CN110346826B - 220Rn室流场模式下220Rn子体浓度调控装置及调控方法 - Google Patents

Abstract

²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置及调控方法，调控装置包括主体箱、²²⁰Rn子体源箱、高效子体过滤器、循环风机、气溶胶发生器、流气式²²⁰Rn源、空气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀。主体箱、高效子体过滤器、循环风机通过管道循环连接，高效子体过滤器通过第一电磁阀与²²⁰Rn子体源箱连接，气溶胶发生器通过第二电磁阀与²²⁰Rn子体源箱连接，流气式²²⁰Rn源通过第三电磁阀与²²⁰Rn子体源箱连接，²²⁰Rn子体源箱通过第四电磁阀与空气泵连接，空气泵的出气端与主体箱的进气端连接。采用本发明提供的调控装置对²²⁰Rn子体浓度进行调控便捷方便、且采样时扰动小，对提高²²⁰Rn室调控水平和提升²²⁰Rn子体计量水平具有重要意义。

Description

220Rn室流场模式下220Rn子体浓度调控装置及调控方法

技术领域

本发明涉及辐射计量技术领域，特别是一种在²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn 子体浓度调控装置及调控方法。

背景技术

氡(包括²²²Rn、²²⁰Rn)及其子体广泛分布于大气和室内环境中，是人类所受天然辐射的主要来源。近年来，随着研究的深入，人们发现环境中²²⁰Rn 及其子体所致剂量被低估。根据UNSCEAR 2000报告，在天然辐射对公众产生的年有效剂量中，²²²Rn及其子体的剂量约占总有效剂量的50％，²²⁰Rn及其子体产生的有效剂量与²²²Rn及其子体剂量之比已由原来的6％提高到9％。我国钍资源十分丰富，正在积极开发基于钍的核燃料循环技术，同时我国许多地方也是高钍本底的地区。目前，已建立的²²⁰Rn室都没能很好解决²²⁰Rn及其子体计量应用中²²⁰Rn子体的稳定调控问题。普遍存在²²⁰Rn子体附壁损失严重，²²⁰Rn室子体浓度调控范围偏小；子体浓度从某种水平调控到另一种水平需要 3天以上才能重建平衡，子体浓度稳定所需时间长；子体采样会造成²²⁰Rn子体浓度降低。鉴于上述事实，为建立标准的²²⁰Rn及其子体的计量装置，需解决上述问题，以满足计量要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种安全、有效、稳定及经济的²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置及调控方法。

本发明的技术方案是：²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置，包括主体箱、²²⁰Rn子体源箱、高效子体过滤器、循环风机、气溶胶发生器、流气式²²⁰Rn源、空气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀。

所述主体箱内的出气端设有出气导流板，主体箱内的进气端设有进气导流板，主体箱上设有能够开启的取样门，取样门的一侧上设有复数个取样孔，相对于取样孔的另一侧设有对应数量的回气孔。

所述主体箱的出气端通过管道与高效子体过滤器的进气端连接，高效子体过滤器的出气端通过管道与循环风机的进气端连接，循环风机的出气端通过管道与主体箱的进气端连接，形成空气循环回路。

所述高效子体过滤器的出气端通过管道与第一电磁阀的进气端连接，第一电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第一进气端连接；气溶胶发生器通过管道与第二电磁阀的进气端连接，第二电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第二进气端连接；流气式²²⁰Rn源通过管道与第三电磁阀的进气端连接，第三电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第三进气端连接；²²⁰Rn子体源箱的出气端通过管道与第四电磁阀的进气端连接，第四电磁阀的出气端通过管道与空气泵的进气端连接，空气泵的出气端通过管道与主体箱的进气端连接，形成²²⁰Rn子体循环系统。

由于流场模式下，主体箱中²²⁰Rn子体损失严重，且取样会造成²²⁰Rn子体浓度有很大扰动，所以实际调控中需要及时注入²²⁰Rn子体源箱中的²²⁰Rn子体。因而主体箱中²²⁰Rn子体来源于²²⁰Rn子体源箱补充，同时因其自身衰变、沉降附壁等会损失部分²²⁰Rn子体。即主体箱中²²⁰Rn子体的含量为²²⁰Rn子体源箱补充的量减去主体箱中沉降附壁损失的量和被高效子体过滤器过滤的量。

