CN113341451A - 放射性空气在线监测装置 - Google Patents

Abstract

放射性空气在线监测装置，设有检测腔室，抽取被监测的环境中的空气并压缩导入检测腔室中，使得检测腔室中的气压更高，空气密度更大，检测腔室内设置用于检测空气中的放射性水平的检测装置(包括探测器)，把空气压缩到合适的压缩比，以取得能反映监测标的(所测大气)真实辐射水平的较高剂量空气样品，检测腔室内的空气密度更大，其中的放射性物质的浓度也就更高，从而具有更高的探测能量分辨率及探测灵敏度，并可提高可探测下限，不需要配置高灵敏度的探测器(比如HPGe)即可实现上述目的，也就是说，在非实验室条件下具有较高的探测能量分辨率及探测灵敏度。

Description

放射性空气在线监测装置

技术领域

本发明创造涉及空气辐射检测技术领域。

背景技术

由于自然及人为原因，大气中存在放射性物质，大气中的放射性物质以气体分子、固体颗粒、气溶胶等形式存在。自然大气中的放射性水平一般在安全水平，但在一些特定区域，例如核设施周边，如果管理或处理不当，大气中放射性水平超过一定的剂量值，就会形成放射性环境污染，因此需要对特定区域的空气放射性水平进行监测。

现有技术中，通常采用以下3种方式对空气放射性水平进行监测：

1、离线检测。通过滤纸或其它媒介富集空气中的放射性固体颗粒、气溶胶等形成检测样品，迁移到实验室后，进行检测、分析，根据需要可以采用低本底实验室。存在以下问题：(1)滤纸只能富集到放射性固体颗粒及气溶胶，不能收集到含有放射性核素的气体分子，在存在放射性气体的场合，无法获得所测大气的真实放射性水平。对于高能粒子加速器，其活化产物中气体分子占比较高，此种方法存在严重缺陷；(2)不能实时分析，因为输运衰减的影响，对于短寿命核素，离线检测的结果存在严重偏差，甚至根本检测不到。(3)反应时间长，不利于问题或事故的前期发现以及紧急状态实时判别。

2、实时在线直接监测。把探测器固定安装在目标区域(比如气体排放口)，通过数据线缆实时传输探测数据。存在以下问题：(1)受自然本底影响，放射性空气的核素γ全能峰湮没在自然本底中，在自然环境下监测，只能给出扣除本底贡献后的折算总计数，无法测出能谱，不能区分核素的类型及其对应的活度浓度；(2)在通常情况下，直接探测的放射性大气属于微量样品、受固有分辨率影响，探测未经过富集处理的放射性大气，需要配置高灵敏度的探测器(比如HPGe，高纯锗探测器)，高灵敏度的探测器对使用环境的要求很苛刻，只能在实验室条件下才可满足，基本无法在实验室以外的区域使用。因此探测灵敏度和探测能量分辨率低；(3)只适用于固定区域，不能移动探测，对不同位置空气探测(活化区、腔室、排风口)需要分别设置探测器，成本高，不具备巡检功能。

3、固定式在线滤纸监测。把探测器和滤纸一起固定安装在目标区域，通过数据线缆实时传输探测数据。存在以下问题：(1)受自然本底影响，只能给出总计数，无法测出能谱，不能区分核素的类型及其对应的活度浓度；(2)以气体分子存在的放射性空气，因滤纸无法富集，这部分的贡献不包含在经过富集处理的样品内，探测数据不能反映真实的空气放射性水平；(3)安装位置固定，对不同位置需要多套装置，不具备活动巡检功能，不利于核事故的应急处置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种放射性空气在线监测装置，能在非实验室条件下具有较高的探测能量分辨率及探测灵敏度，能更准确的获得所测大气的真实放射性水平，且能小型化。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

1、放射性空气在线监测装置，设有空气导入装置、检测腔室，检测腔室包括第一检测腔室，第一检测腔室内设有用于检测空气的放射性水平的第一检测装置，空气导入装置抽取被监测的环境中的空气并压缩导入第一检测腔室中，以提高第一检测腔室内的气压和空气密度。

