CN112731511A - 一种流体总β活度在线监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐射探测技术领域，公开了一种流体总β活度在线监测仪、控制方法及应用，所述流体总β活度在线监测仪设置有铅屏蔽室，铅屏蔽室底部设置有椭圆形凹陷，椭圆形凹陷嵌装有椭圆柱形测量盒；椭圆柱形测量盒上侧固定有多孔隔板，多孔隔板正上方设置有探测器，探测器放置于铅屏蔽室顶部的探测器支架上。铅屏蔽室为圆桶形，椭圆形凹陷两侧顶端侧壁上各有一圆形孔道。椭圆柱形测量盒两侧端部各开设一个圆孔，圆孔与连接管连接，连接管穿过铅屏蔽室侧壁上的圆形孔道与外界相通。本发明可满足实际工作中一些含β放射性的液体或气体的总β比活度的在线监测要求；增加了流体样品可探测的质量和面积，提高了探测器的探测效率。

Description

一种流体总β活度在线监测仪

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，尤其涉及一种流体总β活度在线监测仪、控制方法及应用。

背景技术

目前，总β活度测量能准确反映样品中β放射性核素的浓度。现阶段，不管是固体样品还是流体样品，其总β比活度测量的步骤一般是取样、制源、测量和计算，是一种离线测量方法。由于β射线探测所受干扰因素较多，特别是低比活度β放射性样品，需要使用离线的低本底总β活度测量装置。在核工业领域，经常产生一些β放射性液体或气体，此放射性流体必须通过防护的管道传输，但其总β比活度有时高有时低，要及时准确了解其总β比活度大小，并及时调整后续工序的处理方案，需要进行在线监测。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)需要在传输管道开设取样口，定期取样过程中有放射性泄露危险。

(2)取样、制源过程中操作人员会遭受放射性辐射。

(3)离线测量周期长，不能及时掌握放射性流体的总β比活度大小。

(4)由于取样量小，测量结果的代表性容易受流体在传输管道中的均匀性影响。

解决以上问题及缺陷的难度为：为解决现有离线测量技术的问题和缺陷，需要在传输管道上设计安装一种流体总β活度在线监测仪。本发明的技术难度有在线监测仪必须密封性好，不能有放射性泄露危险；由于β射线穿透能力差，需要特殊设计的在线取样测量盒，既要β射线能穿透测量盒到达探测器，又要确保密封性；全流体样品在线测量，流体在测量盒中流动顺畅；所测流体β放射性强度变化大，在线监测仪需适应β放射性强度变化幅度在4个数量级范围的流体的测量。

解决以上问题及缺陷的意义为：现有的离线监测技术要经过取样、制源、测量和计算等过程，需要一定的时间周期，获得结果有滞后性，使用本发明的流体总β活度在线监测仪可以及时监测核工业工艺过程中管道传输的β放射性流体的活度变化；另外还可以避免取样过程中放射性泄露风险和降低操作人员的辐射剂量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种流体总β活度在线监测仪、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种流体总β活度在线监测仪，所述流体总β活度在线监测仪设置有铅屏蔽室；