采用上述²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置对²²⁰Rn子体浓度进行调控的方法，包括测量过程和计算过程：

一、测量过程

A，打开第二电磁阀和第三电磁阀，气溶胶发生器与流气式²²⁰Rn源分别向²²⁰Rn子体源箱内注入气溶胶和²²⁰Rn射气，²²⁰Rn射气衰变产生²²⁰Rn子体，并在²²⁰Rn子体源箱中形成高浓度且稳定的²²⁰Rn子体气体环境，以向主体箱输送稳定的²²⁰Rn子体；

B，打开第一电磁阀和第四电磁阀，启动循环风机和空气泵，²²⁰Rn子体源箱中高浓度²²⁰Rn子体气体经过第四电磁阀，在空气泵的作用下注入主体箱中，主体箱中出气端流出的气体经过高效子体过滤器，气体中的²²⁰Rn子体在高效子体过滤器中被完全过滤，不含²²⁰Rn子体的空气一部分经第一电磁阀流入²²⁰Rn子体源箱中，另一部分进入循环风机，并经过循环风机流入主体箱中；

C，调节循环风机的风速和子体补充速率以调控主体箱中的子体浓度，同时监测主体箱中空气循环流速、²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入²²⁰Rn子体的浓度和注入气体的流速；并通过主体箱上的取样孔将安装有子体过滤膜的采样装置迎风放置实现取样。

二、计算过程

根据主体箱的体积、²²⁰Rn子体源箱中注入气体中²²⁰Rn子体浓度、²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入气体的流速、主体箱中空气循环流速以及²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数计算主体箱中稳定²²⁰Rn子体浓度；

其具体计算步骤如下：²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体流入主体箱内时，由于主体箱混合气体中的²²⁰Rn子体经过高效子体过滤器被完全过滤，因而经过循环风机流入主体箱中的气体为不含²²⁰Rn子体的空气；主体箱中²²⁰Rn子体的含量为²²⁰Rn子体源箱补充的量减去主体箱中沉降附壁损失的量和被高效子体过滤器过滤的量；

设主体箱的体积为V，²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入的ThB浓度为C，²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入气体的流速为φ，主体箱中空气循环流速为f，²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数为λ，则主体箱中²²⁰Rn子体浓度C_pb的变化规律为：

解微分方程(1)得：

由于全部²²⁰Rn子体仅在主体箱中流过一次就被高效子体过滤器过滤，且空气在主体箱中流经的时间很短，其时间小于1s，因此主体箱中²²⁰Rn子体附壁沉降损失很小，即²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数为λ很小能够忽略不计，即λ≈0，则公式(2)转化为：

根据公式(3)计算出主体箱中²²⁰Rn子体浓度C_pb。

当公式(3)里t足够大时，公式(3)变化为：

由公式(4)得到最终主体箱中稳定的²¹²Pb浓度为

由此通过调节²²⁰Rn子体的补充速率和循环风机的风速让²²⁰Rn室主体箱内²²⁰Rn子体浓度实现调控，从而达到调控²²⁰Rn子体浓度水平的目的，进而满足各种科研的需要。

本发明的进一步技术方案是：在循环风机的出气端和主体箱的进气端之间的管道上分别设有第五电磁阀及压力表，第五电磁阀一端通过管道与循环风机出气端和主体箱进气端之间的管道连接，另一端通过管道与大气环境相通，压力表用来检测调控装置内的气体压强。

当该调控装置内的气体压强较大时，打开第五电磁阀与大气相通，调节调控装置内的压强，从而避免调控装置内的压强过大存在安全隐患。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明具有调控能力强、快速、方便及调控便捷、采样时扰动小等优点。

2、本发明对进一步提高²²⁰Rn室调控水平和提升²²⁰Rn子体计量水平，具有重要意义。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例一的结构示意图。