把空气压缩到合适的压缩比，以取得能反映监测标的(所测大气)真实辐射水平的较高剂量空气样品，第一检测腔室内的空气密度更大，其中的放射性物质的浓度也就更高，如此不需要配置高灵敏度的探测器(比如HPGe)即可具有更高的探测能量分辨率及探测灵敏度，并可提高可探测下限。也就是说，在非实验室条件下具有较高的探测能量分辨率及探测灵敏度。而且，将空气直接导入第一检测腔室中检测，气体分子、固体颗粒、气溶胶等形式存在的放射性物质均在其中，能更准确地获得所测大气的真实放射性水平。另外，由于对空气进行了压缩，第一检测腔室的空间可以更小，因而本发明创造的放射性空气在线监测装置能够做到小型化，为低本底探测环境、移动巡检创造了条件。

2、根据技术方案1所述的放射性空气在线监测装置，检测腔室还包括第二检测腔室，第二检测腔室设有检测滤纸、第二检测装置和用于供被监测的环境中的空气流入的第二进气通道，检测滤纸富集第二检测腔室内空气的放射性固体颗粒及气溶胶，第二检测装置检测经检测滤纸富集的放射性固体颗粒及气溶胶的放射性水平。现有技术中，对空气进行压缩一般采用高压压缩机，高压压缩机对空气清洁度有要求，因此一般在进气口设有滤网，这样会把空气中的放射性固体颗粒过滤掉，影响检测数据，因此增设第二检测腔室，通过第二检测腔室中的检测滤纸来富集空气的放射性固体颗粒及气溶胶，利用第二检测装置检测其放射性水平，从而与第一检测腔室的检测数据形成互补，获得更准确的检测数据。

3、根据技术方案1或2所述的放射性空气在线监测装置，检测腔室为低本底腔室，其由辐射屏蔽材料制成。如此便可降低自然本底的干扰，获得筛除自然本底后的样品探测信号，进一步提高检测的准确性、探测能量分辨率及探测灵敏度，并可获得核素γ全能峰，从而测出能谱，区分核素的类型及其对应的活化浓度。

4、根据技术方案1或2所述的放射性空气在线监测装置，还设有第一出气通道和第二出气通道，第一出气通道连通第一检测腔室，第二出气通道连通第二检测腔室，以供检测腔室内的空气排出，第一出气通道设有气压调节阀，以保持第一检测腔室内的气压，第二出气通道的出口对接空气导入装置的空气入口。让气流不间断地流入流出检测腔室，获取不间断性的实时检测数据，实现实时监测。第二出气通道的出口对接空气导入装置的空气入口，空气在第二检测腔室内经检测滤纸过滤后，清洁度较高，供给空气导入装置压缩导入第一检测腔室，如此一来，无需另外在空气导入装置前端设置空气清洁装置，简化结构，还使得同一批空气先后流经第二检测腔室和第一检测腔室，第一检测腔室和第二检测腔室所检测的是同批空气，检测结果更准确。而且空气导入装置还可作为第二检测腔室的空气流动的动力来源，第二检测腔室也不需再设置动力装置来促进空气流动。

5、根据技术方案3所述的放射性空气在线监测装置，还设有用于放置电子设备的电器容置腔，电器容置腔由辐射屏蔽材料制成，以屏蔽辐射保护放置于电器容置腔内的电子设备。

6、根据技术方案5所述的放射性空气在线监测装置，还设有散热装置，以给电器容置腔内的电子设备散热。保证电子设备正常工作。

7、根据技术方案6所述的放射性空气在线监测装置，还设有出气通道，一个出气通道连通一个检测腔室，以供检测腔室内的空气排出，散热装置包括散热进风道和散热出风道，散热进风道的入口连通出气通道的出口，散热进风道的出口连通电器容置腔，散热出风道连通电器容置腔和外部，散热进风道设有过滤器件，以滤除流经散热进风道的空气中的放射性物质。检测腔室内的空气从出气通道流经散热进风道进入电器容置腔，并从散热出风道排出，从而在电器容置腔内形成气流，带走电子设备产生的热量，达到散热的效果，利用检测腔室流入流出的空气形成的气流来给电子设备散热，不需要另设风扇等期间来产生气流，使得结构更紧凑，更利于小型化，并能降低成本。散热进风道内设有过滤器件(例如滤纸)，以对从第一检测腔室内流出的空气进行过滤，滤除其中的放射性物质，避免这些放射性物质流入电器容置腔内损坏其中的电子设备。

