CN106547009A - 一种核电厂气态流出物85k的检测方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气态流出物中⁸⁵Kr的检测方法，包括以下步骤：A)将采集的样品导入分子筛阱中；B)将步骤A)得到的气态流出物通过活性炭阱进行吸附；C)将步骤B)得到的气态流出物通过色谱柱，得到⁸⁵Kr；D)将所述⁸⁵Kr采用液闪谱仪进行检测。本申请还提供了一种气态流出物中⁸⁵Kr的检测设备。本申请提供的检测方法能够检测⁸⁵Kr的探测限不大于100Bq/m³。

Description

一种核电厂气态流出物85K的检测方法与设备

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及核电厂气态流出物⁸⁵K的检测方法与设备。

背景技术

⁸⁵Kr是一种β放射性核素，半衰期为10.752±0.023年，β射线最大能量为687keV，衰变时同时放出能量为513.997keV的γ射线，分支比仅为0.435％。⁸⁵Kr可由宇宙射线与大气分子中⁸⁴Kr的核反应产生，在大气中平衡活度仅为0.37TB。⁸⁵Kr是²³³U、²³⁵U、²³⁹Pu的裂变产物，从核燃料循环向环境释放的⁸⁵Kr远大于自然界产生的量。

⁸⁵Kr释入环境空气中，在大气中进行迁移扩散，可能由生物体通过呼吸等途径进入体内，因此，⁸⁵Kr是一种全球性的气体污染源。据统计，⁸⁵Kr在1945年在大气中的活度浓度为0.1μBq/m³。随着人类核燃料循环活动，环境大气中⁸⁵Kr的活度浓度逐年升高。在核电厂气态放射性流出物排放源中，⁸⁵Kr在惰性气体排放总量中占相当大份额。尽管由核电厂释放的⁸⁵Kr占整个核燃料循环量的份额很小，但是在核电厂排放源项中所占比例较大，且半衰期又长，因此在核电厂流出物检测和环境影响评价中均需注意。

随着我国核能的发展，对核电厂排放的⁸⁵Kr的检测与评估已受到越来越多的重视。目前，国内核电厂气态流出物⁸⁵Kr监测分析方法一般采用γ核素分析法，探测限高为8×10⁴Bq/m³，但是由于核电厂⁸⁵Kr的活度浓度水平约为1000Bq/m³，因此γ核素分析法不能检测到核电厂实际的气态流出物排放量。

由于⁸⁵Kr衰变时放出的β射线分支比较高，且液闪谱仪对β射线射线的探测效率相对比较高，由此，本申请提供了一种核电厂气态流出物⁸⁵Kr的监测分析方法与设备。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种核电厂气态流出物⁸⁵Kr的监测分析方法与设备，本申请提供的检测方法与设备能够检测出核电厂⁸⁵Kr的排放量。

有鉴于此，本申请提供了一种核电厂气态流出物中⁸⁵Kr的检测方法，包括以下步骤：

A)，将采集的样品导入分子筛阱中进行吸附；

B)，将步骤A)得到的气态流出物通过活性炭阱进行吸附；

C)，将步骤B)得到的气态流出物通过色谱柱，得到⁸⁵Kr；

D)，将所述⁸⁵Kr采用液闪谱仪进行检测。

优选的，所述采集的样品采用3L气体取样瓶收集。

优选的，所述采集的样品导入分子筛阱的气体流速不大于0.5L/min。

优选的，步骤B)具体为：

B1)，将步骤A)得到的气态流出物通入-202℃～-192℃的活性炭阱中，吸附后所述活性炭阱升温至-83℃～-73℃，然后将所述活性炭阱升温至245℃～255℃；

