CN106291653A - 流体总α、总β放射性连续在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法及其装置。所述装置包括具有装置流体入口、采样器、粒子过滤器、γ探头、压力流量调节装置的流体前期处理装置，所述流体前期处理装置的输出端与α、β探测器的输入端(探测器流体入口)分别连接，在所述α、β探测器中的每一个探测器中，一个输出端(探测器流体出口)与装置流体出口连接，而另一个输出端(有机玻璃窗)通过光电倍增管与信号处理单元连接，信号处理单元的输出端与现场显示处理单元连接。本发明减小了放射性物质与闪烁体的距离，使α粒子和β粒子的绝大部分能量都沉积在闪烁体中，激发闪烁体发光。同时极大的增大了测量的灵敏面积，提高探测效率，并显著提高了光传输效率。

Description

流体总α、总β放射性连续在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及辐射测量技术，具体涉及一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测方法及装置。

背景技术

流体中α和β粒子的在线测量难点在于α和β粒子在流体中的射程较短，若探测器闪烁体线度太大，α、β粒子往往还没到达闪烁体就已经被流体吸收了，难以达到探测目的。测量α、β的核心问题就是使α、β粒子在流体中穿过尽可能短的距离，进入闪烁体内形成能量沉积，最后形成探测信号传递出去。测量流体中的α、β粒子时，常采用两种结构的闪烁体，一种采用多块并列排放的平板型闪烁晶体，另一种采用颗粒状的小块闪烁晶体。然而，由于这两种方法的光传输效率低，导致探测器探测下限高，降低了探测器的实用性。

发明内容

本发明的目的在于针对α和β粒子在流体中的射程短，需要减小闪烁体线度的问题，提供一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测方法，以实现流体中α、β放射性的连续监测。

本发明的技术方案如下:一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，所述方法包括如下步骤：

(S1)从装置流体入口处引入被测流体，将流体过滤，在过滤部分进行γ放射性测量，并进行压力和流量调节；

(S2)流体沿轴向穿过α、β探测器中的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，放射性粒子被闪烁纤维或闪烁纤维管阵列吸收，产生闪烁光子；

(S3)闪烁光子在闪烁材料中经多次反射，传送至闪烁纤维或闪烁纤维管两端，被光电倍增管放大产生电信号；

(S4)电信号经处理后传输至现场显示处理单元，甄别出α、β粒子，得出流体中总α、总β放射性活度浓度；

(S5)在装置流体出口处引出被测流体。

进一步地，如上所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，在步骤(S2)中，让被测流体沿轴向从α、β探测器中的闪烁纤维之间的缝隙或闪烁纤维管的内管及管间缝隙流过。

进一步地，如上所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，在步骤(S3)中，闪烁光子在闪烁材料中经过多次反射，传到闪烁纤维或闪烁纤维管两个端面后，经过1mm的水层传到两个有机玻璃组成的光导出窗口，从而进入光电倍增管进行放大。

进一步地，本发明还提供一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述装置包括具有装置流体入口、采样器、粒子过滤器、γ探头、压力流量调节装置的流体前期处理装置，所述流体前期处理装置的输出端与α、β探测器的输入端(探测器流体入口)分别连接，在所述α、β探测器中的每一个探测器中，一个输出端(探测器流体出口)与装置流体出口连接，而另一个输出端(有机玻璃窗)通过光电倍增管与信号处理单元连接，信号处理单元的输出端与现场显示处理单元连接。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述α探测器中的闪烁体采用闪烁纤维阵列或闪烁纤维管阵列，相独立地，所述β探测器中的闪烁体采用闪烁纤维阵列或闪烁纤维管阵列。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述α、β探测器包括探测器流体入口，密封垫，紧固法兰，有机玻璃窗，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，壳体，探测器流体出口；所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿壳体的轴向排列并被壳体包裹，有机玻璃窗通过紧固法兰安装在壳体两端，在有机玻璃窗和壳体的结合处安装密封垫防止流体泄漏，所述探测器流体入口和探测器流体出口分别位于壳体轴向两端并均与所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列连通。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述α、β探测器为圆柱形，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿圆柱的轴向排列。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述现场显示处理单元具有供电、数据处理、显示、报警、数据上传等功能；所述粒子过滤器由直径在0.07μm的超滤膜组成。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，在流体前期处理装置及探测器外设置模块式的铅块屏蔽腔体。

进一步地，如上所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，所述α、β探测器的闪烁纤维直径及长度或闪烁纤维管的内外径及长度，相应于不同类型的流体及α、β粒子在相应流体中的射程大小，根据探测效率、加工工艺的限制而定。在测量水中α、β放射性时，闪烁纤维直径或闪烁纤维管内外径为几十μm左右，数百万根闪烁纤维或闪烁纤维管组成直径与厚度为几百mm或更大的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列。