铅屏蔽室底部设置有椭圆形凹陷，椭圆形凹陷嵌装有椭圆柱形测量盒；

椭圆柱形测量盒上侧固定有多孔隔板，多孔隔板正上方设置有探测器，探测器放置于铅屏蔽室顶部的探测器支架上。

进一步，所述铅屏蔽室为圆桶形，椭圆形凹陷两侧顶端侧壁上各有一圆形孔道。

进一步，所述椭圆柱形测量盒两侧端部各开设一个圆孔，圆孔与连接管连接，连接管穿过铅屏蔽室侧壁上的圆形孔道与外界相通。

进一步，所述多孔隔板为一片1.5mm厚硬质铝合金多孔隔板。

进一步，所述探测器支架为多层圆环形套筒结构，探测器支架高度的可调节范围为0～200mm；

探测器支架位于铅屏蔽室顶部，形状为圆环形，外径与铅屏蔽室外径一致。

进一步，所述椭圆柱形测量盒的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、有机玻璃和尼龙轻质材料。

进一步，所述椭圆柱形测量盒的正对于探测器的上表面的壁厚为0.1～10mm。

进一步，所述多孔隔板固定于椭圆柱形测量盒上表面之上，并紧贴于测量盒上表面；

多孔隔板固定在椭圆柱形测量盒上面，面积可完全覆盖测量盒；

多孔隔板的材质为硬质铝合金或不锈钢，厚度取≤3mm，多孔隔板上圆孔的面积占隔板面积的40～90％。

进一步，所述探测器采用圆柱状塑料闪烁体探测器，探测器与椭圆柱形测量盒的距离调节范围为0～200mm。

本发明另一目的在于提供一种所述流体总β活度在线监测仪的流体总β活度在线监测方法，所述流体总β活度在线监测方法，包括：首先，根据预估的待测流体的最低总β比活度和所选探测器的探测效率，加工合适尺寸大小的测量盒，探测器由塑料闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器组成，探测器用探测线缆与远程数据处理控制计算机连接，实现测量数据实时传输，进行数据处理、结果显示以及控制和报警；再次，用标准源对仪器在确定监测条件下的β探测效率进行刻度；采用不同能量的一系列β放射性标准溶液刻度仪器的β放射性探测效率曲线，仪器对混合放射性液体的总β放射性探测效率根据混合放射性液体中放射性核素组成、各核素β射线能量对应的β放射性探测效率曲线值以及各核素β放射性活度占样品溶液总β放射性活度的比例加权平均计算求得；然后，在相同监测条件下测量仪器的本底计数率，并进行现场在线监测，每间隔5min或10min或30min读取一次计数率数据，用下式计算得到待测流体样品的总β放射性比活度：

式中A_β为待测流体样品的总β放射性比活度，单位Bq/mL，N_d为测得的待测流体样品β放射性计数率，单位cps，N_b为测得的仪器β放射性本底计数率，单位cps，V为测量盒的体积，单位mL，ε为仪器对待测流体样品β放射性探测效率。

本发明另一目的在于提供一种固体样品或流体样品的辐射探测方法，所述固体样品或流体样品的辐射探测方法使用所述的流体总β活度在线监测仪。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供了一种流体总β活度在线监测仪，可满足实际工作中一些含β放射性的液体或气体的总β比活度的在线监测要求；本发明通过特殊设计的测量盒，增加了流体样品可探测的质量和面积，提高了探测器的探测效率，可适用于低β比活度样品的在线监测；本发明通过探测器支架高度的变化，调节探测器与测量盒的距离，增大探测器与测量盒的距离，可适用于高β比活度样品的在线监测，这样大大提高了流体总β活度在线监测仪的可探测范围和适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的流体总β活度在线监测仪结构示意图。

图中：1、探测器；2、探测器支架；3、铅屏蔽室；4、多孔隔板；5、椭圆柱形测量盒。

图2是本发明实施例提供的总β活度在线监测仪工作稳定性示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种流体总β活度在线监测仪、控制方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种流体总β活度在线监测仪的结构主要包括：探测器1、探测器支架2、铅屏蔽室3、多孔隔板4、椭圆柱形测量盒5。

铅屏蔽室3底部设置有椭圆形凹陷，椭圆形凹陷嵌装有椭圆柱形测量盒5；椭圆柱形测量盒5上侧固定有多孔隔板4，多孔隔板4正上方设置有探测器1，探测器1放置于铅屏蔽室3顶部的探测器支架2上。

其中，铅屏蔽室3为圆桶形，椭圆形凹陷两侧顶端侧壁上各有一圆形孔道；椭圆柱形测量盒5两侧端部各开设一个圆孔，圆孔与连接管连接，连接管穿过铅屏蔽室3侧壁上的圆形孔道与外界相通，以便待监测的流体顺利流过；多孔隔板4为一片1.5mm厚硬质铝合金多孔隔板，以增强测量盒上壁的抗压能力；探测器支架2为多层圆环形套筒结构，高度随着套筒的旋转而变化，可由人工手动或电机自动控制，从而调节探测器1与椭圆柱形测量盒5的距离。

铅屏蔽室3的作用是屏蔽流体样品中放射性辐射对环境和工作人员的危害，同时消除环境辐射对探测器的干扰。铅屏蔽室3所用铅材料的厚度根据流体样品中放射性辐射(包括β和γ辐射)的强度决定，以满足辐射安全要求。椭圆柱形测量盒5可刚好嵌入铅屏蔽室底部的椭圆形凹陷处，其尺寸大小根据预估的待测流体的最低总β比活度和探测器的探测效率决定。

