CN113588357B - 一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，包括：取样测量容器；安装于取样测量容器内的探测器容器；安装于所述探测器容器内的反符合放射性探测器、前置放大器；安装于取样测量容器内以及探测器容器外的锥形导流容器；安装于探测器容器顶部上方以及进气口下方的气流分散套，具有上小下大的圆盘状结构，该气流分散套的下边缘与锥形导流容器的上边缘在水平方向保持1～4mm的间隙；以及安装于探测器容器下方的自动走纸取样装置，其上配制有穿过滤纸支撑台与反符合放射性探测器下端面之间狭缝的滤纸。根据本发明提供的装置，具有结构简单、体积小、可减少气溶胶取样过程中粒子损失并确保粒子沉积均匀、避免断纸、卡纸及滤纸浪费的优点。
Description
技术领域
本发明涉及放射性气溶胶的辐射监测领域，更具体地涉及一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置。
背景技术
在各类核设施的职业性工作场所中，由长寿命的α核素和β核素形成的放射性气溶胶是造成工作人员吸入危害的主要来源。对放射性气溶胶进行监测，不仅有利于保证人员健康，而且便于及时发现核设施的事故隐患。
通常采用能量甄别法测量α核素气溶胶，若气溶胶样品在滤纸上沉积不均匀，则沉积样品深处发射的α粒子，会因自吸收作用，能量被衰减，α能谱发生畸变，能量分辨率变差，对α核素气溶胶的监测产生严重影响。申请号为CN202110159780.4，标题为“放射性气溶胶取样测量装置”的发明专利申请中设置了空气整流椎体和围绕空气整流椎体设置的外壳屏蔽体，在空气整流椎体和外壳屏蔽体之间形成气体流道间隙，放射性气溶胶粒子经过流道间隙后被收集在滤纸上，以此解决放射性气溶胶取样过程中的粒子损失和沉积问题，但这样增加了取样测量装置结构复杂性和外部尺寸。
放射性气溶胶自动走纸装置广泛应用于气溶胶监测仪中，走纸装置故障频发、卡纸、断纸、滤纸浪费等是很多监测装置经常遇到的问题。申请号CN202020309279.2，标题为“传送装置以及大气放射性气溶胶监测设备”的实用新型专利申请中提供了一种滤纸自动传送并有效防止滤纸在传送过程中断裂的方法，该装置中设有加强膜卷轴与贴膜组件，但相关装置结构较为复杂，并且对于卡纸、滤纸浪费等技术问题没有提及。
发明内容
本发明的目的是提供一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，从而解决现有技术中放射性气溶胶监测设备结构复杂、存在卡纸、断纸、滤纸浪费等现象的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，包括：设置于最外层的取样测量容器，其顶部具有进气口，底部具有出气口；安装于所述取样测量容器内的探测器容器，在其内部限定一探测室；安装于所述探测器容器内的反符合放射性探测器、前置放大器，所述前置放大器与反符合放射性探测器的信号端连接，并通过取样测量容器的上端面将信号引出；安装于所述取样测量容器内以及所述探测器容器外的锥形导流容器；安装于所述探测器容器顶部上方以及进气口下方的气流分散套，其具有上面小、下面大的圆盘状结构，所述气流分散套的下边缘与锥形导流容器的上边缘之间在水平方向保持1～4mm的间隙；以及安装于所述取样测量容器内以及探测器容器下方的自动走纸取样装置，其上配制有穿过一滤纸支撑台与反符合放射性探测器下端面之间的狭缝的滤纸；其中，载有放射性气溶胶的流体从所述进气口进入，在所述气流分散套的导向下，进入锥形导流容器内壁和探测器容器外壁之间形成的气体流道中，进而到达滤纸，通过所述反符合放射性探测器探测滤纸上的α和β放射性活度值，实现对环境中放射性气溶胶的监测。
优选地，所述气流分散套具有倾斜延伸的外壁，所述进气口与该倾斜延伸的外壁对准。
