CN108646282A - 基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统。使用该系统可以实时测量气态氚化水的活度。该系统使用泵从采样区域将气态氚化水样品抽取出来，送入净化分离器，经过净化分离后的气体送入探测区域，即可实时获得氚化水活度。该系统包括：采样单元、净化分离单元、测量单元以及控制单元构成。本发明提供的气态氚化水的在线监测系统能够实时测量各种活度的气态含氚化水样品，具有测量时间短，反应迅速的特点。解决了氚的实时测量问题。该系统还具有操作简单、可实现软件控制等特点。
Description
技术领域
本发明设计的基于塑料闪烁体气态氚化水探测系统，特别涉及一种复杂气态介质中气态氚化水的在线探测系统。
背景技术
在重水堆及熔盐堆的运行过程中会产生大量氚化水，这些氚化水在运行过程中会进入厂房等区域。这些区域的气体在排放前需要进行测量以防止排放气体超过国家标准。这些位置的气体成分复杂，可能还含有其他种类的放射性物质。氚所发出的射线能量低射程短极易受到其他放射性物质的干扰。传统的氚化水在线监测系统多采用鼓泡器采集方式，之后将采集的水样送入液闪测量，这种测量方式时间长，易产生大量放射性废物。
传统的塑料闪烁体探测器无法测量低活度或低能量探测对象。因为低活度探测对象产生的光信号少，探测器无法接收到足够的数据造成测量结果不准确。而低能探测对象的探测效率较低，需要大面积的塑料闪烁体，但相对应的光电倍增管体积有限无法与大面积塑料闪烁体相配合。因此，传统塑料闪烁体探测器无法应用于氚化水的测量中。
在核电站的气体测量中由于还存在大量其他放射性物质。这些放射性物质对氚的测量也会产生较大影响。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种抗干扰能力强，探测器灵敏度高，结构简单，使用方便的基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统。实现氚的实时准确测量，达到在线测氚的目的。
根据本发明提供的一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统包括：采样单元、纯化分离单元、探测单元以及控制单元组成；
采样单元包括：阀门1，采样泵及相关管线
连接关系为：阀门1连接采样泵，采样泵连接净化分离器采样端入口
纯化分离单元包括：吹扫气，阀门2，吹扫泵及净化分离器
连接关系为：吹扫气连接阀门2，阀门2连接吹扫泵，吹扫泵连接净化分离器吹扫端入口，净化分离器吹扫端出口连接探测单元入口，净化分离器采样端出口连接采样气体排出口
探测单元包括：探测单元盛放黑箱，塑料闪烁体，有机玻璃背板，支撑结构，导光纤维，导光纤维耦合器，光电倍增管，光电倍增管耦合元件以及前置放大器；
连接关系为：使用厚度不超过2mm的塑料闪烁体，其表面不涂覆任何材料，其背面与有机玻璃背板贴合，在有机玻璃的贴合面上每隔1cm开一个直径0.5mm贯通圆槽，槽内放置直径0.5mm导光纤维，导光纤维与圆槽之间空隙处填入导光介质。有机玻璃背面涂有反光涂层。导光纤维从有机玻璃背板侧面伸出后收束成一束。使用支撑结构构筑成截面为一长方型的支架，在两个长边安装有上述形状的塑料闪烁体组件，两个窄边涂有反光涂层。在增加多个塑料闪烁体后还需在黑箱内安装一个塑料闪烁体导光纤维耦合器，该耦合器一端连接多个塑料闪烁体的导光纤维，一端连接一束细的导光纤维。当测量对象活度过低时可安装多个支架，增加塑料闪烁体个数提高探测下限。上述部件全部放置于黑箱中。细导光纤维穿过黑盒后与光电倍增管光耦合元件的入光面相连接，光电倍增管光耦合元件的出光面与光电倍增管连接。导光纤维、光电倍增管光耦合元件以及光电倍增管均包覆有遮光材料并，导光纤维在黑箱上的贯穿孔还需做好密封，光电倍增管使用信号线与前置放大器相连。
控制单元包括：单片机及电源
连接关系为：单片机数据接收部分与前置放大器相连，电源为单片机，前置放大器及光电倍增管供电。
与现有技术相比，本发明的收益效果如下：
(1)本发明是气态含氚化水的在线探测系统，具有响应速度快的特点，测量简单，在响应时间上优于液闪取样测量技术；
(2)本发明使用净化分离装置能够将放射性氚化水从多组份样品中完全提取出来，能够减少其它放射性气体对测量结果的干扰；
(3)本发明使用的塑料闪烁体非常薄，对γ射线及高能β射线的响应非常弱，能够有效避免这两类射线的干扰；
(4)本发明所使用的塑料闪烁体构件可根据需要进行叠加，可根据需要增加其个数，提高探测器探测下限；
(5)本发明使用的塑料闪烁体导光纤维耦合器能够实现同时使用多个塑料闪烁体的功能，提高了探测器的扩展能力；
