CN112764084B - 一种β+放射性气溶胶探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核辐射防护技术领域，提供一种β+放射性气溶胶探测装置，包括进、出气口，外层壳体上半部分，探头壳体上半部分，内层壳体上半部分，走纸装置，2套NaI探头，外层壳体下半部分，内层壳体下半部分；所述外层壳体上半部分和外层壳体下半部分共同组成外层壳体，所述内层壳体上半部分和内层壳体下半部分共同组成内层壳体，所述走纸装置、内层壳体、气路部件位于外层壳体内，2个探头壳体上半部分与外层壳体下半部分连接形成左、右空腔，2套NaI探头分别置于左、右空腔内，内层壳体位于两套NaI探头中间的位置，走纸装置的滤纸带穿过内层壳体。本发明在实现β+气溶胶连续、自动测量的同时，也保证了气溶胶测量的流气稳定性和设备的易拆卸性。

Description

一种β+放射性气溶胶探测装置
技术领域
本发明属于核辐射防护技术领域，具体涉及一种β+放射性气溶胶探测装置。
背景技术
β+放射性气溶胶监测是当前反应堆压力边界泄漏监测的新需求。F-18主要由18O（p,n）19F, 19F（n,2n）18F反应产生，半衰期110分钟，是存在于一回路中的水中子活化产物。由于寿命较短无积累效应，其在一回路中的比活度仅由反应堆功率决定。一回路发生泄漏后，部分F-18以气溶胶形式扩散到泄漏点周围的空气中。通过测量反应堆周围空气中F-18气溶胶的放射性活度浓度及变化，可以定量测量泄漏率值并给出泄漏随时间的变化情况。F-18是β+衰变核素，使用特性方式测量可排除其他核素干扰。F-18半衰期相对较长，通过使用滤纸滞留收集气溶胶，F-18气溶胶监测仪能够发现低水平的泄漏。
F-18等β+衰变核素衰变时放出一个正电子。正电子穿透能力较弱，在物质中损失完携带的动能后与物质中的电子发生湮灭，再放出两个飞行方向相反的能量为511keV的湮灭光子（湮灭γ射线）。对β+放射性核素的测量方式包括总β活度测量、单探头测量γ能谱方案、多探头符合测量湮灭γ射线几种。其中总β活度测量方案一般使用大面积薄塑料闪烁体测量滤纸上的总β活度，单探头测量γ能谱方案一般使用一个NaI探头测量湮灭辐射放出的511keVγ射线。这两种测量方案已在核电领域被使用，但因易受核电站环境中其它放射性核素的干扰，难以获得低探测下限和高测量准确度。
目前，使用塑料闪烁体的气溶胶探测器因塑料闪烁体没有能量分辨能力，无法将滤纸上的β+放射性核素放出的正电子与核电厂环境中其他放射性气溶胶核素放出的α、β粒子区分，无法对滤纸上的β+放射性核素进行定量测量，只能进行阈值报警，且容易受其他放射性核素干扰发生误报警。同时为降低外部环境中γ放射性的干扰，这类探测装置需要配备厚铅屏蔽，导致设备体积、重量大，维护困难。
使用单个NaI探头或其他γ闪烁体探头的气溶胶探测器对滤纸上的β+放射性核素放出的511keV的γ光子的测量受到核电厂环境中其他放射性气溶胶核素放出的γ射线的干扰，无法对低水平的β+放射性进行测量，测量时间长，且容易受其他放射性核素干扰发生误报警。
发明内容
本发明为克服已有的水冷反应堆β+放射性气溶胶监测手段的不足之处，提供一种β+放射性气溶胶探测装置，使用连续移动滤纸带收集β+放射性气溶胶，使用多探头符合测量滤纸上核素β+衰变后的湮灭γ射线，可用于对反应堆周边空气中的F-18等β+放射性气溶胶进行连续测量，实现对反应堆一回路压力边界泄漏的监测。
为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种β+放射性气溶胶探测装置，包括进气口，外层壳体上半部分，2个探头壳体上半部分，内层壳体上半部分，走纸装置，2套NaI探头，外层壳体下半部分，内层壳体下半部分，出气口；所述外层壳体上半部分和外层壳体下半部分共同组成探测装置的外层壳体，所述内层壳体上半部分和内层壳体下半部分共同组成探测装置的内层壳体，整个探测装置由内、外层壳体形成两层气体容器，内层气体容器约束正电子湮灭区域，外层气体容器保障气密性，所述走纸装置、内层壳体、气路部件位于外层壳体内部，内、外层壳体上半部分以及进气口整体焊接，2个探头壳体上半部分与外层壳体下半部分通过螺丝连接，形成左、右空腔，2套NaI探头分别置于左、右空腔内，内层壳体位于两套NaI探头中间的位置，走纸装置的滤纸带穿过内层壳体，内、外层壳体下半部分以及出气口整体焊接，所述进气口和出气口与内层壳体连通。