本发明的有益效果如下：本发明通过使用闪烁纤维或闪烁纤维管束成的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列对流体中的α和β粒子进行探测，减小了放射性物质与闪烁体的距离，使α粒子和β粒子的绝大部分能量都沉积在闪烁体中，激发闪烁体发光。同时极大的增大了测量的灵敏面积，提高探测效率，并显著提高了光传输效率。在采用铅屏蔽γ射线干扰和符合法降低电子学噪声等措施后，进一步实现了流体中α、β放射性在线连续监测的目标。

附图说明

图1为闪烁纤维阵列结构示意图。

图2为闪烁纤维管阵列结构示意图。

图3为α(β)粒子探测器设计图。

图4为测量装置原理结构示意图。

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。

本发明的α、β探测器中所采用的闪烁体结构如图1和图2所示，分别为闪烁纤维阵列和闪烁纤维管阵列。被测流体从闪烁纤维之间的缝隙或闪烁纤维管的内管及管间缝隙中流过，除了一部分沿轴线发射的粒子和部分发射张角在14.5°以内的粒子有可能不被探测到，其它角度发射的粒子均会被探测到。流体中的α粒子和β粒子在闪烁纤维或闪烁纤维管中产生闪烁光子，闪烁光子在闪烁材料中经过多次反射，传到闪烁纤维或闪烁纤维管两个端面后，经过1mm左右的水层传到两个有机玻璃组成的光导出窗口，从而进入光电倍增管进行放大，达到测量流体中α、β粒子的目的。闪烁纤维直径及长度、闪烁纤维管的内外径及长度，相应于不同类型的流体及α、β粒子在相应流体中的射程大小，根据探测效率、加工工艺的限制而定。在测量水中α、β放射性时，闪烁纤维直径或闪烁纤维管内外径为几十μm左右。

本发明所提供的基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置的β粒子探测器设计(为保证探测器的互换性，α粒子探测器与β粒子探测器结构原理一致)如图3所示，包括探测器流体入口1，密封垫2，紧固法兰3，有机玻璃窗4，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列5，壳体6，探测器流体出口7；所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿壳体的轴向排列并被壳体包裹，有机玻璃窗通过紧固法兰安装在壳体两端，在有机玻璃窗和壳体的结合处安装密封垫防止流体泄漏，所述探测器流体入口和探测器流体出口分别位于壳体轴向两端并均与所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列连通。测量α、β粒子的探测器设计成圆柱形，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿圆柱的轴向排列，流体从圆柱轴向的一端(探测器流体入口)进入，顺流穿过闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，从圆柱轴向的另一端(探测器流体出口)流出。

本发明所提供的基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置的原理结构如图4所示，包括由装置流体入口、采样器、粒子过滤器、γ探头、压力流量调节装置等组成的流体前期处理装置。流体前期处理装置的输出端与α、β探测器的输入端(探测器流体入口)分别连接，探测器的一个输出端(探测器流体出口)与装置流体出口连接，另一个输出端(有机玻璃窗)通过光电倍增管与信号处理单元连接，信号处理单元的输出端与现场显示处理单元连接，现场显示处理单元具有供电、数据处理、显示、报警、数据上传等功能。

流体在进入探测器之前，要对流体进行前期处理。在装置流体入口处留有采样接口，用于对被测流体进行化学分析的采样。之后流体经过由直径在0.07μm左右的超滤膜组成的过滤器，把流体中存在的固体颗粒和微生物滤除，防止其堵塞闪烁纤维之间的缝隙或闪烁纤维管的内管及管间缝隙。为防止过滤处放射性超标，需在过滤处放置γ探头进行γ放射性测量。被测流体在进入探测器前，还需进行压力、流量调节，确保流体满足探测器使用要求。

为了提高α和β粒子的探测下限，需采取降低γ和电子学噪声干扰的措施。本发明采用屏蔽技术，降低γ本底，即在流体前期处理装置及探测器外设置模块式的铅块屏蔽腔体。对于电子学噪声和非探测灵敏区的辐射引起的噪声，通过符合的办法来消除，即只有闪烁探测器的两个端面同时都收到闪烁体发出的光，才认为闪烁体是探测到了真正的粒子，否则就剔除。

以基于闪烁纤维管阵列探测器的饮用水总α、总β放射性连续在线监测系统为例，将测量α粒子的闪烁纤维管设计为内径10μm外径80μm，测量β粒子的闪烁纤维管设计为内径200μm外径800μm，并把数百万根这样的闪烁纤维管排列成直径为150mm的圆柱形闪烁纤维管阵列。使得在水中平均射程在40μm的α粒子(5MeV)和在水中射程在500μm以上的单能β粒子(100keV)可以把其大部分能量沉积在闪烁纤维管阵列中；同时闪烁纤维管阵列探测器与被测水接触面积达到了78平方米，使闪烁纤维管阵列的探测效率达到50％以上的水平。在采用铅屏蔽γ射线干扰和符合法降低电子学噪声等降噪措施后，可使α探测下限达到0.5Bq/L(4h)，β粒子探测下限达到1Bq/l(1.4h)。