B2)，将步骤B1)得到的气态流出物进入-202℃～-192℃的活性炭柱，吸附后所述活性炭柱升温至0℃。

优选的，步骤C)中所述气态流出物通过色谱柱的温度为-40℃～-30℃。

优选的，所述⁸⁵Kr采用液闪计数瓶进行收集。

本申请还提供了一种核电厂气态流出物⁸⁵Kr的检测设备，包括：

样品采集瓶；

入口与所述样品采集瓶的出口相连的分子筛阱；

入口与所述分子筛阱的出口相连的活性炭阱；

入口与所述活性炭阱的出口相连的色谱柱；

入口与所述色谱柱的出口相连的液闪瓶。

优选的，所述活性炭阱与所述色谱柱之间还设置有活性炭柱，且所述活性炭柱的入口与所述活性炭阱的出口相连，出口与所述色谱柱的入口相连。

优选的，所述活性炭柱与所述色谱柱之间设置有碳纤维U型管，且所述碳纤维U型管的入口与所述活性炭柱的出口相连，出口与所述色谱柱的入口相连。

本申请提供了一种气态流出物⁸⁵Kr的检测方法，首先将采集的样品导入分子筛阱中，去除气态流出物中的H₂O和CO₂，再将气态流出物通过活性炭阱，吸附后去除O₂和N₂，然后再将气态流出物通过色谱柱，将气态流出物中的微量气体去除，得到⁸⁵Kr，最后采用液闪谱仪进行检测，而得到气态流出物中⁸⁵Kr的探测值。实验结果表明，本申请提供的⁸⁵Kr的探测限不大于100Bq/m³。

附图说明

图1为本发明气态流出物中⁸⁵Kr的检测流程示意图；

图2为本发明气态流出物中⁸⁵Kr的检测设备示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种气态流出物中⁸⁵Kr的检测方法，包括以下步骤：

A)，将采集的样品导入分子筛阱中；

B)，将步骤A)得到的气态流出物通过活性炭阱进行吸附；

C)，将步骤B)得到的气态流出物通过色谱柱，得到⁸⁵Kr；

D)，将所述⁸⁵Kr采用液闪谱仪进行检测。

本申请提供了一种气态流出物中⁸⁵Kr的检测方法与设备，应用本申请提供的检测方法能够检测出核电厂实际的气态流出物中⁸⁵Kr的排放量，探测限不大于100Bq/m³。

核电厂气态流出物样品气体成分复杂，且⁸⁵Kr的含量水平低，需要对样品进行分离和纯化，包括：脱水、去除二氧化碳、氧气和氮气，且降低淬灭影响。

按照本发明，首先将采集的样品导入分子筛阱中，以去除水和二氧化碳。在上述过程中，首先需要样品采集，即核电厂放射性气态流出物采用取样钢瓶进行收集。本申请优选采用3L的气体取样钢瓶收集所述气态流出物。在将气态流出物导入分子筛阱的过程中，本申请将气态流出物导入常温分子筛阱中，初步去除水和二氧化碳。本申请所述气态流出物的流速不大于0.5L/min。

本申请然后将去除水和二氧化碳的气态流出物通过活性炭阱，吸附后去除氧气和氮气。此过程为气态流出物中杂质气体与⁸⁵Kr的初步分离。为了实现气态流出物中⁸⁵Kr的精确测量，所述初步分离的过程具体为：

将得到的气态流出物通入-202℃～-192℃的活性炭阱中，吸附后所述活性炭阱升温至-83℃～-73℃，然后将所述活性炭阱升温至245℃～255℃；

将得到的气态流出物进入-202℃～-192℃的活性炭柱，吸附后所述活性炭柱升温至0℃。

在上述过程中，本申请首先将去除水和二氧化碳后的气态流出物通过-202℃～-192℃的活性炭阱，活性炭阱吸附后升温至-83℃～-73℃，初步去除氧气和氮气，得到去除氮气和氧气的气态流出物；然后将活性炭阱再升温至245℃～255℃，使初步去除氧气和氮气的气态流出物中的含有少量杂质气体的氪气自活性炭阱中分离出来。然后将上述氪气再次进入-202℃～-192℃的活性炭柱，吸附后升温至0℃，再次分离，去除氧气和氮气，得到含有微量杂质气体的氪气。在上述过程中，上述温度的控制均是为了降低淬灭影响。

为了更进一步去除气态流出物中的氧气和氮气，本申请优选将上述得到的气态流出物经过-202℃～-192℃的碳纤维U型管。

本申请然后将上述得到的气态流出物进行纯化；所述纯化的过程为：将上述得到的气态流出物通过色谱柱，分离出甲烷、氦气等气体的干扰，得到纯净度较高的⁸⁵Kr。为了能够使气态流出物中的微量气体有效去除，所述色谱柱的温度优选为-40℃～-30℃。此过程中确定⁸⁵Kr的回收率为80％～90％。