在上述技术方案中，所述外层壳体采用不锈钢材料，为探测装置提供保护，并保证气路的密封性。
在上述技术方案中，所述外层壳体上半部分、外层壳体下半部分耦合处设有凹槽和O形橡胶圈。
在上述技术方案中，所述外层壳体上半部分、外层壳体下半部分采用卡扣连接。
在上述技术方案中，所述走纸装置由直流电机、供纸轮和收纸轮组成，探测装置工作时新滤纸卷被固定在供纸轮上，滤纸的末端被固定在收纸轮上，直流电机驱动收纸轮转动，完成走纸。
在上述技术方案中，所述走纸装置采用自动走纸方式，可设置定时走纸、或压差计控制走纸。
在上述技术方案中，所述NaI探头由NaI晶体、光电倍增管和前置放大电路组成，并整体封装在薄金属壳中。
F-18存在于水冷反应堆一回路中，是反应堆压力边界泄漏监测的关键核素。反应堆一回路发生小规模泄漏时，泄漏出的F-18约有3-5%在反应堆周围的空气中以气溶胶的形式存在。F-18是β+衰变核素，半衰期110分钟，衰变时放出一个正电子。正电子穿透能力较弱，在物质中损失完携带的动能后与物质中的电子发生湮灭，再放出两个飞行方向相反的能量为511keV的湮灭光子（湮灭γ射线）。
本发明探测装置包含两套NaI探头，一套走纸装置，一套双层壳体（形成双层气体容器结构）。
设备使用时，待测空气由外部抽气泵（抽气泵位于测量容器下游）驱动穿过探测装置，在内层气体容器中将其中的气溶胶沉积在滤纸上。滤纸上的β+放射性核素发生衰变，放出正电子。正电子在内层气体容器壁上发生湮灭，放出两个飞行方向相反的能量为511keV的湮灭光子。湮灭光子在NaI探头内沉积全部能量，转化为电信号，并输出至后端的信号处理装置。两套NaI探头在短时间间隔内均探测到能量为511keV的湮灭光子则记为探测到一次β+衰变信号。
本发明通过连续移动滤纸带收集β+放射性气溶胶，通过两个正对的闪烁体探头测量β+放射性气溶胶放出的正电子湮灭产生的湮灭γ射线。本发明设计了双层气体容器结构，内层气体容器限制气溶胶沉积区域，容器壁限制正电子湮灭发生的区域，外层气体容器保证气密性。本发明在实现β+气溶胶连续、自动测量，实现测量的低探测下限、高稳定性的同时，也保证了气溶胶测量的流气稳定性和设备的易拆卸、易维修性。
附图说明
图1为本发明探测装置的结构示意图。
图2为本发明探测装置的截面图。
其中：1. 进气口，2. 外层壳体上半部分，3. 探头壳体上半部分，4. 内层壳体上半部分，5. 走纸装置，6. NaI探头，7. 外层壳体下半部分，8. 内层壳体下半部分，9. 出气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，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方案仅用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明提供一种使用连续移动滤纸带收集β+放射性气溶胶，使用多探头符合测量滤纸上核素β+衰变后的湮灭γ射线的β+放射性气溶胶探测装置。
如图1、2所示，所述β+放射性气溶胶探测装置包括：进气口1，外层壳体上半部分2，2个探头壳体上半部分3，内层壳体上半部分4，走纸装置5，2套NaI探头6，外层壳体下半部分7，内层壳体下半部分8，出气口9。
待测空气从取样口被抽取，流经外部空气管路后，由进气口1进入探测装置内层壳体。取样口到进气口1之间的管路应减少弯折，尽量采用垂直管路，以提高气溶胶传输效率。