本发明采用闪烁纤维或闪烁纤维管阵列组成直径与厚度为几百㎜或更大的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，使α粒子和β粒子穿过流体后剩余射程都在闪烁体中，并将大部分能量沉积在闪烁纤维或闪烁纤维管阵列中；同时闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器与被测流体接触面积达到了几十平方米或更大，使闪烁纤维或闪烁纤维管阵列的探测效率达到50％以上的水平。采用铅屏蔽γ射线干扰和符合法降低电子学噪声等措施后，降低α、β探测下限，实现了流体α、β放射性在线连续监测的目标。

相比采用闪烁体颗粒或多块平板型的闪烁探测器并列叠放组成探测器的方式，本发明采用闪烁纤维或闪烁纤维管阵列作为探测材料，一方面可以保证被测流体在很小线度的闪烁体里流过，降低了α和β粒子在流体中的能量损失；另一方面极大的增加了流体与探测器的接触面积；此外，闪烁纤维或闪烁纤维管对于α、β粒子激发的闪烁光子起到良好的光导作用，显著提高了光传输效率。

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 (10)

1.一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(S1)从装置流体入口处引入被测流体，将流体过滤，在过滤部分进行γ放射性测量，并进行压力和流量调节；

(S2)流体沿轴向穿过α、β探测器中的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，放射性粒子被闪烁纤维或闪烁纤维管阵列吸收，产生闪烁光子；

(S3)闪烁光子在闪烁材料中经多次反射，传送至闪烁纤维或闪烁纤维管两端，被光电倍增管放大产生电信号；

(S4)电信号经处理后传输至现场显示处理单元，甄别出α、β粒子，得出流体中总α、总β放射性活度浓度；

(S5)在装置流体出口处引出被测流体。

2.如权利要求1所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，其特征在于：在步骤(S2)中，让被测流体沿轴向从α、β探测器中的闪烁纤维之间的缝隙或闪烁纤维管的内管及管间缝隙流过。

3.如权利要求1所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的方法，其特征在于：在步骤(S3)中，闪烁光子在闪烁材料中经过多次反射，传到闪烁纤维或闪烁纤维管两个端面后，经过1mm的水层传到两个有机玻璃组成的光导出窗口，从而进入光电倍增管进行放大。

4.一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，其特征在于：所述装置包括具有装置流体入口、采样器、粒子过滤器、γ探头、压力流量调节装置的流体前期处理装置，所述流体前期处理装置的输出端与α、β探测器的探测器流体入口分别连接，在所述α、β探测器中的每一个探测器中，探测器流体出口与装置流体出口连接，而有机玻璃窗通过光电倍增管与信号处理单元连接，信号处理单元的输出端与现场显示处理单元连接。

5.如权利要求4所述的一种基于闪烁纤维或闪烁纤维管阵列探测器的流体总α、总β放射性连续在线监测装置，其特征在于：所述α探测器中的闪烁体采用闪烁纤维阵列或闪烁纤维管阵列，相独立地，所述β探测器中的闪烁体采用闪烁纤维阵列或闪烁纤维管阵列。

6.如权利要求4所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的装置，其特征在于：所述α、β探测器包括探测器流体入口，密封垫，紧固法兰，有机玻璃窗，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列，壳体，探测器流体出口；所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿壳体的轴向排列并被壳体包裹，有机玻璃窗通过紧固法兰安装在壳体两端，在有机玻璃窗和壳体的结合处安装密封垫防止流体泄漏，所述探测器流体入口和探测器流体出口分别位于壳体轴向两端并均与所述闪烁纤维或闪烁纤维管阵列连通。

7.如权利要求4所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的装置，其特征在于：所述α、β探测器为圆柱形，闪烁纤维或闪烁纤维管阵列沿圆柱的轴向排列。

8.如权利要求4所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的装置，其特征在于：所述现场显示处理单元具有供电、数据处理、显示、报警、数据上传等功能；所述粒子过滤器由直径在0.07μm的超滤膜组成。

9.如权利要求4所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的装置，其特征在于：在流体前期处理装置及探测器外设置模块式的铅块屏蔽腔体。

10.如权利要求5所述的一种流体总α、总β放射性连续在线监测的装置，其特征在于：所述α、β探测器的闪烁纤维直径及长度或闪烁纤维管的内外径及长度，相应于不同类型的流体及α、β粒子在相应流体中的射程大小，根据探测效率、加工工艺的限制而定，在测量水中α、β放射性时，闪烁纤维直径或闪烁纤维管内外径为几十μm左右，数百万根闪烁纤维或闪烁纤维管组成直径与厚度为几百mm或更大的闪烁纤维或闪烁纤维管阵列。