8、根据技术方案7所述的放射性空气在线监测装置，散热进风道还设有消音器，以降低或消除气流的噪音及降低气压。

附图说明

图1为本发明创造的放射性空气在线监测装置的结构示意图。

附图标记包括：

检测腔体1，第一检测腔室2，第一检测装置3，第一出气通道4，气压调节阀5，气压表6，流量计7，屏蔽腔体8，电器容置腔9，电子设备10，散热进风道11，散热出风道12，第二出气通道13消音器15，第一进气通道16，气泵17，第二检测腔室18，第二进气通道19，第二检测装置20，检测滤纸21。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

如图1所示，本实施例的放射性空气在线监测装置，包括检测腔体1、气泵17、气压表6，气泵17作为空气导入装置，检测腔体1内空，形成检测腔室，还形成有连通检测腔室的进气通道和出气通道。检测腔室至少有2类，一类为第一检测腔室2，一类为第二检测腔室18，连通第一检测腔室2的进气通道为第一进气通道16，连通第二检测腔室18的进气通道为第二进气通道19。第一检测腔室2内设有第一检测装置3，例如CZT探头(一种放射性探测器)，气泵17抽取被检测的环境中的空气并压缩，然后通过第一进气通道16导入第一检测腔室2中，使得第一检测腔室2中的气压更高，空气密度更大，把空气压缩到合适的压缩比，以取得能反映监测标的(所测大气)真实辐射水平的较高剂量空气样品，第一检测腔室2内的空气密度更大，其中的放射性物质的浓度也就更高，从而具有更高的探测能量分辨率及探测灵敏度，并可提高可探测下限，不需要配置高灵敏度的探测器(比如HPGe)即可实现上述目的，也就是说，在非实验室条件下具有较高的探测能量分辨率及探测灵敏度。而且，将空气直接导入第一检测腔室2中检测，气体分子、固体颗粒、气溶胶等形式存在的放射性物质均在其中，能更准确的获得所测大气的真实放射性水平。

第二检测腔室18设有检测滤纸21、第二检测装置20、用于供被监测的环境中的空气流入的第二进气通道19和用于供第二检测腔室18内的空气流出的第二出气通道13，检测滤纸21富集第二检测腔室18内空气的放射性固体颗粒及气溶胶，第二检测装置20检测经检测滤纸21富集的放射性固体颗粒及气溶胶的放射性水平。现有技术中，对空气进行压缩一般采用高压压缩机，高压压缩机对空气清洁度有要求，因此一般在进气口设有滤网，这样会把空气中的放射性固体颗粒过滤掉，影响检测数据，因此增设第二检测腔室18，通过第二检测腔室18中的检测滤纸21来富集空气的放射性固体颗粒及气溶胶，利用第二检测装置20检测其放射性水平，从而与第一检测腔室2的检测数据形成互补，获得更准确的检测数据。

第二出气通道13的出口对接气泵17的空气入口，空气在第二检测腔室18内经检测滤纸21过滤后，清洁度较高，供给气泵17压缩导入第一检测腔室2，如此一来，无需另外在气泵17前端设置空气清洁装置，简化结构，还使得同一批空气先后流经第二检测腔室18和第一检测腔室2，第一检测腔室2和第二检测腔室18所检测的是同批空气，检测结果更准确。而且气泵17还可作为第二检测腔室18的空气流动的动力来源，第二检测腔室18也不需再设置动力装置来促进空气流动。

检测腔体1采用对辐射具有屏蔽作用的屏蔽材料制成，例如铅，从而使得检测腔体1成为低本底腔体，检测腔室(包括第一检测腔室2和第二检测腔室18)成为低本底腔室，如此便可降低自然本底的干扰，获得筛除自然本底后的样品探测信号，进一步提高检测的准确性、探测能量分辨率及探测灵敏度，并可获得核素γ全能峰，从而测出能谱，区分核素的类型及其对应的活化浓度。

