靠，带宽高，不易干扰，特别是无线射频可以不依赖公网运行，而且具备自组网功能，能够在核事故后公网通信中断的情况使用。
附图说明
图1为核事故后应急环境监测谱仪结构图。
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，本发明包括外壳模块5以及位于外壳模块内的辐射测量模块11、通信和定位模块4、嵌入式PC模块2、电源模块9、以及高压模块8；电源模块9输入侧连接外部电源，提供两路输出，一路与嵌入式PC模块2连接以提供电力，另一路经高压模块8升压后给辐射测量模块11提供电力；所述嵌入式PC模块2输出侧同辐射测量模块11以及通信和定位模块4并联连接，且信号双向传导。所述辐射测量模块11包括NaI探测器1和GM探测器3，通信和定位模块4包括GPS模块7和无线射频通信模块6，嵌入式PC模块2连接外壳模块5外部的接口10。
本发明启用全新的核辐射探测器，使用NaI(TI)晶体探测器取代目前应急环境辐射监测设备通常使用的GM管探测器或高气压电离室探测器，γ射线入射到NaI(T1)晶体，通过光电效应、康普顿效应和电子对效应产生次级电子，使闪烁体分析电离和激发，退激时发出大量光子，在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去，由光电倍增管转换为电脉冲信号，电子学部件中的多道脉冲幅度分析器，可以对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可以得到一条能谱曲线。剂量率算法和能谱解析算法程序内置在嵌入式PC中，通过对能谱曲线数据进行计算和解析，可以同时得到准确的γ辐射剂量率和γ射线对应的放射性核素，以及某种放射性核素对应的γ辐射剂量率，为核应急判断提供数据支持。
本发明的核辐射探测器使用两种探测器，NaI(TI)晶体探测器测量低量程，测量范围10nSv/h-100μSv/h，同时配备高量程剂量率探测器(GM管)，测量范围10μSv/h-3Sv/h，两种探测器可以根据剂量率水平自动切换，因此本发明可以满足正常环境水平低量程测量和事故后高量程测量需求。
核事故后应急环境监测谱仪具备有线、移动公司无线和无线射频三种冗余的通信方式。
核事故后应急环境监测谱仪可以在核事故发生后使用环境监测车快速布置在核电厂周围，而且每支谱仪的无线通信模块都具备无线中继功能，能够降低地形地貌因素对通信距离的影响，使用多支设备可以快速组成网络，对核电厂周围辐射环境进行有效监测。
核事故后应急环境监测谱仪经过试验验证(有证书)IP防护等级达到IP68，环境适应能力强，NaI(TI)晶体使用LED稳谱，可以在各种雨、雪、雾或者高/低温天气下正常运行并保持测量准确性。
核事故后应急环境监测谱仪的数据处理软件内嵌在嵌入式PC(CPU)内，可以使用计算机的IE浏览器读取所有数据，使用便捷。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种核事故后应急环境监测谱仪，其特征在于：
所述核事故后应急环境监测谱仪包括外壳模块以及位于外壳模块内的辐射测量模块、通信和定位模块、嵌入式PC模块、电源模块、以及高压模块；所述电源模块输入侧连接外部电源，输出侧与嵌入式PC模块和高压模块连接以提供电力；所述高压模块输出侧与辐射测量模块连接；所述嵌入式PC模块输出侧同辐射测量模块和通信定位模块并联连接，且信号双向传导；
所述辐射测量模块包括NaI探测器和GM探测器，所述NaI探测器测量低量程，测量范围10nSv/h-100μSv/h，所述GM探测器测量高量程，测量范围10μSv/h-3Sv/h，两种探测器可以根据剂量率水平自动切换；
所述通信定位模块包括GPS和无线射频通信模块。
2.如权利要求1所述的核事故后应急环境监测谱仪，其特征在于：
嵌入式PC连接外壳模块外部的接口。
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