优选地，所述气流分散套的外壁与所述锥形导流容器的内壁均采用抛光处理，以减少放射性气溶胶附着在其上引起的损失。
所述自动走纸取样装置包括：用于缠绕使用过的滤纸的主动轮、用于缠绕未使用的滤纸的从动轮、布置于所述主动轮和从动轮之间的第一水平轮和第二水平轮、与所述主动轮连接并提供动力的电机，其中，所述第一水平轮和第二水平轮与所述滤纸支撑台的上表面处于同一水平面，以确保所述反符合放射性探测器所对应的监测对象始终保持水平。
优选地，所述滤纸与所述反符合放射性探测器下端面之间的距离为1～2mm。
优选地，所述自动走纸取样装置还包括计数压纸轮，以及与所述计数压纸轮连接的计数压纸轮固定传感装置。
优选地，还包括在所述取样测量容器外与所述出气口连接的压力计、流量计以及抽气泵。借助出气端的抽气泵，在气体流道内形成负压，使载有放射性气溶胶的流体经过滤纸，放射性气溶胶被收集在滤纸上，通过探测器组件探测放射性气溶胶所释放的射线信息。
优选地，所述锥形导流容器的高度为9～12cm，其外壁相对竖直方向的锥角为10～15°，所述进气口和出气口的管径为12mm～18mm。
优选地，所述反符合放射性探测器通过固定销与所述探测器容器紧密连接。
优选地，所述反符合探测器为反符合钝化离子注入型平面硅探测器。
根据本发明提供的这样一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其主要发明点以及由其带来的有益效果包括：
一方面，在进气口与探测器容器顶部之间安装具有圆盘状结构的气流分散套，使得载有放射性气溶胶的流体经过带有斜度的气流分散套处的狭缝时，被分散继而从四周的狭缝进入锥形导流容器内壁和探测器容器外壁之间形成的气体流道中，且不易沉积在气流分散套上，减少了放射性气溶胶粒子在导流路径上的沉积，从而减少了放射性气溶胶粒子在采样过程中的损失；
另一方面，两个水平轮使收集气溶胶处的滤纸一直处于水平位置，确保探测器与滤纸的平行关系，保证了测量位置的准确性，压纸计数轮具有保证滤纸始终处于平直状态和记录所使用滤纸数量的功能，根据记录，控制采样相应措施，避免了滤纸出现卡纸、断裂、浪费等现象的发生；
第三方面，由于探测器使用的是一种反符合双离子注入型平面硅探测器，结合在该探测器外设置的密封容器壳体，可有效去除本底中的γ射线对测量的影响，无需增加额外的铅屏蔽层，减小了监测装置的尺寸和重量。
综上所述，本发明提供了一种结构简单、体积小、可减少气溶胶取样过程中粒子损失并确保粒子沉积均匀、避免断纸、卡纸及浪费滤纸等现象发生的放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，通过控制程序使走纸装置自动进行采样，通过探测器组件进行测量，实现采样和测量一体化。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置的整体结构示意图；
图2是自动走纸取样装置的结构示意图；
图3是放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置的取样测量方法流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例提供的一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，主要包括：取样测量容器16，探测器容器15，反符合放射性探测器1，前置放大器2，气流分散套9，锥形导流容器10，自动走纸取样装置200。
其中，取样测量容器16设置于整个装置的最外层，其顶部具有一个进气口11，底部具有一个出气口13。探测器容器15通过定位孔和螺母安装于取样测量容器16内，并在其内部限定一探测室100。反符合放射性探测器1安放在有定位孔的底座内，底座又通过固定销与探测器容器15相连。反符合放射性探测器1的两个信号端与前置放大器2通过固定螺母紧紧相接，实现前置放大器2的固定，前置放大器2的信号与电源端引线通过取样测量容器16的上端面17引出，与外面的电子学板卡相接。