椭圆柱形测量盒5的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、有机玻璃和尼龙等轻质材料。椭圆柱形测量盒5的正对于探测器1的上表面的壁厚≤10mm。椭圆柱形测量盒5的正对于探测器的上表面的壁厚为0.1～10mm，特别是最佳壁厚为0.5～2mm。

多孔隔板4固定于椭圆柱形测量盒5上表面之上，并紧贴于测量盒上表面，以增强测量盒上壁的抗压能力。多孔隔板4固定在椭圆柱形测量盒5上面，面积可完全覆盖测量盒5；多孔隔板4的材质为硬质铝合金或不锈钢，厚度取≤3mm为宜。多孔隔板4上圆孔的面积占隔板面积的40～90％。

探测器支架2位于铅屏蔽室顶部，形状为圆环形，外径与铅屏蔽室外径一致；探测器支架2为多层圆环形套筒结构，高度随着套筒的旋转而变化，可由人工手动或电机自动控制。探测器支架2高度的可调节范围为0～200mm。

探测器1采用圆柱状塑料闪烁体探测器，探测器1与椭圆柱形测量盒5的距离由探测器支架的高度调节，可调节范围为0～200mm。

本发明的工作原理为：椭圆柱形测量盒5两侧端部各开设一个圆孔，圆孔与连接管连接，连接管穿过铅屏蔽室3侧壁上的圆形孔道与外界相通，使监测的流体顺利流过；探测器1采用圆柱状塑料闪烁体探测器，对监测的流体进行探测。同时通过探测器支架2调节探测器1与椭圆柱形测量盒5的距离。

本发明流体总β在线监测仪的在线监测方法是：首先，根据预估的待测流体的最低总β比活度和所选探测器的探测效率，加工合适尺寸大小的测量盒，探测器由塑料闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器组成，探测器用探测线缆与远程数据处理控制计算机连接，实现测量数据实时传输，进行数据处理、结果显示以及控制和报警等。再次，用标准源对仪器在确定监测条件下的β探测效率进行刻度。采用不同能量的一系列β放射性标准溶液刻度仪器的β放射性探测效率曲线，仪器对混合放射性液体的总β放射性探测效率根据混合放射性液体中放射性核素组成、各核素β射线能量对应的β放射性探测效率曲线值以及各核素β放射性活度占样品溶液总β放射性活度的比例加权平均计算求得。然后，在相同监测条件下测量仪器的本底计数率，并进行现场在线监测，每间隔5min或10min或30min读取一次计数率数据，用下式计算得到待测流体样品的总β放射性比活度。

式中A_β为待测流体样品的总β放射性比活度，单位Bq/mL，N_d为测得的待测流体样品β放射性计数率，单位cps，N_b为测得的仪器β放射性本底计数率，单位cps，V为测量盒的体积，单位mL，ε为仪器对待测流体样品β放射性探测效率。

本发明实际应用时，根据预估的待测流体的最低总β比活度和所选探测器的探测效率，加工合适尺寸大小的测量盒，探测器由塑料闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器组成，探测器用探测线缆与远程数据处理控制计算机连接，实现测量数据实时传输，进行数据处理、结果显示以及控制和报警等。一个具体实施例的主要部件参数和实验数据如下：

测量盒内腔尺寸为短轴40mm、长轴60mm、高10mm的椭圆柱体，体积为18.84mL，测量盒上表面壁厚为1mm，测量盒材质为高密度聚乙烯；紧贴于测量盒上表面的多孔板为硬质铝合金材质、厚度1.5mm、孔面积占隔板面积的65％；探测器塑料闪烁晶体的有效直径65mm；探测器与多孔隔板上表面的距离为1mm。

以自来水连续通过测量盒，每10min读取一个数据，连续测量50分钟，得到总β活度在线监测仪的本底计数率结果，见表1。

表1本底计数率测量结果

在确定工作条件下，用⁹⁰Sr-⁹⁰Y标准溶液在15天内跟踪测量了仪器工作的稳定性，每次测量10min，结果如图2所示，每10min的平均计数为24769(1±1.5％)。

