CN111736204B - 一种气溶胶放射性监测装置与测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气溶胶放射性监测装置与测量方法，该装置包括气溶胶喷淋采样单元、蠕动泵、采气管道、液闪测量单元组成。本发明在存在放射性气溶胶封闭场所内使用的，利用气泵抽气与喷头喷淋，进行主动式气溶胶采样；并通过液闪测量装置进行放射性液体测量。本发明具有体积较小、操作方便、测量准确且流量稳定等优点，在放射性气溶胶采集与测量方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种气溶胶放射性监测装置与测量方法，具体涉及放射性气溶胶气溶胶监测、核事故应急处理以及日常密闭式空间放射性监测领域。
背景技术
气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系，雾、烟、粉尘等都是天然的或人为的原因造成的气溶胶。核技术生产事故、核设施运行、稀土与铀矿开采等，都可能使长寿命的放射性物质弥散于封闭空间的空气中，形成人工放射性气溶胶，这些微小粒子主要通过吸入的途径对人体产生内照射损伤，为保证公众的健康与事故等级的评定，通常采用的监测手段是使用放射性气溶胶连续监测仪在现场进行连续监测。
放射性气溶胶连续监测仪器广泛应用于核电站、核废物处置场等存在放射性气溶胶的场所，有些国家(如美国)还制定了相关国标。西方发达国家对连续监测仪发展较早，技术比较成熟，但能够提供商用连续监测仪的仅是德国。传统放射性气溶胶的监测方法均基于滤膜采样方式，再通过辐射探测器对采样后的滤膜进行测量。但采样滤膜对不同空气动力学直径的气溶胶微粒过滤效率差异较大，无法对全粒径气溶胶采集效率进行统一评估，极大的影响了放射性气溶胶活度浓度的测量准确性。滤膜材料对气流的阻力较大(＞30kPa)，需要选用大体积、高功率抽气泵，不适合狭小空间的气溶胶采集任务，而且无法对超细气溶胶颗粒进行采集分析。气溶胶采样过程中，如果气溶胶浓度较大，还会导致滤膜堵塞，影响测量系统的稳定性，因此现有的滤膜采集难以满足放射性气溶胶监测系统的设计要求。
发明内容
本发明的目的为气溶胶放射性监测装置与测量方法。
实现本发明目的提供技术方案如下：
一种气溶胶放射性监测装置与测量方法，包括
气溶胶喷淋采样单元，利用气溶胶采样器通过喷淋、洗气双重过滤，气溶胶采样器上部腔体内的将采集液由上至下喷淋，下部腔体内通过气体对采集液进行洗气；
设有蠕动泵将采集液吸入液闪测量单元内；
设有液闪测量单元对均匀混合采集液与闪烁液进行液闪测量；
此外，设置采气管道对采集气流进行气流引导。
进一步的，气溶胶喷淋采样单元中的气溶胶采样器，包括设置在容器壁内的如下结构：在容器顶部设置雾化喷头，上部腔体内设置横纵两挡板，横纵两挡板之间留有缝隙，用于气体通过，且横挡板边缘高于中间部分，用于液体回流；横挡板平行的方向上设置了孔板；孔板与纵挡板形成雾化室，横挡板与纵挡板形成，液封由多孔泡沫金属制成，设置于采气管道前端，容器的下部腔体内为储液槽，储液槽内放置采集液，容器外部连接有气泵。
进一步的，气泵为真空气泵。
进一步的，液闪测量单元包括光电转换器件，光电转换器件连接信号处理系统，设有闪烁液瓶，并通过闪烁液蠕动泵连接液体混合腔室。
进一步的，光电转换器件的数量为2个；光电转换器件为MPPC光电转换器件。
进一步的，采集液是纯水或是有机液体。
进一步的，气溶胶采样器的容器为玻璃材料制成，其他结构为不锈钢制成。
一种气溶胶放射性监测的测量方法，该测量方法步骤如下：
步骤1：气溶胶在真空气泵的作用下随气体进入储液槽，一部分气溶胶在通过槽中液体时，留在储液槽中；
步骤2：没有被捕获的气溶胶随气体通过孔板，进入到雾化室内，然后被雾化室内的雾液带入储液槽；
步骤3：过滤后的气体通过雾化室右侧隔板间隙，再由气泵排出；
步骤4：过滤0.1-3h后停止吸气，蠕动泵将1-10mL的采集液吸入液闪测量单元；
步骤5：液闪测量单元将闪烁液吸入液体混合腔室中，将氮气输入至液体混合腔室中；
步骤6：停止氮气输入，液闪测量单元进行放射性测量。
放射性活度浓度的计算方法为：
步骤1中设置气泵的流速为A L/min，采样时间为B min；
步骤2中设置采集液体积为C mL，收集效率为87.5％(10nm以上粒径差距不大，经实际测试得出)；
步骤3中设置蠕动泵抽取的体积为D mL；
步骤4中设置能谱中的目标计数为E；
步骤5中得到放射性活度浓度(Bq/L)＝E*C/(A*B*D*87.5％)。
