CN109254316B - 一种核电站气溶胶连续辐射监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电站气溶胶连续辐射监测装置，包括屏蔽体，设置在屏蔽体内部的探测组件以及过滤组件，所述过滤组件设置在探测组件的下方，以及设置在探测组件处的电路板以及ARM处理板；所述探测组件包括PIPS半导体探测器和塑料闪烁体探测器，所述过滤组件包括过滤器壳体，该过滤器壳体内设置有进气室、排气室、卷纸盒、凸轮、压纸机构以及走纸电机，本发明利用PIPS半导体探测器(钝化注入表面硅探测器)探测气溶胶中的α和β辐射，而通过体积较大的塑料闪烁体探测器来探测环境中存在的本底γ射线。
Description
技术领域
本发明涉及一种核电厂废气监测技术领域，具体涉及一种核电站气溶胶连续辐射监测装置。
背景技术
压水反应堆核电厂产生的废气最终将排放到环境中。为了检查核电站的排出流是否符合国家标准的相关规定、排出流的浓度是否低于运行限值，为估算核电站周围公众剂量提供基础数据，确保核电厂工作人员人身安全，必须对核电厂烟囱气载流出物中气溶胶放射性物质活度浓度进行连续测量。
压水反应堆核电厂通过烟囱排放的气体有两种：一是反应堆厂房和辅助厨房的通风气体。这类气体的放射源来源于设备的泄漏或压力容器附近的空气被活化。二是工艺废气。来自一回路的工艺废气一般带有较高浓度的放射性物质；来自二回路的蒸汽中也可能含有放射性气体。
现有的监测设备中，一般不能监测气溶胶放射性物质。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供了一种核电站气溶胶连续辐射监测装置。
本发明采用的技术方案为：
一种核电站气溶胶连续辐射监测装置，包括
屏蔽体，设置在屏蔽体内部的探测组件以及过滤组件，所述过滤组件设置在探测组件的下方，以及设置在探测组件处的电路板以及ARM处理板；
所述探测组件包括PIPS半导体探测器和塑料闪烁体探测器，所述PIPS半导体探测器设置在塑料闪烁体探测器下侧，外侧由不锈钢壳一体封装，所述不锈钢壳中空设置，其内嵌入有气体流道，气体流道与穿入屏蔽体的进气管连通；
所述过滤组件包括过滤器壳体，该过滤器壳体内设置有进气室、排气室、卷纸盒、凸轮、压纸机构以及走纸电机，所述走纸电机带动滤纸盒内的滤纸从一侧卷纸盒到另一侧滤纸盒，滤纸经过进气室和排气室之间，传输滤纸时经压纸机构压紧。
进一步地，当滤纸用完时，所述走纸电机将滤纸拉紧，带动凸轮转动，凸轮按压微动开关，切断走纸电机电源，并向气溶胶就地辐射处理单元发出滤纸用完报警信号，收到该报警信号后，气溶胶就地辐射处理单元停止探测，等待更换滤纸。
进一步地，所述进气室与气体流道连通，其正下端设置有排气室，所述排气室上设置有排气管，所述PIPS半导体探测器设置在进气室内。
进一步地，所述PIPS半导体探测器正对滤纸，用于测量滤纸上沉积的氡、钍子体的α和β辐射量，通过对α活度的测量，根据分支系数扣除与α辐射伴生的β计数；
所述塑闪探测器用于测量环境本底中发射的γ射线，扣除环境本底的影响，以及，所述塑闪探测器的上端设置有光电倍增管。
进一步地，所述PIPS半导体探测器选用的PIPS半导体探测器；
所述塑闪探测器选用的塑料闪烁体探测器。
进一步地，所述压纸机构包括压紧滤纸的压纸器，所述压纸器通过弹簧部件与固定器连接。
进一步地，所述电路板上设置有前置放大器、整形单元、符合电路以及1024数字多通道单元，所述塑闪探测器的输出信号先送入整形单元进行整形，然后送入符合电路；当半导体探测器门控信号和塑闪探测器同时到达符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入ARM处理板中进行γ计数。
ARM处理板对数字多道采集到的β能谱进行分析、处理，扣除环境本底的α、β干扰。
进一步地，所述ARM处理板上设置有用于通讯的RS485接口。
本发明利用PIPS半导体探测器(钝化注入表面硅探测器)探测气溶胶中的α和β辐射，而通过体积较大的塑料闪烁体探测器来探测环境中存在的本底γ射线。气溶胶探测装置将探测器、过滤装置、取样通道封装在一起，保证了装置的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立体结构图；
