CN106959464B - 一种氡析出率的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氡析出率的测量装置和测量方法，属于核辐射探测技术领域，气体发生装置的箱体内盛满水，箱体上端连通进水管，箱体下端连通出水管，箱体中浸有底部与试件外壁配合的弧形凹槽，弧形凹槽中装有液体耦合剂，试件水平放置在弧形凹槽内，试件两端均用封板密封，超声装置包括超声波发生器、控制开关和多个超声波振子，超声波振子均匀设置于箱体底面，控制开关与超声波振子和超声波发生器通过线缆电连接，外接附件包括测氡仪、第一支管、第二支管、测氡仪、压力表、加压泵和抽气泵。该装置集成了超声装置、测氡仪以及压力发生装置等，其压力、超声频率可控可调，整套装置的可操作性强、可靠性高，使用方便。

Description

一种氡析出率的测量装置和测量方法

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，具体涉及一种氡析出率的测量装置和测量方法。

背景技术

氡及其子体是危害人类健康的主要天然放射源，而铀尾矿是氡的一个重要来源，铀尾矿产生的氡可通过迁移进入大气。如果空气中氡浓度过高，将会造成人的上呼吸道和肺损害，甚至引发肺癌。因此，氡的辐射防护得到了各国政府的高度重视，联合国成立了原子辐射效应科学委员会并定期提交研究报告。由于氡析出机理的研究是开展氡辐射防护的基础，国内外很多科研机构开展了环境氡的调查和氡析出机理的研究。

目前我国铀矿山通风方式主要为压入式和抽出式通风。压入式通风使矿井空气处于正压状态(因此又称为正压通风)，主扇风机将新风压入，污风在正压作用下排出矿井，氡渗流方向指向矿岩壁。抽出式通风使矿井空气处于负压状态(因此又称为负压通风)，新风在负压作用下吸入矿井，污风由主扇风机抽出矿井，氡渗流方向指向井巷。国内外相关研究表明压入式通风能明显抑制和减少矿岩中氡的析出；因此，压入式通风矿井中氡浓度随着通风量的增加而减少；抽出式通风井下氡浓度首先下降，但会随着风量的增加氡析出增大而增加。

铀矿开采过程中，会伴随大量的铀矿石受力破裂现象，而国内外一些专家研究表明：岩石在受力破裂前，会产生许多的微震动，而震动频率通常都在超声频率范围内。岩石主破裂前氡异常现象与之有无内在联系已经引起研究者的重视，并开展了一些有益的试验和探索。

上述不同通风压力下以及超声震动对氡析出影响的研究存在一些局限性，没有定量的研究相对压力以及超声频率对氡析出的影响。因此，开展不同压力和超声频率作用下氡析出的研究是十分有必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种氡析出率的测量装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氡析出率的测量装置，包括气体发生装置、超声装置和外接附件；

所述气体发生装置包括箱体、进水管、出水管和具有空腔的圆柱形试件，所述箱体内盛满水，所述箱体上端连通所述进水管，所述箱体下端连通所述出水管，所述箱体中浸有底部与所述试件外壁配合的弧形凹槽，所述弧形凹槽中装有液体耦合剂，所述试件水平放置在所述弧形凹槽内，所述试件两端均用表面具有通孔的封板密封，所述试件两侧均开设有圆孔，所述通孔和所述圆孔位置相对，所述试件与所述封板构成了集氡空间；

所述超声装置包括超声波发生器、控制开关和多个超声波振子，多个所述超声波振子的频率不同、功率相同，所述超声波振子均匀设置与所述箱体底面，所述控制开关与所述超声波振子和所述超声波发生器通过线缆电连接；

