CN106371130A - 一种核设施气载流出物中氪‑85的监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种核设施气载流出物中氪‑85的监测系统，它包括依次连通设置的载气钢瓶、采样钢瓶、分子筛管、安装有第一冷阱的活性炭管、安装有第二冷阱的活性炭柱、安装有恒温箱的分子筛柱的恒温箱以及液闪计数器。利用活性炭在液氮温度下吸附各种气体成分，通过电加热方式调节不同温度，解吸杂质气体，最后得到较纯净的Kr，最后通过分子筛柱分离得到纯净的Kr，Kr回收率大于80%，该方法对3L气体中⁸⁵Kr测量的探测限可达到10Bq/m³水平。本发明利用液氮制冷和电阻加热共同控制温度，操作简单，稳定可靠，适用于核设施气载流出物中⁸⁵Kr监测。

Description

一种核设施气载流出物中氪-85的监测系统

技术领域

本发明属于核电站气载流出物检测领域，具体涉及一种核设施气载流出物中氪-85的监测系统。

背景技术

核设施的运行伴随着放射性物质的排放，分别以液态流出物和气载流出物形式释放到环境中，并对公众造成辐射影响。⁸⁵Kr是典型的放射性核素，气载流出物中含量为1000Bq/m³量级，现有的监测方式主要通过采样钢瓶采集3L气载流出物，然后直接放置于高纯锗γ谱仪上测量，计算出其在流出物中⁸⁵Kr的活度浓度，该方法在5000s测量时间内探测限高达50000Bq/m³，远大于流出物中⁸⁵Kr活度浓度。而且，放射性核素⁸⁵Kr半衰期为10.752±0.023年，同时发射β射线和γ射线，分支比分别是99.6%和0.435%，在仪器上相对测量效率相差27倍，由于氪-85衰变时放出的γ射线分支比极小，高纯锗γ谱仪对其探测效率又很低，目前的检测方法给出的氪-85的探测限过高。

发明内容

本发明专利目的是为了弥补现有测量方法的缺陷，从而提供一种核设施气载流出物中氪-85的监测系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种核设施气载流出物中氪-85的监测系统，它包括依次连通设置的载气钢瓶、采样钢瓶、分子筛管、安装有第一冷阱的活性炭管、安装有第二冷阱的活性炭柱、安装有恒温箱的分子筛柱的恒温箱以及液闪计数器。

优化地，所述载气钢瓶与所述采样钢瓶之间安装有第一平面四通阀，所述第一平面四通阀与所述载气钢瓶之间还安装有第一稳压阀和流量计，所述第一平面四通阀还与所述分子筛管相连通。

进一步地，所述分子筛管和所述活性炭管之间安装有第二平面四通阀，所述第二平面四通阀与所述载气钢瓶之间安装有与所述第一稳压阀相并联的第二稳压阀，所述第二稳压阀和所述第二平面四通阀之间连接有带定量环的第一六通阀以及与所述第一六通阀相连通且与其并联的TCD检测器。

进一步地，所述活性炭管和所述活性炭柱之间依次安装有第三平面四通阀和第二六通阀，所述第三平面四通阀与所述第二平面四通阀相连接；所述第二六通阀与所述载气钢瓶之间安装有与所述第一稳压阀相并联的第三稳压阀，所述第二六通阀还分别与所述分子筛柱、所述第三稳压阀相连通。

进一步地，所述分子筛柱和所述液闪计数器之间依次安装有平面三通阀和第四平面四通阀，所述平面三通阀还与所述第三平面四通阀相连通。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明核设施气载流出物中氪-85的监测系统，利用活性炭在液氮温度下吸附各种气体成分，通过电加热方式调节不同温度，解吸杂质气体，最后得到较纯净的Kr，最后通过分子筛柱分离得到纯净的Kr，Kr回收率大于80%，该方法对3L气体中⁸⁵Kr测量的探测限可达到10Bq/m³水平。本发明利用液氮制冷和电阻加热共同控制温度，操作简单，稳定可靠，适用于核设施气载流出物中⁸⁵Kr监测。

