CN111948702A - 一种放射性气体测量设备的校准装置和校准方法 - Google Patents

Abstract

一种放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，所述校准方法至少包括：将已知第一活度浓度的第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环，获得稀释后的第二放射性气体，基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算，基于所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。本发明能够在常温常压下对放射性气体测量设备进行校准，且校准的准确度高。

Description

一种放射性气体测量设备的校准装置和校准方法

技术领域

本发明涉及核技术测量技术领域，涉及一种放射性气体测量设备的校准装置和校准方法，尤其涉及一种常温常压状态下的放射性气体测量设备的校准装置和校准方法。

背景技术

放射性气体，指带有放射性核素的气体。在原子能工业的生产或核设施运行中，随着不同的工艺工程均有不同性质的含有放射性核素的排气产生。

军用核动力装置、反应堆运行、核电站运营等核设施运行中均会释放出放射性惰性气体(如⁸⁵Kr、¹³³Xe等)，这些惰性气体的排放量是其安全运行监测的重要参数，能准确反应核设施的运行状况。同时，放射性惰性气体排放到空气中会造成环境污染并给人员带来辐射危害，特别是一些特殊场所，空间狭小，如果产生的放射性惰性气体不能有效监测与处理，会对人员带来极大伤害。因此这些场所安装了大量的惰性气体监测仪用于放射性惰性气体活度浓度的测量。

在现有技术中，放射性气体测量设备对放射性气体的探测效率需要使用已知活度浓度的气体放射源进行校准。但是，由于一些放射性气体测量设备不能使用抽真空处理，因此需在常压常温条件下进行校准工作。然而，当前还没有在常压常温条件下对放射性气体测量设备进行校准的技术以及专业装置，这对于放射性气体测量设备的设备校准工作带来相当大的难度。

当前已知的对放射性气体测量设备尤其是放射性惰性气体测量设备的检测装置，均需要使用真空泵。

例如，专利文献CN105203717B公开的惰性气体监测仪现场校准装置，其特征在于：包括通过管线依次连通的贮气瓶、阀门A、压力表A减压阀、质量流量计温度计、压力表B、被校仪器、气流扰动泵、阀门G、抽真空泵，压力表B至温度计之间的管线为管线A，阀门G至气流扰动泵之间的管线为管线B，管线A与管线B通过连通管连通，压力表B至被校仪器之间的管线为管线C，管线C连接有导通外部管线，导通外部管线上安装有阀门C。便于携带，能准确测定探测器内放射性气体的活度浓度，校准气体在校准系统内能分布均匀。

例如，专利文献CN107102350B一种放射性惰性气体监测仪校准方法及系统，所述方法包括：步骤1：利用定值系统对放射性惰性气体定值；步骤2：计算出被校放射性惰性气体监测仪最大量程内的校准因子；步骤3：利用定容装置中的预设空间对腔室进行第一次稀释，并计算出第一次稀释后的放射性气体活度浓度；步骤4：进行多次稀释，分别计算出每次稀释后的放射性气体活度浓度；步骤5：基于计算出的稀释后的放射性气体活度浓度，计算被校仪器不同量程内的校准因子，实现了对放射性惰性气体监测仪进行校准，保证放射性惰性气体监测仪监测结果准确性的技术效果。

现有技术中缺乏不需要使用真空泵的，能够在常温常压的条件下对放射性气体测量设备进行校准的校准装置和校准方法。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

相对于现有技术中使用真空泵并且频繁计算校准因子的繁琐计算方法，本发明的计算方法简单，得到的数值能够反复进行验证，存在误差的概率小，精度高，且设备使用数量少，连接结构简单。

针对现有技术之不足，本发明提供一种放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，所述校准方法至少包括：将已知第一活度浓度的第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环，获得稀释后的第二放射性气体，基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算，基于所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。本发明的校准方法，能够在常温常压条件下准确的对待校准设备进行校对，使得待校准设备的探测效率较高，准确度较高。

优选的，所述方法还包括：通过至少一个循环设备将所述第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释，在气体成分混合的情况下，使得存储装置内的气体浓度与待校准设备内的气体浓度一致，有利于获得准确的稀释倍数。

优选的，所述方法还包括：在所述第一放射性气体充分稀释后，测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。得到准确的第二浓度活度，有利于计算准确的稀释倍数，避免稀释倍数的误差较大。

优选的，基于第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数计算第三活度浓度的方法为：

其中，A₁表示第一循环的第一放射性气体的第一活度浓度，A₂表示第一循环的第二放射性气体的第二活度浓度，D表示稀释倍数，A₃表示第二循环的第三放射性气体的第三活度浓度，A₅表示第二循环的待校准设备的第三活度浓度。本发明的计算方法，在稀释倍数不变的情况下，能够在常温常压下进行测量相关数据，规避了真空条件，更容易实现。并且，能够通过再次测量存储装置内的活度浓度来对稀释倍数进行验证。本发明有效实现了测量结果与计算结果互相验证的技术效果。