所述外接附件包括测氡仪、第一支管、第二支管、压力表、加压泵和抽气泵，所述第一支管一端与一个所述封板上的通孔连通，所述第一支管另一端连接有第一三通，所述第一三通还与第三支管一端和第四支管一端连通，所述第三支管上连接有第一活性炭管，所述第四支管另一端连接有第二三通，所述第二三通还与第五支管一端和第六支管一端连通，所述第五支管上连接有第二活性炭管，所述第六支管另一端与所述测氡仪的进气端连通，所述第六支管上还连接有干燥剂管，所述测氡仪的排气端与第七支管一端连通，所述第七支管另一端还连接有第三三通，所述第三三通还与所述第二支管一端和第八支管一端连通，所述第二支管另一端与另一个所述封板上的通孔连通，所述第八支管上连接有所述压力表和调节阀，所述第八支管另一端连接有第四三通，所述第四三通还与第九支管一端和第十支管一端连通，所述第九支管另一端连接所述加压泵，所述第十支管另一端连接所述抽气泵；

所述进水管上设有进水阀，所述出水管上设有出水阀，所述第一支管上设置有第一阀门，所述第二支管上设置有第二阀门，所述第一活性炭管和所述第一三通之间的所述第三支管上设置有第三阀门，所述第一三通和所述第二三通之间的第四支管上设置有第四阀门，所述第二三通与所述第二活性炭管之间的第五支管上设置有第五阀门，所述第三三通和所述压力表之间的第八支管上设置有第六阀门，所述第九支管上设置有第七阀门，所述第十支管上设置有第八阀门。

优选地，所述箱体为铁质材料，所述弧形凹槽为有机玻璃材质，所述封板为PVC材料。

优选地，所有支管和阀门均为硬质不易吸附氡的pvc所制。

优选地，所述液体耦合剂为水和机油耦合剂。

本发明的另一目的在于提供氡析出率的测量方法，包括以下步骤：

(1)取铀尾矿沙与水泥按一定质量比混合制成两侧开设有圆孔的具有空腔的圆柱形试件，然后将所述试件置于水中浸泡至重量不再发生变化制成饱和水试块；

(2)取出所述试块擦干表面水分并用表面具有通孔的封板将所述试件两端密封并将其放入弧形凹槽中，两个所述封板上的通孔分别与所述试件两侧的圆孔位置相对，两个所述封板上的通孔分别与第一支管和第二支管连通；

(3)关闭第三阀门和第五阀门，开启第一阀门、第二阀门、第四阀门、第六阀门和第七阀门，开启加压泵向闭合回路中加压，然后关闭所述第七阀门，观察一段时间，若压力表数值无变化，证明测量装置气密性良好；

(4)打开超声波发生器，调节发生频率直到与所选超声波振子的频率一致，闭合控制开关，打开进水阀和出水阀，让水从箱体中等速流进和流出；

(5)关闭第四阀门和第六阀门，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门和第五阀门，开启测氡仪自动清理20min，清理完后关闭第三阀门、第五阀门和第八阀门，打开阀门第四阀门、第六阀门和第七阀门，打开加压泵，调节调压阀至压力到一定程度，待压力稳定后关闭第六阀门；

或关闭第四阀门和第六阀门，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门和第五阀门，开启测氡仪自动清理20min，清理完后关闭第三阀门、第五阀门和第七阀门，打开阀门第四阀门、第六阀门和第八阀门，打开抽气泵，调节调压阀至压力到一定程度，待压力稳定后关闭第六阀门；

(6)开启测氡仪19进行氡析出测定，测定完成后关闭所有阀门和所述超声波发生器，让试块氡析出重新恢复平衡；

(7)重复步骤(3)、(4)和(5)，调节不同超声频率和不同压力，测量氡析出。

本发明提供的氡析出率的测量装置和测量方法具有以下有益效果：

(1)集成了超声波发生器、测氡仪以及压力发生装置等，其压力、超声频率可控可调，整套装置的可操作性强、可靠性高，使用方便。

(2)本发明相当于把铀矿山巷道搬进室内进行研究，可模拟测试多种通风情况下巷道内氡浓度，大大提高了研究效率，降低了防氡成本、提高防氡效果。

(3)本发明可开展不同压力和超声频率下氡析出的研究有利于进一步揭示不同通风情况下岩石破碎前氡析出异常的规律，可为铀矿石的防氡提供可靠的依据。

附图说明

图1为本发明实施例1的氡析出率的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本发明提供了一种氡析出率的测量装置，具体如图1所示，包括气体发生装置、超声装置和外接附件；