按照本发明，最后将气态流出物中⁸⁵Kr采用液闪瓶吸收，并采用液闪谱仪检测⁸⁵Kr的含量。所述⁸⁵Kr的吸收、检测过程具体为：

将分离纯化后的气体采用液闪计数瓶进行收集，在加入闪烁液后在液闪谱仪上测量。

本申请所述闪烁瓶采用黄铜螺盖的石英闪烁瓶，并在闪烁瓶中放置硅胶，以防止⁸⁵Kr的泄露，并加强对⁸⁵Kr的吸附。

如图1所示，图1为本申请所述检测方法的流程示意图，依此可知，本申请在检测气态流出物中⁸⁵Kr的过程中，将气态流出物依次经过去除水和二氧化碳，氧气和氮气，甲烷和氦气等微量气体，将干扰⁸⁵Kr检测的气体一一排除，从而使⁸⁵Kr的探测限不大于100Bq/m³，能够准确的检测到气态流出物中⁸⁵Kr的活度浓度。

本申请还提供了一种上述检测方法所采用的设备，其包括：

样品采集瓶；

入口与所述样品采集瓶的出口相连的分子筛阱；

入口与所述分子筛阱的出口相连的活性炭阱；

入口与所述活性炭阱的出口相连的色谱柱；

入口与所述色谱柱的出口相连的液闪瓶。

本申请所述样品采集瓶用于收集核电厂相关回路采集的样品。本申请所述样品采集瓶优选为3L气体取样钢瓶。

所述样品采集瓶的出口与所述分子筛阱的入口相连，所述分子筛阱用于去除气态流出物中的水和二氧化碳。所述分子筛阱的出口与所述活性炭阱的入口相连，所述活性炭阱用于去除气态流出物中的氧气和氮气。为了使气态流出物中的氧气和氮气能够充分去除，本申请优选在所述分子筛阱和活性炭阱之间设置活性炭柱，且所述活性炭柱的入口与所述活性炭阱的出口相连，所述活性炭阱的出口与所述色谱柱的入口相连。为了更进一步去除气态流出物中的氮气和氧气，所述活性炭柱与所述色谱柱之间还设置有碳纤维U型管，所述碳纤维U型管的入口与所述活性炭柱的出口相连，所述碳纤维U型管的出口与所述色谱柱的入口相连。

按照本发明，所述气态流出物依次经过分子筛阱、活性炭阱和活性炭柱之后，将气态流出物中的水和二氧化碳、氧气和氮气依次去除后，则进入分子筛色谱，将气态流出物中的氦气和甲烷等微量气体去除。

所述色谱柱的出口与所述液闪瓶的入口进行相连，将经过除杂后的气态流出物⁸⁵Kr采用液闪谱仪进行检测。自色谱柱流出的气态流出物经过液闪计数瓶的收集，且在所述液闪计数瓶中加入闪烁液在液闪谱仪中进行⁸⁵Kr的检测。

本发明所述设备中涉及的管道与阀门等操作件的连接关系为本领域技术人员熟知的，此处不再进行赘述。本申请所述分子筛阱、活性炭阱、活性炭柱、碳纤维U形管、色谱柱均为本领域技术人员熟知的吸附材料，本申请不再进行赘述。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的气态流出物⁸⁵Kr的检测方法与设备进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

图2为本发明气态流出物中⁸⁵Kr的检测设备，其中1为样品收集瓶，2为分子筛阱，3为活性炭阱，4为活性炭柱，5为碳纤维U型管，6为分子筛色谱柱，7为液闪瓶。本申请所述色谱柱为安捷伦色谱柱，配TCD检测器，检出限为0.01ml；液闪谱仪为PE低本底液闪谱仪1220型。

实施例2

应用实施例1的检测设备，进行气态流出物中⁸⁵Kr的检测。

1)样品采集

核电厂放射性气态流出物Kr-85采集，采用3L气体取样钢瓶，从核电厂相关回路中采集样品；

2)初步分离

气体以不大于0.5L/min流速导入常温下分子筛阱，初步去除H₂O和CO₂，然后气体通过活性炭阱(-197℃)，活性炭阱吸附后升温至-78℃，初步去除O₂、N₂；升温至250℃，活性炭中气态流出物分离，进入-197℃活性炭柱，升温至0℃，再次分离去除O₂、N₂；

3)纯化

气体通过色谱柱，在-35℃条件下，分离出CH₄等的干扰，并确定⁸⁵Kr的回收率，约在80％～90％。

4)吸收

经分离纯化后的气体采用20ml液闪计数瓶进行收集，加入闪烁液后在液闪谱仪上测量，闪烁瓶采用黄铜螺盖的石英闪烁瓶，并在闪烁瓶中放置一层硅胶，防止Kr的泄露及加强对Kr的吸附。