具体实施方式

实施例一、如图1所示，²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置，包括主体箱1、²²⁰Rn子体源箱2、高效子体过滤器3、循环风机4、气溶胶发生器5、流气式²²⁰Rn源6、空气泵7、第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10及第四电磁阀11。

所述主体箱1内的出气端设有出气导流板1-2，主体箱1内的进气端设有进气导流板1-3，主体箱1上设有能够开启的取样门1-1，取样门1-1的一侧上设有三个取样孔1-1-1，相对于取样孔1-1-1的另一侧设有三个回气孔 1-1-2。

所述主体箱1的出气端通过管道与高效子体过滤器3的进气端连接，高效子体过滤器3的出气端通过管道与循环风机4的进气端连接，循环风机4 的出气端通过管道与主体箱1的进气端连接，形成空气循环回路。

所述高效子体过滤器3的出气端通过管道与第一电磁阀8的进气端连接，第一电磁阀8的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱2的第一进气端连接；气溶胶发生器5通过管道与第二电磁阀9的进气端连接，第二电磁阀9的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱2的第二进气端连接；流气式²²⁰Rn源6通过管道与第三电磁阀10的进气端连接，第三电磁阀10的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱2的第三进气端连接；²²⁰Rn子体源箱2的出气端通过管道与第四电磁阀11的进气端连接，第四电磁阀11的出气端通过管道与空气泵7的进气端连接，空气泵7的出气端通过管道与主体箱1的进气端连接，形成²²⁰Rn子体循环系统。

由于流场模式下，主体箱1中²²⁰Rn子体损失严重，且取样会造成²²⁰Rn 子体浓度有很大扰动，所以实际调控中需要及时注入²²⁰Rn子体源箱2中的²²⁰Rn子体。因而主体箱1中²²⁰Rn子体来源于²²⁰Rn子体源箱2补充，同时因其自身衰变、沉降附壁等会损失部分²²⁰Rn子体。即主体箱1中²²⁰Rn子体的含量为²²⁰Rn子体源箱2补充的量减去主体箱1中沉降附壁损失的量和被高效子体过滤器3过滤的量。

采用上述²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置对²²⁰Rn子体浓度进行调控的方法，包括测量过程和计算过程：

一、测量过程

A，打开第二电磁阀9和第三电磁阀10，气溶胶发生器5与流气式²²⁰Rn 源6分别向²²⁰Rn子体源箱2内注入气溶胶和²²⁰Rn射气，²²⁰Rn射气衰变产生子体，在²²⁰Rn子体源箱2中形成高浓度且稳定的²²⁰Rn子体气体环境，以向主体箱1输送稳定的²²⁰Rn子体。

B，打开第一电磁阀8和第四电磁阀11，启动循环风机4和空气泵7，²²⁰Rn 子体源箱2中高浓度²²⁰Rn子体气体经过第四电磁阀11，在空气泵7的作用下注入主体箱1中，主体箱1中出气端流出的气体经过高效子体过滤器3，气体中的²²⁰Rn子体在高效子体过滤器3中被完全过滤，不含²²⁰Rn子体的空气一部分经第一电磁阀8流入²²⁰Rn子体源箱2中；另一部分进入循环风机4，并经过循环风机4流入主体箱1中。

C，调节循环风机4的风速和子体补充速率以调控主体箱1中的子体浓度，同时监测主体箱1中空气循环流速、²²⁰Rn子体源箱2向主体箱1中注入²²⁰Rn 子体的浓度和注入气体的流速；并通过主体箱1上的取样孔1-1-1将安装有子体过滤膜的采样装置迎风放置实现取样。

二、计算过程

根据主体箱1的体积、²²⁰Rn子体源箱2向主体箱1中注入²²⁰Rn子体的浓度、²²⁰Rn子体源箱2向主体箱1中注入气体的流速、主体箱1中空气循环流速以及²²⁰Rn子体在主体箱1中的沉降和附壁常数计算主体箱1中²²⁰Rn子体浓度；