如图1所示，第一出气通道4设有气压调节阀5，气压调节阀5可调节流经空气的气压，起到降压排气的作用，而且能够保持第一检测腔室2的气压，如此一来，便可以在保持第一检测腔室2内的气压的情况下，让气流不间断地流入流出第一检测腔室2，获取不间断性的实时较高浓度密度样品，实现实时监测。第二检测腔室18连通有第二出气通道13，以让空气在第二检测腔室18流动，实现实时监测。

通过压缩空气，第一检测腔室2的空间可以更小，不仅为低本底探测环境创造了条件，还为移动巡检创造了条件。

如图1所示，本实施例的放射性空气在线监测装置还设有屏蔽腔体8，其内空形成有电器容置腔9，用于放置电子设备10，例如控制伺服器、探测器处理模块、无线射频模块等，如此一来，本实施例的放射性空气在线监测装置便可移动，实现移动巡检的功能，而且电子设备10就在检测装置旁边，距离很近，不需要拉很长的线缆来传输信号，减少信号失真，提高检测的准确性。屏蔽腔体8由对辐射具有屏蔽作用的材料制成，例如铅，以屏蔽所测环境中的空气的放射性物质的辐射，避免电子设备10被大量辐射而受损。

电子设备10工作时会发热，如散热不佳，会影响电子设备10的正常工作，甚至损坏电子设备10。由于电子设备10被设置在屏蔽腔体8内部，散热环境不佳，为给电子设备10散热，本实施例的放射性空气在线监测装置还设有散热装置，散热装置包括散热进风道11和散热出风道12，散热进风道11的入口连通第一出气通道4，本实施例中，连通第一出气通道4的气压调节阀5的出口，散热进风道11的出口连通电器容置腔9，散热出风道12连通电器容置腔9和外部，第一检测腔室2内的空气从第一出气通道4经气压调节阀5调节降压后，流经散热进风道11进入电器容置腔9，并从散热出风道12排出，从而在电器容置腔9内形成气流，带走电子设备10产生的热量，达到散热的效果。散热进风道11内设有过滤器件(例如滤纸)，以对从第一检测腔室2内流出的空气进行过滤，滤除其中的放射性物质，避免这些放射性物质流入电器容置腔9内损坏其中的电子设备10。具体地，本实施例中，散热进风道11内设有过滤腔14，过滤器13设在过滤腔14内，过滤腔14与电气容置腔由屏蔽腔体8的腔壁隔离开。进一步地，如图1所示，散热进风道11还可设置消音器15，以降低或消除气流的噪音，并进一步降低流经其中的空气的气压。

“一种移动式放射性空气在线低本底监测装置”的整体技术路线，包括以下内容

(1)样品收集：通过空气压缩系统，把空气压缩到合适的压缩比，以取得能反映监测标的真实辐射水平的较高剂量空气样品；

(2)检测信号获取：采用低本底检测腔体1，要求腔体内本底平均γ比释动能率达到适当的目标控制值；针对所获得样品及应用场景，采用合适的传感器；

(3)装置构造集成：将低本底腔体与处理模块的防辐射设计一体化集成，将设备散热设计与压缩空气系统一体化集成、将滤纸富集与在线监测功能一体化集成等，尽量使系统小型化、轻便化以适用不同场合载具搭载需要；

装置整体架构按功能分为六个部分：

1、低本底腔体：把探测器测头和MB容器安装在在低本底腔体内，探测压缩到MB容器里的空气样品，通过低本底腔体降低自然本底对探测目标的干扰，使探测器获得筛除自然本底后的样品探测信号