本发明还提供了一种放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，所述校准装置至少包括待校准设备、取样设备和存储装置，所述待校准设备、取样设备和存储装置通过管道连接为循环回路，其中，取样设备中的已知第一活度浓度的第一放射性气体通过所述待校准设备输入所述存储装置，所述存储装置中的第一放射性气体进入取样设备，所述存储装置存储稀释后的第二放射性气体。本发明的校准装置，连接结构简单不复杂，易操作，且获得的测量数据准确度高。

优选的，在所述取样设备与所述待校准设备或所述存储装置之间设置有至少一个循环设备，所述循环设备将所述第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释。循环设备的设置，能够使得循环回路内各个装置内的气体达到浓度平衡，从而有利于数据的精确计算。

优选的，所述存储装置与测量装置连接，在所述第一放射性气体充分稀释后，所述测量装置测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。充分稀释后的气体环境，使得第二活度浓度与第三活度浓度一致，能够得到准确的稀释倍数。

优选的，所述校准装置还包括数据处理装置，所述数据处理装置基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算。数据处理装置，能够提高数据的计算效率，节省计算时间。

优选的，基于所述数据处理装置计算的所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。优选的，所述存储装置为已知活度的不锈钢装置。

附图说明

图1是本发明的逻辑结构示意图；

图2是本发明的实物连接结构示意图。

附图标记列表

10：待校准设备；20：循环设备；30：取样设备；40：存储装置；50：第一阀门；60：第二阀门；70：第三阀门。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供一种放射性气体测量设备的校准装置，也可以称为一种在常温常压下的放射性气体测量设备的校准装置。

如图1和2所示，本发明的一种放射性气体测量设备的校准装置，至少包括待校准设备10、取样设备30和存储装置40。所述待校准设备10、取样设备30和存储装置40通过管道连接为循环回路。待校准设备10为使用已知活度浓度的放射性气体进行探测效率刻度的射线探测设备。优选的，循环回路为具有密封性的回路，不会发生气体泄露。所述取样设备30为存储有已知第一活度浓度的第一放射性气体的取样装置。优选的，取样设备为取样罐。优选的，第一放射性气体的第一活度浓度能够通过绝对测量方法及气压温度计算得到。

所述存储装置为用于存储稀释后的第二放射性气体的存储罐体。优选的，存储装置为已知活度的不锈钢装置。存储装置的设置，使得第二放射性气体浓度不变后能够脱离循环回路进行活度浓度的测量。

循环回路的气体循环方向为：取样设备30中的已知第一活度浓度的第一放射性气体通过管道输入所述待校准设备10。所述待校准设备10中的气体通过管道输入所述存储装置40。所述存储装置40中的第一放射性气体进通过管道输入取样设备30，完成一次循环。优选的，气体循环方向也可以反方向进行。气体在循环回路中得到稀释，有利于通过待校准设备的计数变化确定气体稀释情况。在所述取样设备30内的第一放射性气体充分稀释后，循环回路内的气体稀释为第二放射性气体。则所述存储装置40存储部分稀释后的第二放射性气体。

优选的，循环回路上设置有至少一个循环设备。循环设备例如是循环泵，也可以其他能够促进气体循环的设备。循环设备的设置，有利于使得循环回路内的气体快速达到气体混合均匀的浓度平衡状态，缩短气体混合时间，提高气体混合效率。

例如，在所述取样设备30与所述待校准设备10之间设置有至少一个循环设备20。或者，在所述取样设备30与所述存储装置40之间设置有至少一个循环设备20。或者，同时在待校准设备10的两端设置循环设备20。循环设备20用于促进第一放射性气体在循环回路中的多次循环，使得第一放射性气体与循环回路内的空气充分混合，增加气体混合的流动速率和循环的次数。优选的，所述循环设备20将所述第一放射性气体在循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释。

优选的，在取样设备30与存储装置40之间设置有第一阀门50，用于控制取样设备30与存储装置40之间管道的通断。在取样设备30与循环设备20之间设置有第二阀门60，用于控制循环回路与外界环境的通断。在正常工作状态下，第二阀门60处于关闭状态。优选的，存储装置的气体入口处设置有至少一个第三阀门70。第三阀门用于控制存储装置的入口与管道的通断。在第一阀门50和第三阀门70同时开启的情况下，循环回路导通，能够允许气体进行循环流动。在第一阀门50和第三阀门70同时关闭的情况下，存储装置处于封闭状态，能够带阀门从循环回路的管道拆下。