气体发生装置包括箱体1、进水管2、出水管3和具有空腔的圆柱形试件5，箱体1内盛满水44，箱体1上端连通进水管2，箱体1下端连通出水管3，箱体1中浸有底部与试件5外壁配合的弧形凹槽6，弧形凹槽6中装有液体耦合剂7，试件5水平放置在弧形凹槽6内，试件5两端均用表面具有通孔的封板8密封，试件5两侧均开设有圆孔，通孔和圆孔位置相对，试件5与封板8构成了集氡空间；

超声装置包括超声波发生器9、控制开关10和多个超声波振子11，多个超声波振子11的频率不同、功率相同，超声波振子11均匀设置与箱体1底面，控制开关10与超声波振子11和超声波发生器9通过线缆电连接；

外接附件包括测氡仪12、第一支管13、第二支管14、压力表15、加压泵16和抽气泵17，第一支管13一端与一个封板8上的通孔连通，第一支管13另一端连接有第一三通18，第一三通18还与第三支管19一端和第四支管20一端连通，第三支管19上连接有第一活性炭管21，第四支管20另一端连接有第二三通22，第二三通22还与第五支管23一端和第六支管24一端连通，第五支管23上连接有第二活性炭管25，第六支管24另一端与测氡仪12的进气端连通，第六支管24上还连接有干燥剂管26，测氡仪12的排气端与第七支管27一端连通，第七支管27另一端还连接有第三三通28，第三三通28还与第二支管14一端和第八支管29一端连通，第二支管14另一端与另一个封板8上的通孔连通，第八支管29上连接有压力表15和调节阀30，第八支管29另一端连接有第四三通31，第四三通31还与第九支管32一端和第十支管33一端连通，第九支管32另一端连接加压泵16，第十支管33另一端连接抽气泵17。

进水管2上设有进水阀34，出水管3上设有出水阀35，第一支管13上设置有第一阀门36，第二支管14上设置有第二阀门37，第一活性炭管21和第一三通18之间的第三支管19上设置有第三阀门38，第一三通18和第二三通22之间的第四支管20上设置有第四阀门39，第二三通22与第二活性炭管25之间的第五支管23上设置有第五阀门40，第三三通28和压力表15之间的第八支管29上设置有第六阀门41，第九支管32上设置有第七阀门42，第十支管33上设置有第八阀门43。

本实施例中，测氡仪12采用RAD7连续测氡仪器，灵敏度高，现场获取结果，操作方便。超声波发生器9采用KMD-M1可调超声波发生器，发生频率在20khz-40khz区间连续可调，使用的超声波振子11为定做的不同频率的振子，且各个振子的功率相同，压力表15的量程为-5kpa至5kpa。箱体1为铁质材料，弧形凹槽6为有机玻璃材质，封板8为PVC材料。

本实施例中，所有支管和阀门均为硬质不易吸附氡的PVC所制，液体耦合剂7为水和机油耦合剂7。

本实施例还提供两种氡析出率的测量方法，一种为正压测量法，一种为负压测量法；

正压测量法的具体步骤如下所述：

(1)取铀尾矿沙与水泥按一定质量比混合制成两侧开设有圆孔的具有空腔的试件5，然后将试件5置于水中浸泡48h制成饱和水试块；

(2)取出试块擦干表面水分并用表面具有通孔的封板8将试件5两端密封并将其放入弧形凹槽6中，两个封板8上的通孔分别与试件5两侧的圆孔位置相对，两个封板8上的通孔分别与第一支管13和第二支管14连通；

(3)关闭第三阀门38和第五阀门40，开启第一阀门36、第二阀门37、第四阀门39、第六阀门41和第七阀门42，开启加压泵16向闭合回路中加压，然后关闭第七阀门42，观察一段时间，若压力表15数值无变化，证明测量装置气密性良好；