2、空气压缩系统：抽取拟探测的空气，压缩空气到腔体内，使腔体内空气的密度增加，提高腔体内微量样品放射性空气样品的浓度密度，实现腔体小型化的同时提高可探测下限。

3、通气管路：压缩空气通过进气管进入腔体，通过出气管离开腔体，气管进出低本底腔体采用U形屏蔽迷道构造；进出气管各设置流量计7、压力计，出气管设置流量调节阀，腔体内气压通过出气管流量调节阀调节。探测模式却换通过管路控制系统实现，当采用间隔探测模式时，通过反复关闭/开启出气管调节阀，使腔体内获取间断性的最高气压，获取最高浓度密度的检测空气样品；当采用全实时探测模式时，气管调节阀部分开启，气流不间断，通过气管调节阀调节排气管道流径，通过出气管流径大小调节腔体内气压，获取不间断性的实时较高浓度密度样品；经过压缩处理的放射性空气样品与未经过压缩处理的实际放射性空气的浓度密度数据差异修正，通过进出气压、流量、流速及时间等基础数据综合计算后用软件进行数据重构、复原。

4、动力电源：为减低装备整机体积及质量，实现小型化，根据不同使用场合、不同载具及使用环境、使用功能需要，采用有源和无源两种选配模式，两种模块可快速自由切换配装：有源模式配置合适的干电池及其快速连接组件；无源模式配置电源快速接口及电源线自卷装置

5、电机及控制部分：辐射监测装备在辐射环境中使用，为保证设备动力可靠性，需配选合适的耐辐射电机。控制伺服器、探测器处理模块、无线射频模块等电子部件抗高能粒子损伤能力较差，本装置配置把控制伺服器、探测器处理模块、无线射频模块等电子部件组装在屏蔽箱内，以保护电子部件，屏蔽箱与低本底腔体一体化考虑，以尽可能降低装备重量。

6、构架集成：在封闭屏蔽箱内，控制伺服器、探测器处理模块、无线射频模块等电子部件工作散热、高压高速气流产生的噪音消除、滤纸富集实验室样品的获取等需要一体化综合集成。高速气流经初步减压消音处理后，先通过滤纸取样腔获取滤纸样品，屏蔽箱进一步减压降噪后再排放。排放空气从箱体内通过时，同时实现给箱内电机、伺服器、探测器器处理模块、射频等电子电器降温散热功能，通过富集掉放射性气溶胶及放射性固体颗粒后的排出空气，主要以微量放射性空气分子为主，对电子元器件的损害大大降低。从而实现装备构造与功能高度集成、整机轻便。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.放射性空气在线监测装置，其特征是，设有空气导入装置、检测腔室，检测腔室包括第一检测腔室，第一检测腔室内设有用于检测空气的放射性水平的第一检测装置，空气导入装置抽取被监测的环境中的空气并压缩导入第一检测腔室中，以提高第一检测腔室内的气压和空气密度。

2.根据权利要求1所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，检测腔室还包括第二检测腔室，第二检测腔室设有检测滤纸、第二检测装置和用于供被监测的环境中的空气流入的第二进气通道，检测滤纸富集第二检测腔室内空气的放射性固体颗粒及气溶胶，第二检测装置检测经检测滤纸富集的放射性固体颗粒及气溶胶的放射性水平。

3.根据权利要求1或2所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，检测腔室为低本底腔室，其由辐射屏蔽材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，还设有第一出气通道和第二出气通道，第一出气通道连通第一检测腔室，第二出气通道连通第二检测腔室，以供检测腔室内的空气排出，第一出气通道设有气压调节阀，以保持第一检测腔室内的气压，第二出气通道的出口对接空气导入装置的空气入口。

5.根据权利要求3所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，还设有用于放置电子设备的电器容置腔，电器容置腔由辐射屏蔽材料制成，以屏蔽辐射保护放置于电器容置腔内的电子设备。

6.根据权利要求5所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，还设有散热装置，以给电器容置腔内的电子设备散热。

7.根据权利要求6所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，还设有出气通道，一个出气通道连通一个检测腔室，以供检测腔室内的空气排出，散热装置包括散热进风道和散热出风道，散热进风道的入口连通出气通道的出口，散热进风道的出口连通电器容置腔，散热出风道连通电器容置腔和外部，散热进风道设有过滤器件，以滤除流经散热进风道的空气中的放射性物质。

8.根据权利要求7所述的放射性空气在线监测装置，其特征是，散热进风道还设有消音器，以降低或消除气流的噪音及降低气压。

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