锥形导流容器10上端固定于取样测量容器16的上端面，从而安装于取样测量容器16以内以及探测器容器15以外。气流分散套9安装于探测器容器15顶部上方以及进气口11下方，其具有上面小、下面大的圆盘状结构，该气流分散套9具有倾斜延伸的外壁，进气口11与该倾斜延伸的外壁对准。该气流分散套9的下边缘与锥形导流容器10的上边缘之间在水平方向保持1～4mm的间隙，最优选为2mm。
结合图1、图2所示，自动走纸取样装置200安装于取样测量容器16内以及探测器容器15的下方，该自动走纸取样装置200包括：用于缠绕使用过的滤纸的主动轮3、用于缠绕未使用的滤纸的从动轮4、用于支撑滤纸的滤纸支撑网14和滤纸支撑台12、布置于主动轮3和从动轮4之间的第一水平轮5和第二水平轮6、计数压纸轮7、与主动轮3连接并提供动力的微型电机8、与计数压纸轮7连接的计数压纸轮固定传感装置22。
其中，计数压纸轮7用于确保滤纸始终处于拉直状态，并能够记录滤纸的使用量，根据滤纸剩余量提示更换滤纸。微型电机8是走纸装置的动力驱动，通过控制程序确保滤纸在需要走纸时的走纸速度及走纸时间，合理、高效利用滤纸，尽量不浪费任何滤纸。
根据本发明的一个优选实施例，该自动走纸取样装置200的安装过程为：首先，将带有轴的新滤纸卷4-2插入从动轮4上的滤纸轴4-1上，安装好卡口，从而将滤纸的一端卷绕在该从动轮4上，滤纸经过第一水平轮5，穿过滤纸支撑台12上端面与探测器下端面之间形成的狭缝，绕过第二水平轮6，另一端卷绕在主动轮3的滤纸轴3-1上，使用过的滤纸卷如3-2所示，即完成滤纸安装。其中，第一水平轮5和第二水平轮6与滤纸支撑台12的上表面处于同一水平面，以确保反符合放射性探测器1所对应的监测对象始终保持水平。
还优选地，滤纸与反符合放射性探测器1下端面之间的距离为1～2mm，最优选为1mm。
根据该优选实施例，如图3所示，该放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置还包括在取样测量容器16外与出气口13连接的压力计18、流量计19以及抽气泵20。其中，利用压力计18可以监测滤纸是否断裂、是否安装及是否需要走纸；利用流量计19可以对取样流体体积进行准确测量；利用抽气泵20抽气，气流通道内形成负压，使得载有放射性气溶胶的流体在负压作用下经过支撑网14上的滤纸，在该过程中，气溶胶沉积在滤纸上。
根据该优选实施例，气流分散套9的外壁与锥形导流容器10的内壁均采用抛光处理，以减少放射性气溶胶附着在其上引起的损失。
根据该优选实施例，锥形导流容器10的高度优选为9～12cm，其外壁相对竖直方向的锥角30优选为10～15°，进气口11和出气口13的管径优选为12mm～18mm。滤纸的宽度要大于滤纸支撑网14的直径，还要确保滤纸支撑网14的直径不大于反符合放射性探测器1的直径，以确保测量数据的准确性。
优选地，反符合放射性探测器1为反符合钝化离子注入型平面硅探测器，结合在该探测器外设置的密封性取样测量容器，可有效去除本底中的γ射线对测量的影响，无需增加额外的铅屏蔽层，减小了监测装置的尺寸和重量。
根据该优选实施例，取样测量容器16为箱形，正面密封门与上板通过弹簧搭扣紧密相连，密封门边设置有密封条，以确保取样测量容器16的密封性能。如需更换滤纸，只需打开密封门，进行简单推拉式装卸，即可完成滤纸更换。
结合图1、图2、图3所示，根据上述优选实施例提供的一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置的使用方法和工作原理说明如下：
在抽气泵20的抽气负压作用下，载有放射性气溶胶的流体从进气口11进入由气流分散套9、探测器容器15外壁以及锥形导流容器10内壁形成的气体流道，该流体被导流到达滤纸支撑网14的滤纸处，流体中的放射性气溶胶被收集在滤纸上，反符合放射性探测器1探测该放射性气溶胶所发射的α和β粒子，以实现对环境中放射性气溶胶的监测，过滤掉气溶胶后的气体从出气口13流出，并利用与出气口管道相接的压力计18、流量计19对流体压力及取样体积进行准确监测。