(4)打开超声波发生器9，调节发生频率直到与所选超声波振子11的频率一致，闭合控制开关10，打开进水阀34和出水阀35，让水从箱体1中等速流进和流出；

(5)关闭第四阀门39和第六阀门41，打开第一阀门36、第二阀门37、第三阀门38和第五阀门40，开启测氡仪12自动清理20min，清理完后关闭第三阀门38、第五阀门40和第八阀门43，打开阀门第四阀门39、第六阀门41和第七阀门42，打开加压泵16，调节调压阀至压力到一定程度，待压力稳定后关闭第六阀门41；

(6)开启测氡仪12进行氡析出测定，测定完成后关闭所有阀门和超声波发生器9，让试块氡析出重新恢复平衡；

(7)重复步骤(3)、(4)和(5)，调节不同超声频率和不同压力，测量氡析出。

负压测量法的具体步骤如下所述：

(1)取铀尾矿沙与水泥按一定质量比混合制成两侧开设有圆孔的具有空腔的试件5，然后将试件5置于水中浸泡48h制成饱和水试块；

(2)取出试块擦干表面水分并用表面具有通孔的封板8将试件5两端密封并将其放入弧形凹槽6中，两个封板8上的通孔分别与试件5两侧的圆孔位置相对，两个封板8上的通孔分别与第一支管13和第二支管14连通；

(3)关闭第三阀门38和第五阀门40，开启第一阀门36、第二阀门37、第四阀门39、第六阀门41和第七阀门42，开启加压泵16向闭合回路中加压，然后关闭第七阀门42，观察一段时间，若压力表15数值无变化，证明测量装置气密性良好；

(4)打开超声波发生器9，调节发生频率直到与所选超声波振子11的频率一致，闭合控制开关10，打开进水阀34和出水阀35，让水从箱体1中等速流进和流出；

(5)关闭第四阀门39和第六阀门41，打开第一阀门36、第二阀门37、第三阀门38和第五阀门40，开启测氡仪12自动清理20min，清理完后关闭第三阀门38、第五阀门40和第七阀门42，打开阀门第四阀门39、第六阀门41和第八阀门43，打开抽气泵17；

(6)开启测氡仪12进行氡析出测定，测定完成后关闭所有阀门和超声波发生器9，让试块氡析出重新恢复平衡；

(7)重复步骤(3)、(4)和(5)，调节不同超声频率和不同压力，测量氡析出。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种氡析出率的测量装置，其特征在于，包括气体发生装置、超声装置和外接附件；

所述气体发生装置包括箱体(1)、进水管(2)、出水管(3)和具有空腔的圆柱形试件(5)，所述箱体(1)内盛满水(44)，所述箱体(1)上端连通所述进水管(2)，所述箱体(1)下端连通所述出水管(3)，所述箱体(1)中浸有底部与所述试件(5)外壁配合的弧形凹槽(6)，所述弧形凹槽(6)中装有液体耦合剂(7)，所述试件(5)水平放置在所述弧形凹槽(6)内，所述试件(5)两端均用表面具有通孔的封板(8)密封，所述试件(5)两侧均开设有圆孔，所述通孔和所述圆孔位置相对，所述试件(5)与所述封板(8)构成了集氡空间(4)；

所述超声装置包括超声波发生器(9)、控制开关(10)和多个超声波振子(11)，多个所述超声波振子(11)的频率不同、功率相同，所述超声波振子(11)均匀设置与所述箱体(1)底面，所述控制开关(10)与所述超声波振子(11)和所述超声波发生器(9)通过线缆电连接；

所述外接附件包括测氡仪(12)、第一支管(13)、第二支管(14)、压力表(15)、加压泵(16)和抽气泵(17)，所述第一支管(13)一端与一个所述封板(8)上的通孔连通，所述第一支管(13)另一端连接有第一三通(18)，所述第一三通(18)还与第三支管(19)一端和第四支管(20)一端连通，所述第三支管(19)上连接有第一活性炭管(21)，所述第四支管(20)另一端连接有第二三通(22)，所述第二三通(22)还与第五支管(23)一端和第六支管(24)一端连通，所述第五支管(23)上连接有第二活性炭管(25)，所述第六支管(24)另一端与所述测氡仪(12)的进气端连通，所述第六支管(24)上还连接有干燥剂管(26)，所述测氡仪(12)的排气端与第七支管(27)一端连通，所述第七支管(27)另一端还连接有第三三通(28)，所述第三三通(28)还与所述第二支管(14)一端和第八支管(29)一端连通，所述第二支管(14)另一端与另一个所述封板(8)上的通孔连通，所述第八支管(29)上连接有所述压力表(15)和调节阀(30)，所述第八支管(29)另一端连接有第四三通(31)，所述第四三通(31)还与第九支管(32)一端和第十支管(33)一端连通，所述第九支管(32)另一端连接所述加压泵(16)，所述第十支管(33)另一端连接所述抽气泵(17)；