其具体计算步骤如下：²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体流入主体箱1内时，由于主体箱1混合气体中的²²⁰Rn子体经过高效子体过滤器3被完全过滤，因而经过循环风机4流入主体箱1中的气体为不含²²⁰Rn子体的空气；主体箱1 中²²⁰Rn子体的含量为²²⁰Rn子体源箱2补充的量减去主体箱1中沉降附壁损失的量和被高效子体过滤器3过滤的量。

设主体箱的体积为V，²²⁰Rn子体源箱2向主体箱1中注入的ThB浓度为 C，²²⁰Rn子体源箱2向主体箱1中注入气体的流速为φ，主体箱1中空气循环流速为f，²²⁰Rn子体在主体箱1中的沉降和附壁常数为λ，则主体箱1中²²⁰Rn 子体浓度C_pb的变化规律为：

解微分方程(1)得：

由于全部²²⁰Rn子体仅在主体箱1中流过一次就被高效子体过滤器3过滤，且空气在主体箱1中流经的时间很短，其时间小于1s，因此主体箱1中²²⁰Rn 子体附壁沉降损失很小，即²²⁰Rn子体在主体箱1中的沉降和附壁常数为λ很小能够忽略不计，即λ≈0，则公式(2)转化为：

根据公式(3)计算出主体箱1中²²⁰Rn子体浓度C_pb。

当公式(3)里t足够大时，公式(3)变化为：

由公式(4)得到最终主体箱1中稳定的²¹²Pb浓度为

本实施例中，主体箱1的体积V为2.7m³，测量²²⁰Rn子体源箱2中注入气体中ThB浓度C为9572Bq/m³，测量²²⁰Rn子体源箱2中注入气体的流速φ为2L/min。

当t＝50min，主体箱1中空气循环流速f为20L/min时，代入数据到公式(3)计算出主体箱1中²²⁰Rn子体浓度C_pb为：C_Pb(50)＝296.00Bq/m³。同时，通过取样门1-1上的取样孔1-1-1取样，测量²²⁰Rn子体浓度C_pb为 307.57Bq/m³。由此得知，实际测量²²⁰Rn子体浓度与本发明调控方法计算出的²²⁰Rn子体活度浓度相对误差为3.9％。

调节循环风机4的风速，当t＝50min，主体箱1中空气循环流速f为10L/min时，代入数据到公式(3)，计算出主体箱1中²²⁰Rn子体浓度C_pb为： C_Pb(50)＝323.63Bq/m³。同时，通过取样门1-1上的取样孔1-1-1取样，测量²²⁰Rn子体浓度C_pb为330.43Bq/m³。由此得知，实际测量²²⁰Rn子体浓度与本发明调控方法计算出的²²⁰Rn子体活度浓度相对误差为2.1％。

综上，即经本发明调控装置及调控方法计算出的²²⁰Rn子体浓度能够较高程度的反映实际²²⁰Rn子体浓度。

实施例二、如图2所示，与实施例一相比不同之处在于，还包括在循环风机4的出气端和主体箱1的进气端之间的管道上分别设有第五电磁阀12 及压力表13，第五电磁阀12一端通过管道与循环风机4出气端和主体箱1 进气端之间的管道连接，另一端通过管道与大气环境相通，压力表13用来检测调控装置内的气体压强。

当该调控装置内的气体压强较大时，打开第五电磁阀12与大气相通，调节调控装置内的压强，从而避免调控装置内的压强过大存在安全隐患。

Claims (3)

1.一种对²²⁰Rn子体浓度进行调控的方法，其特征是：包括测量过程和计算过程：

一、测量过程

A，打开第二电磁阀和第三电磁阀，气溶胶发生器与流气式²²⁰Rn源分别向²²⁰Rn子体源箱内注入气溶胶和²²⁰Rn子体，在²²⁰Rn子体源箱中形成高浓度稳定的²²⁰Rn子体气体环境，以向主体箱输送稳定的²²⁰Rn子体；