仪器投入使用时，首先用标准溶液对仪器的β探测效率进行刻度，然后对待测流体样品进行测量，用下式计算得到待测流体样品的总β放射性比活度。

式中A_β为待测流体样品的总β放射性比活度，单位Bq/mL，N_d为测得的待测流体样品β放射性计数率，单位cps，N_b为测得的仪器β放射性本底计数率，单位cps，ε为仪器对待测流体样品β放射性探测效率。

监测含单一放射性核素液体总β放射性比活度时，先采用此放射性核素的标准溶液刻度仪器β放射性探测效率，再对样品溶液进行监测。

监测含多种放射性核素液体总β放射性比活度时，先采用不同能量的一系列β放射性标准溶液刻度仪器的β放射性探测效率曲线，仪器对混合放射性液体的总β放射性探测效率根据混合放射性液体中放射性核素组成、各核素β射线能量对应的β放射性探测效率曲线值以及各核素β放射性活度占样品溶液总β放射性活度的比例加权平均计算求得，再对样品溶液进行监测。

用几种已知总β放射性比活度的标准溶液对仪器进行考核，使放射性溶液连续循环流经仪器测量盒，连续模拟在线监测，每10min读取一个数据，共测量60min，取平均值。结果见表2。

表2流体总β活度在线监测仪考核实验结果

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述流体总β活度在线监测仪设置有：

铅屏蔽室；

铅屏蔽室底部设置有椭圆形凹陷，椭圆形凹陷嵌装有椭圆柱形测量盒；

椭圆柱形测量盒上侧固定有多孔隔板，多孔隔板正上方设置有探测器，探测器放置于铅屏蔽室顶部的探测器支架上。

2.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述铅屏蔽室为圆桶形，椭圆形凹陷两侧顶端侧壁上各有一圆形孔道。

3.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述椭圆柱形测量盒两侧端部各开设一个圆孔，圆孔与连接管连接，连接管穿过铅屏蔽室侧壁上的圆形孔道与外界相通。

4.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述多孔隔板为一片1.5mm厚硬质铝合金多孔隔板。

5.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述探测器支架为多层圆环形套筒结构，探测器支架高度的可调节范围为0～200mm；

探测器支架位于铅屏蔽室顶部，形状为圆环形，外径与铅屏蔽室外径一致。

6.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述椭圆柱形测量盒的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、有机玻璃和尼龙轻质材料。

7.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述椭圆柱形测量盒的正对于探测器的上表面的壁厚为0.1～10mm。

8.如权利要求1所述的流体总β活度在线监测仪，其特征在于，所述多孔隔板固定于椭圆柱形测量盒上表面之上，并紧贴于测量盒上表面；

多孔隔板固定在椭圆柱形测量盒上面，面积可完全覆盖测量盒；

多孔隔板的材质为硬质铝合金或不锈钢，厚度取≤3mm，多孔隔板上圆孔的面积占隔板面积的40～90％；

所述探测器采用圆柱状塑料闪烁体探测器，探测器与椭圆柱形测量盒的距离调节范围为0～200mm。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述流体总β活度在线监测仪的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：首先，根据预估的待测流体的最低总β比活度和所选探测器的探测效率，加工合适尺寸大小的测量盒，探测器由塑料闪烁晶体、光电倍增管和前置放大器组成，探测器用探测线缆与远程数据处理控制计算机连接，实现测量数据实时传输，进行数据处理、结果显示以及控制和报警；再次，用标准源对仪器在确定监测条件下的β探测效率进行刻度；采用不同能量的一系列β放射性标准溶液刻度仪器的β放射性探测效率曲线，仪器对混合放射性液体的总β放射性探测效率根据混合放射性液体中放射性核素组成、各核素β射线能量对应的β放射性探测效率曲线值以及各核素β放射性活度占样品溶液总β放射性活度的比例加权平均计算求得；然后，在相同监测条件下测量仪器的本底计数率，并进行现场在线监测，每间隔5min或10min或30min读取一次计数率数据，用下式计算得到待测流体样品的总β放射性比活度：

式中A_β为待测流体样品的总β放射性比活度，单位Bq/mL，N_d为测得的待测流体样品β放射性计数率，单位cps，N_b为测得的仪器β放射性本底计数率，单位cps，V为测量盒的体积，单位mL，ε为仪器对待测流体样品β放射性探测效率。

10.一种固体样品或流体样品的辐射探测方法，其特征在于，所述固体样品或流体样品的辐射探测方法使用权利要求1～8任意一项所述的流体总β活度在线监测仪。

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