CN111085003A - 一种强对流反应尿氚蒸馏装置 - Google Patents

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余卫国
杜阳
孟丹
吴冠银
杨勇
谢云
董兰
谭昭怡
陈志林
钟志京
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Abstract

本发明公开了一种强对流反应尿氚蒸馏装置，属于辐射防护与环境保护领域。本发明采用二级冷却的方式，即先使用强对流室进行一级冷却，之后再采用回流室对未冷却的液体二次冷却来获取冷却液。本发明的尿氚蒸馏装置具有装置简单，减压防爆、安全可靠的特点。适用于核电站、氚靶生产、中子发生器生产、核设施退役及聚变能源研究等场所工作人员尿氚的分析。

Description

一种强对流反应尿氚蒸馏装置
技术领域
本发明属于辐射防护与环境保护技术领域，具体涉及一种强对流反应尿氚蒸馏装置。
背景技术
氚(3H或T，又叫超重氢)是氢的放射性同位素，是重要的聚变核燃料，也是非动力核技术领域广泛应用的放射性同位素之一。在核电站、氚靶生产、中子发生器等生产场所的操作人员由于涉氚操作，在体内会摄入一定量的HTO，这部分HTO参与人体的新陈代谢，一部分会以尿液的形式排出体外。由于HTO的存在，会使得人体遭受一定的辐射危害，根据GB18871-2002的要求，涉氚操作人员的辐射限制为20mSv/年。因此，为了评估涉氚人员体内的氚含量，需要对其尿液中的氚含量进行测量分析。
目前，常用的尿氚分析方法有直接测量法、活性炭脱色法、恒沸蒸馏法和氧化蒸馏法等。由于采用直接测量法、活性炭脱色法和恒沸蒸馏法等方法会存在尿液颜色和各类盐等杂质的影响，进而影响测量结果。鉴于此原因，氧化蒸馏法在尿氚蒸馏中较为常见。然而，在氧化蒸馏法蒸馏尿液时，使用常用的蒸馏装置会存在样品蒸馏过程中泡沫过多而产生爆沸，影响测量结果。
因此，亟需研制出一种强对流反应尿氚蒸馏装置，使其能克服易爆沸、安全系数低、尿氚收集效率低的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能降低爆沸、安全可靠且尿氚收集效率高的尿氚蒸馏装置。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
一种强对流反应尿氚蒸馏装置，所述的蒸馏装置包括样品管、控温电炉、强对流室、回流室以及冷却单元，所述的强对流室两端分别与样品管、回流室连接。
所述的强对流室包括冷却剂入口Ⅰ，强对流室的冷却剂入口通过软管Ⅰ连接冷却单元。
所述的强对流室还包括冷却剂出口，所述的强对流室的冷却剂出口通过软管Ⅱ连接回流室的冷却剂入口Ⅱ。
所述的强对流室的上端、下端均为磨口设计，强对流室下端与样品管磨口连接、强对流室上端与回流室磨口连接。
所述的样品管、强对流室以及回流室为玻璃材质。
所述的强对流室为双壁中空结构。
所述的强对流室的内壁下端设置有环形沟槽。
所述的强对流室的外壁设有取样口，取样口插有取样管，所述的取样管与环形沟槽连接。
所述的取样管上设有控流阀门。
所述的回流室为冷凝管；所述冷凝管为蛇形冷凝管或直行冷凝管中的一种。
所述的回流室为多级冷凝管串联结构。
所述的冷却单元为空气压缩机或冷却液设备中的一种。
本发明采用二级冷却的方式，即先使用强对流室进行一级冷却，之后再采用回流室对未冷却的液体二次冷却来获取冷却液，大大提高了蒸馏液的冷却效率，能达到尿氚收集效率高的效果。此外，本发明的尿氚蒸馏装置具有装置简单，减压防爆、安全可靠的特点。
附图说明
图1为本发明的一种强对流反应尿氚蒸馏装置的结构示意图；
图中，1.样品管2.控温电炉3.取样管4.强对流室5.冷却剂出口6.软管Ⅱ7.冷却剂入口Ⅱ8.回流室9.冷却单元10.软管Ⅰ11.冷却剂入口Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图所示，一种强对流反应尿氚蒸馏装置，所述的蒸馏装置包括样品管1、控温电炉2、强对流室4、回流室8以及冷却单元9，所述的强对流室4两端分别与样品管1、回流室8连接。本发明的尿氚样品置于样品管1内，样品管1置于控温电炉2内，经过温控电炉的加热进行尿氚样品蒸馏，所得蒸馏液通过冷却单元9内产生的冷却剂进行冷却，并依次经过强对流室4、回流室8进行一级回流冷却、一级回流冷却，并取样待用。
本发明的尿氚蒸馏装置采用强对流的方式，在具有一定体积的强对流室中对蒸馏液进行冷却收集，避免了尿氚蒸馏过程中泡沫出现引起的液体爆沸，通过采用强对流的方式，既能避免尿氚氧化蒸馏过程中大量泡沫的溢出使得瓶塞爆裂，又能在很短时间内获得足够的尿氚蒸馏液用于后续测量。本发明采用二级冷却的方式，即先使用强对流室进行一级冷却，之后再采用回流室对未冷却的液体二次冷却来获取冷却液，大大提高了蒸馏液的冷却效率，能达到尿氚收集效率高的效果。本发明的尿氚蒸馏装置具有装置简单，减压防爆、安全可靠的特点。适用于核电站、氚靶生产、中子发生器生产、核设施退役及聚变能源研究等场所工作人员尿氚的分析。