图3为本发明中过滤组件的结构示意图；
图4为本发明中核电站气溶胶连续辐射监测装置的电路原理图；
图5为本发明中气溶胶探测器的原理图；
图6为本发明中典型的氡、钍子体的α、β谱。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
气溶胶监测装置探测的是能量范围为80keV～3.0MeV的β射线，测量范围3.7×10-1Bq/m3～3.7×103Bq/m3(正常量程)。
气溶胶探测装置使用高效滤纸对核电厂烟囱排出流中的放射性气溶胶进行取样。这种情况下，气溶胶探测器所面对的辐射是十分复杂的，参照图5所示，
气溶胶探测器所面对的辐射有：
探测器周围环境天然的和来自气溶胶的γ辐射
来自气溶胶(包括人工Cs、Pu和Rn、Th子体)的β辐射
来自气溶胶(包括人工Cs、Pu和Rn、Th子体)的α辐射
气溶胶探测器所面对的辐射中，包含大量的氡、钍放射性子体222Rn和220Rn的α、β干扰辐射，如表5.1和表5.2所示。
表5.1氡子体222Rn辐射和能量
表5.2钍子体220Rn辐射和能量
参照图6，与γ谱中核素活度可以通过特殊的β峰来区分不同，β辐射是连续谱。而通过直接测量气溶胶的混叠谱，是不可能从混合谱中把β射射性核素区分开来的。因此，为了探测气溶胶中能量范围为80keV～3.0MeV的β射线，需要采取对氡、钍子体进行补偿的方法，即：通过测量能谱中的α活度，根据分支系数扣除与α辐射伴生的β计数，从而实现对气溶胶中能量范围为80keV～3.0MeV的β射线的探测。
本方案使用PIPS半导体探测器(钝化注入表面硅探测器)探测气溶胶中的α和β辐射，而通过体积较大的塑料闪烁体探测器来探测环境中存在的本底γ射线。
气溶胶探测装置将探测器、过滤装置、取样通道封装在一起，具体方案如下，参照图1至图3，本发明提供了一种核电站气溶胶连续辐射监测装置，包括屏蔽体1，设置在屏蔽体1内部的探测组件2以及过滤组件3，所述过滤组件3设置在探测组件2的下方，以及设置在探测组件2处的电路板以及ARM处理板；
所述探测组件2包括PIPS半导体探测器201和塑料闪烁体探测器202，所述PIPS半导体探测器201设置在塑料闪烁体探测器202下侧，外侧由不锈钢壳203一体封装，所述不锈钢壳203中空设置，其内嵌入有气体流道，气体流道与穿入屏蔽体的进气管204连通；
所述过滤组件3包括过滤器壳体，该过滤器壳体内设置有进气室304、排气室305、滤纸盒302、凸轮303、压纸机构以及走纸电机308，所述走纸电机308带动滤纸盒302内的滤纸307从一侧滤纸盒到另一侧滤纸盒，滤纸307经过进气室304和排气室305之间，传输滤纸307时经压纸机构压紧；所述压纸机构包括压紧滤纸307的压纸器309，所述压纸器309通过弹簧部件310与固定器311连接。
当滤纸307用完时，所述走纸电机308将滤纸拉紧，带动凸轮303转动，凸轮303按压微动开关301，切断走纸电机308电源，并向气溶胶就地辐射处理单元发出滤纸307用完报警信号，收到该报警信号后，气溶胶就地辐射处理单元停止探测，等待更换滤纸307收到该报警信号后，气溶胶就地辐射处理单元停止探测，等待更换滤纸307。
滤纸307用完报警信号可人工关闭、解除。
所述进气室304与气体流道连通，其正下端设置有排气室305，所述排气室305上设置有排气管306，所述PIPS半导体探测器201设置在进气室304内。
所述PIPS半导体探测器201正对滤纸307，用于测量滤纸307上沉积的氡、钍子体的α和β辐射量，通过对α活度的测量，根据分支系数扣除与α辐射伴生的β计数；
所述塑闪探测器202用于测量环境本底中发射的γ射线，扣除环境本底的影响，以及，所述塑闪探测器202的上端设置有光电倍增管205。
所述PIPS半导体探测器201选用的PIPS半导体探测器；
所述塑闪探测器202选用的塑料闪烁体探测器；
所述PIPS半导体探测器201有更薄的入射窗厚度，如表5.3所示。
表5.3三种探测器的入射窗厚度(等效硅)