优选的，所述存储装置40与测量装置连接。在所述第一放射性气体充分稀释后，所述测量装置测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。测量装置优选为高纯锗伽马谱仪。高纯锗伽马谱仪用于测量第二放射性气体的第二活度浓度。或者，第二放射性气体的第二活度浓度能够通过绝对测量方法及气压温度计算得到。在循环回路内的气体浓度平衡时，存储装置40内的浓度与待校准设备10内的浓度相一致。

所述校准装置还可以包括数据处理装置。数据处理装置可以与测量装置连接以直接获取第一活度浓度数据和第二活度浓度数据。数据处理装置也可以由手动输入第一活度浓度数据和第二活度浓度数据。数据处理装置可以是计算机、移动终端等具有计算功能的设备。

数据处理装置基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算。

其中，稀释倍数的计算方法为：

当取样设备30内的第一活度浓度发生变化时，稀释倍数D不变。可通过稀释倍数D和变化的第一活度浓度计算待校准设备10内的放射性气体活度浓度，以此实现待校准设备10在不同气体活度浓度条件下的探测效率校准。

例如，进行气体的第一循环时，第一放射性气体的第一活度浓度为A1，测得的存储装置中的稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度为A2。气体的稀释倍数为：

进行气体的第二循环时，更换取样设备内的第三放射性气体，使得第三放射性气体的第三活度浓度为A₃。则根据稀释倍数计算第二循环的存储装置内的第四活度浓度为A₄：

A₄＝A₃×D

在循环回路充分稀释的情况下，待校准设备的探测的第三活度浓度A₅与第四活度浓度相等，即A₅＝A₃×D。基于所述数据处理装置计算的所述第三活度浓度A₅对所述待校准设备进行校准。优选的，第三放射性气体可以与第一放射性气体为浓度不同的同一种气体，也可以为不同种类的气体。

本发明的具体实施案例如下所示。

当循环设备20内的气体达到浓度平衡时，存储装置40内的浓度与待校准设备10内的浓度相一致。

在实际校准时，一般的，定量充入取样设备30内第一活度浓度已知的第一放射性气体。在气体循环后且气体浓度平衡，使得存储装置40内的浓度与待校准设备10内的浓度相一致。对待校准设备的仪器进行读数。关闭第一阀门50和第三阀门70，取下存储装置40。用高纯锗谱仪测量存储装置内的第二气体活度浓度。通过计算，第二气体活度浓度与第一活度浓度之比即为稀释倍数D。

为了保证测量结果的精度，测量稀释倍数D时，充入取样设备30内的第一活度浓度比较高，从而保证稀释后的存储装置40内的第二活度浓度(也是待校准设备30内的第三气体浓度)也比较高。当完成一次稀释倍数的测量后，改变取样设备30内的已知第一活度浓度时，稀释倍数D是不变的，可以通过改变的第一活度浓度和稀释倍数D计算待校准设备30内的第三活度浓度，也是稀释后的存储装置40内第二活度浓度。

优选的，本发明的稀释倍数的准确性可以得到验证。例如，在第二循环时，对存储装置内的活度浓度进行测量，得到第四活度浓度。将第四活度浓度与计算得到的待校准设备的第三活度浓度进行比较，若数值一致，则稀释倍数准确。若不一致，则能够在第二次循环时重新确定稀释倍数。再次进行第三循环以验证稀释倍数。

优选的，循环回路内气体的循环时间为15～20分钟，气体混合的效果以待校准设备计数稳定情况来判断。当待校准设备的计数稳定的情况下，表示循环回路内的气体混合均匀，气体浓度达到平衡。

优选的，本发明的校准后的设备的探测效率的测量结果为6.2％，与待校准设备出厂证书指标6.4％进行对比，差异较小，能够准确地正常的完成放射性气体的探测工作。

本发明还提供了一种放射性气体测量设备的校准方法，所述校准方法至少包括：

S1：将已知第一活度浓度的第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环，获得稀释后的第二放射性气体。

S2：计算所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数。基于稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算。

其中，稀释倍数的计算方法为：

当取样设备30内的第一活度浓度发生变化时，稀释倍数D不变。可通过稀释倍数D和变化的第一活度浓度计算待校准设备10内的放射性气体活度浓度，以此实现待校准设备10在不同气体活度浓度条件下的探测效率校准。

例如，进行气体的第一循环时，第一放射性气体的第一活度浓度为A1，测得的存储装置中的稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度为A2。气体的稀释倍数为：