附图说明

附图1为本发明核设施气载流出物中氪-85的监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明专利作详细的描述。

如图1所示的核设施气载流出物中氪-85的监测系统，主要包括载气钢瓶1、采样钢瓶2、分子筛管3、恒温箱6和液闪计数器7等。

其中，载气钢瓶1、采样钢瓶2、分子筛管3、活性炭管41、活性炭柱51、分子筛柱61和液闪计数器7依次连通设置，活性炭管41外安装有用于调节温度的第一冷阱4，活性炭柱51外安装有用于调节温度的第二冷阱5，分子筛柱61外安装有用于调节温度的恒温箱6。

在本实施例中，载气钢瓶1（用于贮存氦气）与采样钢瓶2之间安装有第一平面四通阀8，第一平面四通阀8与载气钢瓶1之间还安装有第一稳压阀V1和流量计F1，第一平面四通阀8还与分子筛管3相连通。分子筛管3和活性炭管41之间安装有第二平面四通阀11，第二平面四通阀11与载气钢瓶1之间安装有与第一稳压阀V1相并联的第二稳压阀V2，第二稳压阀V2和第二平面四通阀11之间连接有带定量环91（100μL）的第一六通阀9以及与第一六通阀9相连通且与其并联的TCD检测器10（TCD检测器10与第二稳压阀V2连通的管道上安装有第一压力表P1，TCD检测器10与第一六通阀9连通的管道上安装有第二压力表P2）。活性炭管41和活性炭柱51之间依次安装有第三平面四通阀12和第二六通阀13，第三平面四通阀12与第二平面四通阀11相连接；第二六通阀13与载气钢瓶1之间安装有与第一稳压阀V1相并联的第三稳压阀V3，第二六通阀13还分别与分子筛柱61、第三稳压阀V3相连通，第二六通阀13和分子筛柱61之间的管道上安装有第三压力表P3。分子筛柱61和液闪计数器7之间依次安装有平面三通阀14和第四平面四通阀15，平面三通阀14还与第三平面四通阀12相连通。

利用上述监测系统对核设施气载流出物中⁸⁵Kr进行监测的方法，包括以下步骤：

（a）打开第一稳压阀V1，调节流量计F1，设定流量0.5L/min，依次调节第一平面四通阀8、第二平面四通阀11、第三平面四通阀12和第二六通阀13至第一状态（即图1中实线连接状态，即使采样钢瓶2、分子筛管3、活性炭管41和活性炭柱51相互连通的状态）；此时，载气钢瓶1内的He依次进入分子筛管3、活性炭管41和活性炭柱51；打开第二稳压阀V2，调节第一六通阀9至第一状态（即图1中实线连接状态，下同），调节第一压力表P1压力（如8psi）和第二压力表P2压力（如12psi）；打开第三稳压阀V3，调节平面三通阀14和第四平面四通阀15至第一状态（即图1中实线连接状态），调节第三压力表P3压力（如12psi）；加热恒温箱6，将分子筛柱61保持至60℃；启动TCD检测器10；

（b）在第一冷阱4中加入液氮，将活性炭管41内活性炭降温至-196℃，调节平面三通阀14和第四平面四通阀15至第二状态（即图1中虚线连接状态）；

（c）依次调节第二六通阀13和第一平面四通阀8至第二状态（即图1中虚线连接状态）,在该过程中多次短暂调节第二平面四通阀11至第二状态（即图1中虚线连接状态），使得定量环91进行采样，随后调节第一六通阀9至第二状态（即图1中虚线连接状态），利用TCD检测器10进行测量分析以确定气体采集时间；

（d）加热调节第一冷阱4，将活性炭管41内活性炭温度保持至-80℃；在该过程中多次短暂调节第三平面四通阀12至第二状态（即图1中虚线连接状态），通过TCD检测器10测量分析以确定活性炭管41内活性炭-80℃的恒温时间；