在选型上，所述PIPS半导体探测器201薄入射窗在低水平α谱测量中展现了特别好的性能，大大提高了α探测效率。而对于十分微弱的β射线，PIPS探测器的衰减却较小。由于具有很高的α和β分辨率，PIPS探测器是一款连续监测气载排出流的理想探测器。
参照图4，所述电路板上设置有前置放大器、整形单元、符合电路以及1024数字多通道单元，所述塑闪探测器202的输出信号先送入整形单元进行整形，然后送入符合电路；当半导体探测器门控信号和塑闪探测器同时到达符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入ARM处理板中进行γ计数。
ARM处理板对数字多道采集到的β能谱进行分析、处理，扣除环境本底的α、β干扰。
所述ARM处理板上设置有用于通讯的RS485接口。
数字多道、符合电路、ARM处理板设计在两块不同的电路板上，组成一个前端处理单元，与监测仪的其它设备一起安装在设备支架上。前端处理单元通过RS485接口与就地辐射处理单元进行通信，将被测数据传输到就地辐射处理单元(LRP)进行处理和显示。
本方案采取反符合探测方法来补偿Rn、Th子体的α辐射和β辐射。PIPSb半导体探测器探测滤纸上沉积的氡、钍子体的α和β辐射，通过对α活度的测量，根据分支系数扣除α辐射和与α辐射伴生的β计数。
电路上，当PIPS探测器门控信号和塑闪探测器同时到达符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入ARM处理板中进行γ计数。
ARM处理板对数字多道采集到的β能谱进行分析、处理，扣除环境本底的α、β干扰。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种核电站气溶胶连续辐射监测装置，其特征在于，包括屏蔽体，设置在屏蔽体内部的探测组件以及过滤组件，所述过滤组件设置在探测组件的下方，以及设置在探测组件处的电路板以及ARM处理板；所述探测组件包括PIPS半导体探测器和塑料闪烁体探测器，所述PIPS半导体探测器设置在塑料闪烁体探测器下侧，外侧由不锈钢壳一体封装，所述不锈钢壳中空设置，其内嵌入有气体流道，气体流道与穿入屏蔽体的进气管连通；所述过滤组件包括过滤器壳体，该过滤器壳体内设置有进气室、排气室、卷纸盒、凸轮、压纸机构以及走纸电机，所述走纸电机带动滤纸盒内的滤纸从一侧卷纸盒到另一侧滤纸盒，滤纸经过进气室和排气室之间，传输滤纸时经压纸机构压紧；
所述PIPS半导体探测器正对滤纸，采取反符合探测方法来补偿Rn、Th子体的α辐射和β辐射；PIPSb半导体探测器探测滤纸上沉积的氡、钍子体的α和β辐射，通过测量能谱中的α活度，根据分支系数扣除与α辐射伴生的β计数，从而实现对气溶胶中能量范围为80keV～3.0MeV的β射线的探测；
所述塑闪探测器用于测量环境本底中发射的γ射线，扣除环境本底的影响，以及，所述塑闪探测器的上端设置有光电倍增管；
所述电路板上设置有前置放大器、整形单元、符合电路以及1024数字多通道单元，所述塑闪探测器的输出信号先送入整形单元进行整形，然后送入符合电路；当半导体探测器门控信号和塑闪探测器同时到达符合电路时，符合电路产生γ计数脉冲，送入ARM处理板中进行γ计数，ARM处理板对数字多道采集到的β能谱进行分析、处理，扣除环境本底的α、β干扰。
2.根据权利要求1所述的核电站气溶胶连续辐射监测装置，其特征在于，所述进气室与气体流道连通，其正下端设置有排气室，所述排气室上设置有排气管，所述PIPS半导体探测器设置在进气室内。
3.根据权利要求1所述的核电站气溶胶连续辐射监测装置，其特征在于，所述PIPS半导体探测器选用的PIPS半导体探测器；所述塑闪探测器选用的塑料闪烁体探测器。
4.据权利要求1所述的核电站气溶胶连续辐射监测装置，其特征在于，所述压纸机构包括压紧滤纸的压纸器，所述压纸器通过弹簧部件与固定器连接。
5.根据权利要求1所述的核电站气溶胶连续辐射监测装置，其特征在于，所述ARM处理板上设置有用于通讯的RS485接口。
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