上述全部分离和纯化过程时间约为4小时，探测效率为80％，探测限为100Bq/m³。

实施例3

应用实施例1的检测设备，进行气态流出物中⁸⁵Kr的检测。

1)样品采集

核电厂放射性气态流出物Kr-85采集，采用3L气体取样钢瓶，从核电厂相关回路中采集样品；

2)初步分离

气体以不大于0.5L/min流速导入常温下分子筛阱，初步去除H₂O和CO₂，然后气体通过活性炭阱(-198℃)，活性炭阱吸附后升温至-72℃，初步去除O₂、N₂；升温至252℃，活性炭中气态流出物分离，进入-198℃活性炭柱，升温至0℃，再次分离去除O₂、N₂；

3)纯化

气体通过色谱柱，在-30℃条件下，分离出CH₄等的干扰，并确定⁸⁵Kr的回收率，约在80％～90％。

4)吸收

经分离纯化后的气体采用20ml液闪计数瓶进行收集，加入闪烁液后在液闪谱仪上测量，闪烁瓶采用黄铜螺盖的石英闪烁瓶，并在闪烁瓶中放置一层硅胶，防止Kr的泄露及加强对Kr的吸附。

上述全部分离和纯化过程时间约为4小时，探测效率为80％，探测限为98Bq/m³。

实施例4

1)样品采集

核电厂放射性气态流出物Kr-85采集，采用3L气体取样钢瓶，从核电厂相关回路中采集样品；

2)初步分离

气体以不大于0.5L/min流速导入常温下分子筛阱，初步去除H₂O和CO₂，然后气体通过活性炭阱(-202℃)，活性炭阱吸附后升温至-83℃，初步去除O₂、N₂；升温至245℃，活性炭中气态流出物分离，进入-202℃活性炭柱，升温至0℃，再次分离去除O₂、N₂；

3)纯化

气体通过色谱柱，在-40℃条件下，分离出CH₄等的干扰，并确定⁸⁵Kr的回收率，约在80％～90％。

4)吸收

经分离纯化后的气体采用20ml液闪计数瓶进行收集，加入闪烁液后在液闪谱仪上测量，闪烁瓶采用黄铜螺盖的石英闪烁瓶，并在闪烁瓶中放置一层硅胶，防止Kr的泄露及加强对Kr的吸附。

上述全部分离和纯化过程时间约为4小时，探测效率为80％，探测限为95Bq/m³。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种核电厂气态流出物中⁸⁵Kr的检测方法，包括以下步骤：

A)，将采集的样品导入分子筛阱中进行吸附；

B)，将步骤A)得到的气态流出物通过活性炭阱进行吸附；

C)，将步骤B)得到的气态流出物通过色谱柱，得到⁸⁵Kr；

D)，将所述⁸⁵Kr采用液闪谱仪进行检测。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述采集的样品采用3L气体取样瓶收集。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述采集的样品导入分子筛阱的气体流速不大于0.5L/min。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，步骤B)具体为：

B1)，将步骤A)得到的气态流出物通入-202℃～-192℃的活性炭阱中，吸附后所述活性炭阱升温至-83℃～-73℃，然后将所述活性炭阱升温至245℃～255℃；

B2)，将步骤B1)得到的气态流出物进入-202℃～-192℃的活性炭柱，吸附后所述活性炭柱升温至0℃。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，步骤C)中所述气态流出物通过色谱柱的温度为-40℃～-30℃。

6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述⁸⁵Kr采用液闪计数瓶进行收集。

7.一种核电厂气态流出物⁸⁵Kr的检测设备，包括：

样品采集瓶；

入口与所述样品采集瓶的出口相连的分子筛阱；

入口与所述分子筛阱的出口相连的活性炭阱；

入口与所述活性炭阱的出口相连的色谱柱；

入口与所述色谱柱的出口相连的液闪瓶。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述活性炭阱与所述色谱柱之间还设置有活性炭柱，且所述活性炭柱的入口与所述活性炭阱的出口相连，出口与所述色谱柱的入口相连。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述活性炭柱与所述色谱柱之间设置有碳纤维U型管，且所述碳纤维U型管的入口与所述活性炭柱的出口相连，出口与所述色谱柱的入口相连。