本发明外壳可采用金属板或是高分子复合材料作为挡板，气溶胶放射性监测系统是基于喷淋采样单元与液闪放射性测量单元，通过采集液洗气与喷淋采样进行放射性气溶胶捕获，再利用液闪探测单元对采集液进行放射性测量，改变了传统的薄膜放射性气溶胶采集方式，而且采用液闪测量采集液可保证测量效率为100％，传统面垒型探测器无法保证较高的探测效率。
气溶胶放射性监测系统是基于喷淋采样单元进行设计的，传统的放射性气溶胶采集系统无法对升华的碘蒸汽进行采集，而I-131，I-133与I-135均是重要的裂变产物，极易在泄露与空气中，人呼吸至体内仍会对人体造成极大损害，而气溶胶放射性监测装置可对I蒸汽进行收集，解决了传统放射性气溶胶监测设备无法测量碘蒸汽的难题，这是本发明采用采集液喷淋的重要原因。
本发明采用喷淋、洗气双重过滤，上方采集液由上至下喷淋，下方气体通过采集液进行洗气，双重方法增强气溶胶采集效率。
气溶胶采样器由容器外壁、雾化喷头、孔板、挡板、气泵、液封、采集液组成，可保证采集液不会随气流进入测量瓶，液封为泡沫金属或多孔海绵，为了防止飞溅的液体吸入气泵内。
液闪放射性气溶胶测量单元由光电转换器件、氮气瓶、闪烁液瓶、蠕动泵、信号处理系统(数字多道分析器)。
由于液闪测量时需要将闪烁液与采集液均匀混合，因此采用氮气鼓气进行混合，并采用氮气作为保护气，减少液闪闪烁光猝灭。
采集液是纯水或是有机液体，可针对放射性气溶胶类型与监测目标进行自主选择，采用有机液体如对二甲苯、二甲苯，对碘蒸汽收集效率更高。
本发明可做到实时气溶胶放射性采集与测量，不同于传统的放射性测量需要有人员参与，本发明无需人员操作。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点：1、传统目标计数无法直接应用，需要进行刻度后才可使用，但本发明的目标计数与放射性射线数目相等，探测效率高达100％，提高传统测量的探测下限；2、不同于传统的气溶胶采样器，喷淋与液体洗气具有收集效率高、气体流量大、运行稳定、不易堵塞等优点，能够对微米级到纳米级尺寸气溶胶进行稳定、高效的过滤与收集，而且气溶胶收集系统能够有效解决过滤效率与气流阻力无法同时满足的难题，极大的提高了气溶胶放射性的测量精度与稳定性。
附图说明
图1为设备整体组成结构图。
图2为气体采集单元详细结构图。
其中，1、气溶胶喷淋采样单元；2、蠕动泵；3、采气管道；4、液闪测量单元；5、信号处理系统；6、混合腔室；7、雾化喷头；8、雾化泵；9、气泵；10、光电转换器件；11、闪烁液蠕动泵；12、闪烁液；13、储液槽；14、纵挡板；15、横挡板；16、孔板；17、雾化室；18、液封。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种气溶胶放射性监测装置与测量方法。
具有连续放射性测量功能的主动式气溶胶连续采样与放射性测量装置，装置由气溶胶喷淋采样单元1、蠕动泵2、采气管道3、液闪测量单元组成4。
本发明的装置及方法利用采集液体的洗气与喷淋，对气溶胶与碘蒸汽进行高效采样，本发明广泛适用于核工业封闭场所或是存在放射性气溶胶的封闭场所进行放射性气溶胶、碘的采样与实时监测。
装置外部可由铝合金薄板围成，气溶胶喷淋采样单元气溶胶采样器由玻璃容器外壁、不锈钢雾化喷头、不锈钢圆孔板、不锈钢挡板、气泵、对二甲苯采集液组成。挡板没有孔洞，横纵两挡板之间留有一定缝隙，可让气体通过，横挡板边缘高于中间部分，有助于液体回流。
气溶胶喷淋采样单元1中的气溶胶采样器，包括设置在容器壁内的如下结构：在容器顶部设置雾化喷头7，上部腔体内设置横纵两挡板，横纵两挡板之间留有缝隙，用于气体通过，且横挡板15边缘高于中间部分，用于液体回流；横挡板平行的方向上设置了孔板；孔板上设有槽孔；孔板16与纵挡板14形成雾化室，横挡板15与纵挡板14形成，液封18由多孔泡沫金属制成，设置于采气管道3前端，容器的下部腔体内为储液槽13，储液槽内放置采集液，容器外部连接有气泵。雾化喷头7外连接有雾化泵8。
液闪测量单元4包括，MPPC光电转换器件、氮气高压瓶、闪烁液瓶、蠕动泵、数字多道分析器。MPPC有两个，两个光电转换器件用作符合探测。液闪测量单元4包括光电转换器件10，光电转换器件10连接信号处理系统5，设有闪烁液瓶，闪烁液瓶内盛有闪烁液12，并通过闪烁液蠕动泵连接液体混合腔室6。
具有连续放射性测量功能的主动式气溶胶连续采样与放射性测量装置，其测量步骤如下：
步骤1：气溶胶在真空气泵的作用下随气体进入储液槽，一部分气溶胶在通过槽中液体时，留在储液槽中；
步骤2：没有被捕获的气溶胶随气体通过孔板，进入到雾化室内，然后被雾化室内的雾液带入储液槽；