（e）在第二冷阱5中加入液氮，将活性炭柱51内活性炭降温至-196℃，加热第一冷阱4，将活性炭管41内活性炭升温至200℃；在该过程中多次短暂调节平面四通阀12至第二状态（即图1中虚线连接状态），通过TCD检测器10测量分析以确定活性炭管41气体组分解吸时间；

（f）调节第二六通阀13和平面三通阀14至第二状态，加热第二冷阱5，将活性炭柱51内活性炭快速升温至200℃，通过分子筛61分离提纯Kr；在该过程中多次短暂调节平面三通阀14至第二状态（即图1中虚线连接状态），通过TCD检测器10测量分析以确定Kr的保留时间；

（g）将液闪计数瓶7内吸附硅胶降温至-80℃；出现Kr后，调节第四平面四通阀15至第一状态（即图1中实线连接状态），Kr收集于液闪计数瓶中，加入闪烁液，密封；

（h）将制备好的样品源放入液闪谱仪上测量500min，计算得到核设施气载流出物中⁸⁵Kr的活度浓度；

经过反复试验，选定的最优条件是：0.5L/min He流量下的驱气时间为20min，以排空上述监测系统中的空气，使得O₂的残留率小于1%，并使活性炭管41内活性炭温度在-80℃条件保持1h；保持分子筛柱61在60℃恒温条件下，Kr的保留时间为15min，同时与杂质气体N₂和CH₄的分离度大于1.5。对于3L气载流出物，在液闪谱仪上测量500min，其探测限为10Bq/m³。

上述实施例只是对本发明的距离说明，本发明也可以其他的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种核设施气载流出物中氪-85的监测系统，其特征在于：它包括依次连通设置的载气钢瓶（1）、采样钢瓶（2）、分子筛管（3）、安装有第一冷阱（4）的活性炭管（41）、安装有第二冷阱（5）的活性炭柱（51）、安装有恒温箱（6）的分子筛柱（61）的恒温箱（6）以及液闪计数器（7）。

2.根据权利要求1所述的核设施气载流出物中氪-85的监测系统，其特征在于：所述载气钢瓶（1）与所述采样钢瓶（2）之间安装有第一平面四通阀（8），所述第一平面四通阀（8）与所述载气钢瓶（1）之间还安装有第一稳压阀（V1）和流量计（F1），所述第一平面四通阀（8）还与所述分子筛管（3）相连通。

3.根据权利要求1或2所述的核设施气载流出物中氪-85的监测系统，其特征在于：所述分子筛管（3）和所述活性炭管（41）之间安装有第二平面四通阀（11），所述第二平面四通阀（11）与所述载气钢瓶（1）之间安装有与所述第一稳压阀（V1）相并联的第二稳压阀（V2），所述第二稳压阀（V2）和所述第二平面四通阀（11）之间连接有带定量环（91）的第一六通阀（9）以及与所述第一六通阀（9）相连通且与其并联的TCD检测器（10）。

4.根据权利要求3所述的核设施气载流出物中氪-85的监测系统，其特征在于：所述活性炭管（41）和所述活性炭柱（51）之间依次安装有第三平面四通阀（12）和第二六通阀（13），所述第三平面四通阀（12）与所述第二平面四通阀（11）相连接；所述第二六通阀（13）与所述载气钢瓶（1）之间安装有与所述第一稳压阀（V1）相并联的第三稳压阀（V3），所述第二六通阀（13）还分别与所述分子筛柱（61）、所述第三稳压阀（V3）相连通。

5.根据权利要求4所述的核设施气载流出物中氪-85的监测系统，其特征在于：所述分子筛柱（61）和所述液闪计数器（7）之间依次安装有平面三通阀（14）和第四平面四通阀（15），所述平面三通阀（14）还与所述第三平面四通阀（12）相连通。