所述进水管(2)上设有进水阀(34)，所述出水管(3)上设有出水阀(35)，所述第一支管(13)上设置有第一阀门(36)，所述第二支管(14)上设置有第二阀门(37)，所述第一活性炭管(21)和所述第一三通(18)之间的所述第三支管(19)上设置有第三阀门(38)，所述第一三通(18)和所述第二三通(22)之间的第四支管(20)上设置有第四阀门(39)，所述第二三通(22)与所述第二活性炭管(25)之间的第五支管(23)上设置有第五阀门(40)，所述第三三通(28)和所述压力表(15)之间的第八支管(29)上设置有第六阀门(41)，所述第九支管(32)上设置有第七阀门(42)，所述第十支管(33)上设置有第八阀门(43)。

2.根据权利要求1所述的氡析出率的测量装置，其特征在于，所述箱体(1)为铁质材料，所述弧形凹槽(6)为有机玻璃材质，所述封板(8)为PVC材料。

3.根据权利要求1所述的氡析出率的测量装置，其特征在于，所有支管和阀门均为硬质不易吸附氡的pvc所制。

4.根据权利要求1所述的氡析出率的测量装置，其特征在于，所述液体耦合剂(7)为水和机油耦合剂。

5.一种根据权利要求1所述的氡析出率的测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取铀尾矿沙与水泥按一定质量比混合制成两侧开设有圆孔的具有空腔的圆柱形试件(5)，然后将所述试件(5)置于水中浸泡至重量不再发生变化制成饱和水试块；

(2)取出所述试块擦干表面水分并用表面具有通孔的封板(8)将所述试件(5)两端密封并将其放入弧形凹槽(6)中，两个所述封板(8)上的通孔分别与所述试件(5)两侧的圆孔位置相对，两个所述封板(8)上的通孔分别与第一支管(13)和第二支管(14)连通；

(3)关闭第三阀门(38)和第五阀门(40)，开启第一阀门(36)、第二阀门(37)、第四阀门(39)、第六阀门(41)和第七阀门(42)，开启加压泵(16)向闭合回路中加压，然后关闭所述第七阀门(42)，观察一段时间，若压力表(15)数值无变化，证明测量装置气密性良好；

(4)打开超声波发生器(9)，调节发生频率直到与所选超声波振子(11)的频率一致，闭合控制开关(10)，打开进水阀(34)和出水阀(35)，让水(44)从箱体(1)中等速流进和流出；

(5)关闭第四阀门(39)和第六阀门(41)，打开第三阀门(38)和第五阀门(40)，开启测氡仪(12)自动清理20min，清理完后关闭第三阀门(38)、第五阀门(40)和第八阀门(43)，打开阀门第四阀门(39)、第六阀门(41)和第七阀门(42)，打开加压泵(16)，调节调压阀至压力到一定程度，待压力稳定后关闭第六阀门(41)；

或关闭第四阀门(39)和第六阀门(41)，打开第三阀门(38)和第五阀门(40)，开启测氡仪(12)自动清理20min，清理完后关闭第三阀门(38)、第五阀门(40)和第七阀门(42)，打开阀门第四阀门(39)、第六阀门(41)和第八阀门(43)，打开抽气泵(17)，调节调压阀至压力到一定程度，待压力稳定后关闭第六阀门(41)；

(6)开启测氡仪(12)进行氡析出测定，测定完成后关闭所有阀门和所述超声波发生器(9)，让试块氡析出重新恢复平衡；

(7)重复步骤(3)、(4)和(5)，调节不同超声频率和不同压力，测量氡析出。

Images