为了对放射性气溶胶进行有效、精确的测量，本发明还对流量、压力等参数进行了进一步优化，其中，气体流量范围优选为10～50L/min，最优选为35L/min，则配套的流量计19可调，量程范围为0～60L/min；压降范围为10kPa～35kPa，最优选为20kPa，配套的压力计18量程范围为-100kPa～0kPa；抽气泵20的空载流量优选为100L/min。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (5)
1.一种放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其特征在于，包括：
设置于最外层的取样测量容器，其顶部具有进气口，底部具有出气口；
安装于所述取样测量容器内的探测器容器，在其内部限定一探测室；
安装于所述探测器容器内的反符合放射性探测器、前置放大器，所述前置放大器与反符合放射性探测器的信号端连接，并通过取样测量容器的上端面将信号引出；
安装于所述取样测量容器内以及所述探测器容器外的锥形导流容器，所述锥形导流容器的高度为9~12cm，其外壁相对竖直方向的锥角为10~15°，所述进气口和出气口的管径为12mm～18mm；
安装于所述探测器容器顶部上方以及进气口下方的气流分散套，其具有上面小、下面大的圆盘状结构，所述气流分散套具有倾斜延伸的外壁，所述进气口与该倾斜延伸的外壁对准，所述气流分散套的下边缘与锥形导流容器的上边缘之间在水平方向保持2~4mm的间隙；以及
安装于所述取样测量容器内以及探测器容器下方的自动走纸取样装置，其上配制有穿过一滤纸支撑台与反符合放射性探测器下端面之间的狭缝的滤纸，所述滤纸与所述反符合放射性探测器下端面之间的距离为1~2mm，所述自动走纸取样装置包括：用于缠绕使用过的滤纸的主动轮、用于缠绕未使用的滤纸的从动轮、布置于所述主动轮和从动轮之间的第一水平轮和第二水平轮、与所述主动轮连接并提供动力的电机，其中，所述第一水平轮和第二水平轮与所述滤纸支撑台的上表面处于同一水平面，以确保所述反符合放射性探测器所对应的监测对象始终保持水平，所述自动走纸取样装置还包括计数压纸轮，以及与所述计数压纸轮连接的计数压纸轮固定传感装置，所述计数压纸轮用于确保滤纸始终处于拉直状态，并能够记录滤纸的使用量，根据滤纸剩余量提示更换滤纸；
其中，载有放射性气溶胶的流体从所述进气口进入，在所述气流分散套的导向下，进入锥形导流容器的内壁和探测器容器的外壁之间形成的气体流道中，进而到达滤纸，通过所述反符合放射性探测器探测滤纸上的α和β放射性活度值，从而实现对环境中放射性气溶胶的监测。
2.根据权利要求1所述的放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其特征在于，所述气流分散套的外壁与所述锥形导流容器的内壁均采用抛光处理，以减少放射性气溶胶附着在其上引起的损失。
3.根据权利要求1所述的放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其特征在于，还包括在所述取样测量容器外与所述出气口连接的压力计、流量计以及抽气泵。
4.根据权利要求1所述的放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其特征在于，所述反符合放射性探测器通过固定销与所述探测器容器紧密连接。
5.根据权利要求1所述的放射性气溶胶自动走纸取样和测量装置，其特征在于，所述反符合放射性探测器为反符合钝化离子注入型平面硅探测器。
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