所述的强对流室4包括冷却剂入口Ⅰ11，强对流室的冷却剂入口Ⅰ11通过软管Ⅰ10连接冷却单元9。
所述的强对流室4还包括冷却剂出口5，所述的强对流室4的冷却剂出口5通过软管Ⅱ6连接回流室8的冷却剂入口Ⅱ7。
所述的强对流室4的上端、下端均为磨口设计，强对流室4下端与样品管1磨口连接、强对流室4的上端与回流室8磨口连接。
所述的样品管1、强对流室4以及回流室8为玻璃材质。
所述的强对流室4为双壁中空结构。冷却单元9的冷却剂通过强对流室4的内壁与外壁之间的夹层由下向上缓缓注入，进行蒸馏液的冷却。
为便于蒸馏液的引流、储存、导出，所述的强对流室4的内壁下端设置有环形沟槽。经冷却后的蒸馏液沿强对流室4的内壁流入环形沟槽进行储存以便取样。
所述的强对流室4的外壁设有与环形沟槽相对应的取样口，取样口插有取样管3，该取样管3接入与所述的环形沟槽，以实现蒸馏液的取样从而获得所需样品。
所述的取样管3上设有控流阀门，以便对取样液体的流量进行控制。
所述的回流室8为冷凝管；所述冷凝管为蛇形冷凝管或直行冷凝管中的一种。
为提高尿氚蒸馏液的收集效率，本发明中的回流室8可为冷凝管串联结构，该冷凝管串联结构通过冷凝管端部磨口连接多根冷凝管而成。通过该串联的多级冷凝管结构，实现蒸馏液的逐级回流冷却，以进一步提高尿氚收集效率，减少样品损失量，提高检测精准度。
所述的冷却单元为空气压缩机或冷却液设备中的一种。本发明可通过空气压缩机提供冷却压缩空气、或通过冷却液设备提供冷却水等冷却液作为冷却介质。在本发明中强对流室和回流室可以采取气冷或水冷等任意方式实现蒸馏液的冷却，大大方便了尿氚蒸馏中蒸馏液的获取。
实施例
本实施例选用回流室为蛇形冷凝管，冷却单元为空气压缩机。
将某次涉氚操作工作人员的尿氚50ml放入本装置的样品管中，加入约6g的过硫酸钾，之后再加4-5粒玻璃珠以防爆，打开控温电炉进行尿氚蒸馏，30min后可收集>5ml的蒸馏液用于后续液闪测量。结果表明，整个蒸馏过程未发生液体外溢，本次实验尿氚收集效率为98.5％。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种强对流反应尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的蒸馏装置包括样品管(1)、控温电炉(2)、强对流室(4)、回流室(8)以及冷却单元(9)，所述的强对流室(4)两端分别与样品管(1)、回流室(8)连接。
2.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)包括冷却剂入口Ⅰ(11)，强对流室(4)的冷却剂入口(11)通过软管Ⅰ(10)连接冷却单元(9)。
3.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)还包括冷却剂出口(5)，所述的强对流室(4)的冷却剂出口(5)通过软管Ⅱ(6)连接回流室(8)的冷却剂入口Ⅱ(7)。
4.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)的上端、下端均为磨口设计，强对流室(4)下端与样品管(1)磨口连接、强对流室(4)上端与回流室(8)磨口连接。
5.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的样品管(1)、强对流室(4)以及回流室(8)为玻璃材质。
6.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)为双壁中空结构。
7.根据权利要求6所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)的内壁下端设置有环形沟槽。
8.根据权利要求7所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的强对流室(4)的外壁设有取样口，取样口插有取样管(3)，所述的取样管(3)与环形沟槽连接。
9.根据权利要求8所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的取样管(3)上设有控流阀门。
10.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的回流室(8)为冷凝管；所述冷凝管为蛇形冷凝管或直行冷凝管中的一种。
11.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的回流室(8)为多级冷凝管串联结构。
12.根据权利要求1所述的尿氚蒸馏装置，其特征在于：所述的冷却单元(9)为空气压缩机或冷却液设备中的一种。
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