所述外层壳体上半部分2和外层壳体下半部分7共同组成探测装置的外层壳体，所述内层壳体上半部分4和内层壳体下半部分8共同组成探测装置的内层壳体，整个探测装置由内、外层壳体形成两层气体容器，内层气体容器约束正电子湮灭区域，外层气体容器保障气密性。所述走纸装置5、内层壳体、气路等部件位于外层壳体内部，内、外层壳体上半部分以及进气口1整体焊接，2个探头壳体上半部分3与外层壳体下半部分7通过螺丝连接，形成左、右空腔，一起为NaI探头提供保护，2套NaI探头6分别置于左、右空腔内，维护维修时将探头壳体上半部分3打开即可将探头从上部整体取出。内层壳体位于两套NaI探头中间的位置，限制气溶胶沉积和正电子湮灭发生在容器内部，以保证探测装置的探测效率。所述内、外层壳体下半部分以及出气口9整体焊接，所述进气口1和出气口9与内层壳体连通。走纸装置5的滤纸带穿过内层壳体，待测气体从进气口1进入，在内层壳体中将气溶胶沉积在滤纸上，再从出气口9离开探测装置。
在上述实施例中，所述外层壳体采用不锈钢材料，为探测装置提供保护，并保证气路的密封性。
在上述实施例中，所述外层壳体上半部分2、外层壳体下半部分7耦合处设有凹槽和O形橡胶圈，保证探测装置的气密性。
在上述实施例中，所述外层壳体上半部分2、外层壳体下半部分7采用卡扣连接，拆卸、维修时直接打开卡扣即可将上半部分壳体整体抬起，保证维护维修的便利性。
在上述实施例中，所述走纸装置5由直流电机、供纸轮和收纸轮组成，探测装置工作时新滤纸卷被固定在供纸轮上，滤纸的末端被固定在收纸轮上，直流电机驱动收纸轮转动，完成走纸。走纸装置可设置定时走纸、压差计控制走纸等自动走纸方式。
在上述实施例中，所述NaI探头6由NaI晶体、光电倍增管和前置放大电路组成，并整体封装在薄金属壳中。入射探头的γ光子在NaI晶体内部沉积能量。沉积的能量被闪烁体转化为光子，经光电倍增管放大后转化为电信号，在前置放大电路上被处理后输出至后端信号处理装置，输出的信号幅度代表了沉积了能量。若在短时间内（微秒级）两个探头均送出代表511keV沉积能量的信号，则信号处理装置判断探测到了目标信号。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：包括进气口，外层壳体上半部分，2个探头壳体上半部分，内层壳体上半部分，走纸装置，2套NaI探头，外层壳体下半部分，内层壳体下半部分，出气口；所述外层壳体上半部分和外层壳体下半部分共同组成探测装置的外层壳体，所述内层壳体上半部分和内层壳体下半部分共同组成探测装置的内层壳体，整个探测装置由内、外层壳体形成两层气体容器，内层气体容器约束正电子湮灭区域，外层气体容器保障气密性，所述走纸装置、内层壳体、气路部件位于外层壳体内部，内、外层壳体上半部分以及进气口整体焊接，2个探头壳体上半部分与外层壳体下半部分通过螺丝连接，形成左、右空腔，2套NaI探头分别置于左、右空腔内，内层壳体位于两套NaI探头中间的位置，走纸装置的滤纸带穿过内层壳体，内、外层壳体下半部分以及出气口整体焊接，所述进气口和出气口与内层壳体连通。
2.根据权利要求1所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述外层壳体采用不锈钢材料，为探测装置提供保护，并保证气路的密封性。
3.根据权利要求1所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述外层壳体上半部分、外层壳体下半部分耦合处设有凹槽和O形橡胶圈。
4.根据权利要求1所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述外层壳体上半部分、外层壳体下半部分采用卡扣连接。
5.根据权利要求1所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述走纸装置由直流电机、供纸轮和收纸轮组成，探测装置工作时新滤纸卷被固定在供纸轮上，滤纸的末端被固定在收纸轮上，直流电机驱动收纸轮转动，完成走纸。
6.根据权利要求1或5所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述走纸装置采用自动走纸方式，可设置定时走纸、或压差计控制走纸。
7.根据权利要求1所述的β+放射性气溶胶探测装置，其特征在于：所述NaI探头由NaI晶体、光电倍增管和前置放大电路组成，并整体封装在薄金属壳中。
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