步骤3：过滤后的气体通过雾化室右侧隔板间隙，再由气泵排出；
步骤4：过滤1min后停止吸气，蠕动泵将4mL采集液吸入液闪测量单元；
步骤5：液闪测量单元将闪烁液吸入测量瓶中，将氮气输入至测量瓶中；
步骤6：停止氮气输入，液闪测量单元进行放射性测量。
连续放射性测量功能的主动式气溶胶连续采样与放射性测量装置，其放射性活度浓度的计算方法为：
步骤1：气泵的流速为10L/min，采样时间为1min；
步骤2：采集液体积为50mL，收集效率为87.5％(10nm以上粒径差距不大，经实际测试得出)；
步骤3：蠕动泵抽取的体积为5mL；
步骤4：能谱中的目标计数为1000；
步骤5：放射性活度浓度(＝1000*5/(10*1*50*87.5％)＝11.42Bq/L。
现有气溶胶测量设备在同种流速、测量时间、采样时间等条件下无法对11.42Bq/L放射性气溶胶活度浓度的气体进行准确测量，在相同测量条件下最多可给出放射性异常，但更为详细的数据无法获取，本发明能够给出气溶胶活度浓度的详细信息，而且测量误差不超过10％，这是气溶胶精确测量的大幅进步。
Claims (9)
1.一种气溶胶放射性监测装置，其特征在于，包括
气溶胶喷淋采样单元(1)，利用气溶胶采样器通过喷淋、洗气双重过滤，气溶胶采样器上部腔体内的将采集液由上至下喷淋，下部腔体内通过气体对采集液进行洗气；
设有蠕动泵(2)将采集液吸入液闪测量单元(4)内；
设有液闪测量单元(4)对均匀混合采集液与闪烁液进行液闪测量；
此外，设置采气管道(3)对采集气流进行气流引导；所述的气溶胶喷淋采样单元中的气溶胶采样器，包括设置在容器壁内的如下结构：
在容器顶部设置雾化喷头，上部腔体内设置横纵两挡板，横纵两挡板之间留有缝隙，用于气体通过，且横挡板边缘高于中间部分，用于液体回流；横挡板平行的方向上设置了孔板；孔板与纵挡板形成雾化室，横挡板与纵挡板形成；设置液封由多孔泡沫金属制成，设置于采气管道前端，容器的下部腔体内为储液槽，储液槽内放置采集液，容器外部连接有气泵。
2.如权利要求1所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，所述的气泵为真空气泵。
3.如权利要求1所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，液闪测量单元(4)包括光电转换器件，光电转换器件连接信号处理系统(5)，设有闪烁液瓶，并通过闪烁液蠕动泵连接液体混合腔室(6)。
4.如权利要求3所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，光电转换器件的数量为2个。
5.如权利要求3所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，光电转换器件为MPPC光电转换器件。
6.如权利要求1或3所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，所述的采集液是纯水或是有机液体。
7.如权利要求1所述的气溶胶放射性监测装置，其特征在于，气溶胶采样器的容器为玻璃材料制成，其他结构为不锈钢制成。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的气溶胶放射性监测装置的测量方法，其特征在于，该测量方法步骤如下：
步骤1：气溶胶在真空气泵的作用下随气体进入储液槽，一部分气溶胶在通过槽中液体时，留在储液槽中；
步骤2：没有被捕获的气溶胶随气体通过孔板，进入到雾化室内，然后被雾化室内的雾液带入储液槽；
步骤3：过滤后的气体通过雾化室右侧隔板间隙，再由气泵排出；
步骤4：过滤0.1-3h后停止吸气，蠕动泵将1-10mL的采集液吸入液闪测量单元；
步骤5：液闪测量单元将闪烁液吸入液体混合腔室中，将氮气输入至液体混合腔室中；
步骤6：停止氮气输入，液闪测量单元进行放射性测量。
9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，其放射性活度浓度的计算方法为：
步骤1中设置气泵的流速为A L/min，采样时间为B min；
步骤2中设置采集液体积为C mL，收集效率为87.5％(10nm以上粒径差距不大，经实际测试得出)；
步骤3中设置蠕动泵抽取的体积为D mL；
步骤4中设置能谱中的目标计数为E；
步骤5中得到放射性活度浓度(Bq/L)＝E*C/(A*B*D*87.5％)。
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