气体的第二循环时，更换取样设备内的第三放射性气体，使得第三放射性气体的第三活度浓度为A₃。则根据稀释倍数计算第二循环的存储装置内的第四活度浓度为A₄：

A₄＝A₃×D

在循环回路充分稀释的情况下，待校准设备的探测的第三活度浓度A₅与第四活度浓度相等，即A₅＝A₃×D。基于所述数据处理装置计算的所述第三活度浓度A₅对所述待校准设备进行校准。优选的，第三放射性气体可以与第一放射性气体为浓度不同的同一种气体，也可以为不同种类的气体。

S3：基于所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。

优选的，校准方法还包括：

S4：通过至少一个循环设备将所述第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释。

优选的，校准方法还包括：

S5：在所述第一放射性气体充分稀释后，测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。

本发明的校准方法，不需要真空环境，能够在常温常压的环境下通过数据的测量得到准确的数据，从而校准待校准设备，简单易操作，降低了校准的难度。

优选的，放射性气体测量设备为放射性气体绝对探测效率刻度装置，包括β探测器、γ探测器、液氮杜瓦瓶和符合电路。β探测器、γ探测器设置在铅屏蔽内。β探测器包括封底、主体结构、光电倍增管和充气管路。主体结构为空心的圆柱体。封底和光电倍增管分别位于主体结构两端，并且与主体结构组合形成密闭的装置。气体管道通过设置在主体结构侧壁上的至少一个通孔与主体结构相连通。管道上设置有用于控制气体流动的至少一个电动阀门。封底及主体结构外侧设置有反光层。β探测器的最外侧包裹有避光层。γ探测器为HPGe探测器。符合电路与β探测器的信号输出端及HPGe探测器的信号输出端连接得到β-γ符合谱及γ原始谱。根据β-γ谱计算放射性气体核素活度A。

优选的，放射性气体测量设备为高精度的激光式测量装置，包括气体入口和气体出口，激光扫描器、转换模块和数据处理模块。转换模块和数据处理模块为专用的集成芯片，具有数据计算处理功能。激光扫描器与转换模块建立数据连接。转换模块和数据处理模块建立数据连接。激光扫描器设置在气体必经的管道空间内。气体入口与气体出口之间的管道上设置有流量计和/或气压表。激光扫描器将通入的进入扫描空间的放射性气体用激光进行扫描，获得大量的密集的点的三维坐标信息，构成三维数据模型。三维数据模型以点云数据存储。转换模块将把放射性气体的三维坐标信息通过足够小的立方体网格离散成网格数据，利用网格数据逼近实体几何获得扫描样品的几何模型。数据处理模型根据几何模型用数值积分方法或者蒙特卡罗方法计算伽玛放射性活度测量所需要的效率刻度因子。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，所述校准方法至少包括：

将已知第一活度浓度的第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环，获得稀释后的第二放射性气体，

基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算，

基于所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。

2.根据权利要求1所述的放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过至少一个循环设备将所述第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释。

3.根据权利要求2所述的放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第一放射性气体充分稀释后，测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。

4.根据权利要求3所述的放射性气体测量设备的校准方法，其特征在于，基于第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数计算第三活度浓度的方法为：

其中，A₁表示第一循环的第一放射性气体的第一活度浓度，A₂表示第一循环的第二放射性气体的第二活度浓度，D表示稀释倍数，A₃表示第二循环的第三放射性气体的第三活度浓度，A₅表示第二循环的待校准设备的第三活度浓度。

5.一种放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，所述校准装置至少包括待校准设备(10)、取样设备(30)和存储装置(40)，

所述待校准设备(10)、取样设备(30)和存储装置(40)通过管道连接为循环回路，其中，

取样设备(30)中的已知第一活度浓度的第一放射性气体通过所述待校准设备(10)输入所述存储装置(40)，所述存储装置(40)中的第一放射性气体进入取样设备(30)，

所述存储装置(40)存储稀释后的第二放射性气体。

6.根据权利要求5所述的放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，在所述取样设备(30)与所述待校准设备(10)或所述存储装置(40)之间设置有至少一个循环设备(20)，

所述循环设备(20)将所述第一放射性气体在包括待校准设备的循环回路中进行至少一次循环直至充分稀释。

7.根据权利要求6所述的放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，所述存储装置(40)与测量装置连接，

在所述第一放射性气体充分稀释后，所述测量装置测量稀释后的第二放射性气体的第二活度浓度。

8.根据前述权利要求5～7任一项所述的放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，所述校准装置还包括数据处理装置，

所述数据处理装置基于所述第二放射性气体的第二活度浓度相对于所述第一活度浓度的稀释倍数对所述待校准设备的第三活度浓度进行计算。

9.根据权利要求8所述的放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，基于所述数据处理装置计算的所述第三活度浓度对所述待校准设备进行校准。

10.根据权利要求8所述的放射性气体测量设备的校准装置，其特征在于，所述存储装置为已知活度的不锈钢装置。

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