B，打开第一电磁阀和第四电磁阀，启动循环风机和空气泵，²²⁰Rn子体源箱中高浓度²²⁰Rn子体气体经过第四电磁阀，在空气泵的作用下注入主体箱中，主体箱中出气端流出的气体经过高效子体过滤器，气体中的²²⁰Rn子体在高效子体过滤器中被完全过滤，不含²²⁰Rn子体的空气一部分经第一电磁阀流入²²⁰Rn子体源箱中，另一部分进入循环风机，并经过循环风机流入主体箱中；

C，调节循环风机的风速和子体补充速率以调控主体箱中的子体浓度，同时监测主体箱中空气循环流速、²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入²²⁰Rn子体的浓度和注入气体的流速；并通过主体箱1上的取样孔将安装有子体过滤膜的采样装置迎风放置实现取样；

二、计算过程

根据主体箱的体积、²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入²²⁰Rn子体的浓度、²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入气体的流速、主体箱中空气循环流速以及²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数计算主体箱中²²⁰Rn子体浓度；

其具体计算步骤如下：²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体流入主体箱内时，由于主体箱混合气体中的²²⁰Rn子体经过高效子体过滤器被完全过滤，因而经过循环风机流入主体箱中的气体为不含²²⁰Rn子体的空气；主体箱中²²⁰Rn子体的含量为²²⁰Rn子体源箱补充的量减去主体箱中沉降附壁损失的量和被高效子体过滤器过滤的量；

设主体箱的体积为V，²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入的ThB浓度为C，²²⁰Rn子体源箱向主体箱中注入气体的流速为φ，主体箱中空气循环流速为f，²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数为λ，则主体箱中²²⁰Rn子体浓度C_pb对时间t的变化规律为：

解微分方程(1)得：

由于全部²²⁰Rn子体仅在主体箱中流过一次就被高效子体过滤器过滤，且空气在主体箱中流经的时间很短，其时间小于1s，因此主体箱中²²⁰Rn子体附壁沉降损失很小，即²²⁰Rn子体在主体箱中的沉降和附壁常数为λ很小能够忽略不计，即λ≈0，则公式(2)转化为：

根据公式(3)计算出主体箱中²²⁰Rn子体浓度C_pb；

当公式(3)里t足够大时，公式(3)变化为：

由公式(4)得到最终主体箱中稳定的²¹²Pb浓度为

2.²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置，其采用如权利要求1所述的对²²⁰Rn子体浓度进行调控的方法，其特征是：包括主体箱、²²⁰Rn子体源箱、高效子体过滤器、循环风机、气溶胶发生器、流气式²²⁰Rn源、空气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀；

所述主体箱内的出气端设有出气导流板，主体箱内的进气端设有进气导流板，主体箱上设有能够开启的取样门，取样门的一侧上设有复数个取样孔，相对于取样孔的另一侧设有对应数量的回气孔；

所述主体箱的出气端通过管道与高效子体过滤器的进气端连接，高效子体过滤器的出气端通过管道与循环风机的进气端连接，循环风机的出气端通过管道与主体箱的进气端连接，形成空气循环回路；

所述高效子体过滤器的出气端通过管道与第一电磁阀的进气端连接，第一电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第一进气端连接；气溶胶发生器通过管道与第二电磁阀的进气端连接，第二电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第二进气端连接；流气式²²⁰Rn源通过管道与第三电磁阀的进气端连接，第三电磁阀的出气端通过管道与²²⁰Rn子体源箱的第三进气端连接；²²⁰Rn子体源箱的出气端通过管道与第四电磁阀的进气端连接，第四电磁阀的出气端通过管道与空气泵的进气端连接，空气泵的出气端通过管道与主体箱的进气端连接，形成²²⁰Rn子体循环系统。

3.如权利要求2所述的²²⁰Rn室流场模式下²²⁰Rn子体浓度调控装置，其特征是：在循环风机的出气端和主体箱的进气端之间的管道上分别设有第五电磁阀及压力表，第五电磁阀一端通过管道与循环风机出气端和主体箱进气端之间的管道连接，另一端通过管道与大气环境相通，压力表用来检测调控装置内的气体压强；

当该调控装置内的气体压强较大时，打开第五电磁阀与大气相通，调节调控装置内的压强，从而避免调控装置内的压强过大存在安全隐患。

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