(6)本发明使用的塑料闪烁体导光纤维将光信号输送到远离探测源位置，减小了放射源对电子元器件的信号干扰问题，提高了探测器的抗干扰能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所做的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明具体实施例中系统的原理图。
图2为本发明具体实施例中塑料闪烁体结构。
图3为本发明具体第一实施例中系统的探测单元结构图。
图4为本发明具体第二实施例中系统的探测单元结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的技术方案如下：
根据本发明提供的一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统包括：采样单元、纯化分离单元、探测单元以及控制单元组成；
采样单元包括：阀门1，采样泵及相关管线
连接关系为：阀门1连接采样泵，采样泵连接净化分离器采样端入口
纯化分离单元包括：吹扫气，阀门2，吹扫泵及净化分离器
连接关系为：吹扫气连接阀门2，阀门2连接吹扫泵，吹扫泵连接净化分离器吹扫端入口，净化分离器吹扫端出口连接探测单元入口，净化分离器采样端出口连接采样气体排出口
探测单元包括：探测单元盛放黑箱，塑料闪烁体，有机玻璃背板，支撑结构，导光纤维，导光纤维耦合器，光电倍增管，光电倍增管耦合元件以及前置放大器；
连接关系为：使用厚度不超过2mm的塑料闪烁体，其表面不涂覆任何材料，其背面与有机玻璃背板贴合，在有机玻璃的贴合面上每隔1cm开一个直径0.5mm贯通圆槽，槽内放置直径0.5mm导光纤维，导光纤维与圆槽之间空隙处填入导光介质。有机玻璃背面涂有反光涂层。导光纤维从有机玻璃背板侧面伸出后收束成一束。使用支撑结构构筑成截面为一长方型的支架，在两个长边安装有上述形状的塑料闪烁体组件，两个窄边涂有反光涂层。在增加多个塑料闪烁体后还需在黑箱内安装一个塑料闪烁体导光纤维耦合器，该耦合器一端连接多个塑料闪烁体的导光纤维，一端连接一束细的导光纤维。当测量对象活度过低时可安装多个支架，增加塑料闪烁体个数提高探测下限。上述部件全部放置于黑箱中。细导光纤维穿过黑盒后与光电倍增管光耦合元件的入光面相连接，光电倍增管光耦合元件的出光面与光电倍增管连接。导光纤维、光电倍增管光耦合元件以及光电倍增管均包覆有遮光材料并，导光纤维在黑箱上的贯穿孔还需做好密封，光电倍增管使用信号线与前置放大器相连。
控制单元包括：单片机及电源
连接关系为：单片机数据接收部分与前置放大器相连，电源为单片机，前置放大器及光电倍增管供电。
在系统一次运行前，打开阀门1和阀门2，开启采样泵和吹扫泵，等待一段时间(等待时间与采样速率及测量空间大小有关，一般等待时间等于测量空间除以采样速率值的3倍)后，开启控制单元，当计数n达到设定之后，记录测量时间t。则活度A为：
其中，η1为塑料闪烁体探测效率，该值根据不同的探测器进行标定后确定。η2为净化分离效率，该值根据不同的净化分离器进行标定后确定。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，使用净化分离装置将放射性气态氚化水与多组份样品气体分离开来，减小了其它放射性物质对测量结果的影响。
2.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，使用薄塑料闪烁体，对γ射线及高能β射线的响应非常弱，能够有效避免这两类射线的干扰，并且测量氚的响应非常快。
3.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，塑料闪烁体构件可根据需要进行叠加，可根据需要增加塑料闪烁体个数，提高探测器探测下限。
4.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，使用的塑料闪烁体导光纤维耦合器能够实现同时使用多个塑料闪烁体的功能，提高了探测器的扩展能力。
5.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，使用的塑料闪烁体导光纤维将光信号输送到远离探测源位置，减小了放射源对电子元器件的信号干扰问题，提高了探测器的抗干扰能力。
6.一种基于塑料闪烁体的气态氚化水在线探测系统，其特征在于，由光电倍增管将光信号放大并转换为电信号后，再经过前置放大器放大后由单片机读取信号大小并直接输出活度或转化为其他电子设备能够识别的信号。使得探测系统结构简单，测量方便，读取数据快速，并能够实现探测器的智能化远程化控制。
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